直升机通识
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直升机通识
直升机关键部件
发动机
主要是涡轴发动机
和活塞发动机
。
旋翼和桨毂
旋翼的三种运动模式:挥舞(Flap)
、摆振(Drag)
和变距(Pitch)
。
在旧的直升机设计中,采用金属全铰接桨毂
,旋翼三种运动模式对应着三种铰链机械结构:挥舞铰
、摆振铰
和变距铰
。
旋翼操纵机构:旋转斜盘(Swash Plate)
三个铰链中,挥舞铰和摆振铰都是依靠桨叶承受受的空气动力、离心力、自身的弹性以及阻尼器的复位阻力自主工作
的,不需人为干预
。
只有变距铰
需要人为操纵,用来改变直升机的升力大小。
旋转斜盘(Swash Plate)机构用来操纵变距铰,实现对旋翼的变距
功能,改变旋翼的升力从而改变飞机飞行状态。
旋转斜盘分为动环
和静环
两部分。动环与静环之间用球形轴承连接,一同升降,一同倾斜。
动环(上斜盘)
动环通过变距拉杆
和扭力臂
与旋翼固联,会随着旋翼一起转动。
变距拉杆连接着旋翼的变距摇臂,通过变距拉杆的上下位移可以控制变距摇臂的角度,从而控制旋翼的总距(迎风角度)。
扭力臂用于传递动环与旋翼之间的扭力。
静环(下斜盘)
静环与飞机本体通过防扭臂
和操纵连杆
固联。通过操纵连杆,可以控制静环在主轴上的上下位置
以及倾斜角度
,从而带动控制上环的上下位置
与倾斜角度
,进而控制旋翼的总距
。
旋转斜盘控制直升机的具体过程是什么?
1) 旋转斜盘整体上升或下降
旋转斜盘上升 -> 变距拉杆上升 -> 变距摇臂角度变大 -> 旋翼迎风角度变大 -> 旋翼总距整体变大 -> 桨盘总升力变大 -> 飞机垂直上升
2) 旋转斜盘左右倾斜
旋转斜盘静环向左倾斜(左低右高) -> 动环也向左倾斜(左低右高) -> 左侧变距拉杆下降,右侧变距拉杆升高 -> 左侧变距摇臂角度变小,右侧变距摇臂角度变大 -> 左侧旋翼迎风角度变小,右侧旋翼迎风角度变大 -> 左侧旋翼总距变小(升力小),右侧旋翼总距变大(升力大) -> 相对桨盘中心产生扭矩(逆时针)-> 机体发生倾斜(左低右高)-> 升力线向左倾斜,产生向左的分量 -> 直升机向左位移。
主减速器
主减速器(Main Gearbox),它的作用是减速
、转向
和并车
。
减速
将发动机输出轴的高转速降低至旋翼适合的低转速,通过减速器的行星齿轮系
来实现。
主要参数是减速比
。
转向
发动机为了进、排气顺畅,一般是沿轴向安装的,而旋翼主轴是垂直安装,这个动力转向的过程也是在主减速器里通过纯齿轮机械结构实现。
并车
并车的概念适用于多发
直升机。
通过将多个发动机输出的功率汇合到主减速箱,再由减速箱统一分配至旋翼、尾翼、发电机和液压泵等部件。
FAQ
直升机为什么不通过调节发动机转速来控制飞行高度、速度?
直升机采取发动机定转速飞行,原因有三:
1、涡轴发动机和旋翼的工作转速范围都非常窄,而且旋翼高速旋转时产生巨大的转动惯量
,要靠调节转速改变升力响应时间
将会很长,无法精确操控;
2、结构复杂的主减速器已经承载了巨大的重力和旋转载荷,要再给它增加改变传动比的机构将导致主减速器过大过重
,工程上不现实;
3、高速旋转的旋翼共振
现象严重,全机各个部件在设计时都要避开其固定的几个共振频率,如果旋翼转速可变将导致共振频率跟着改变
,令动力学设计复杂化。