旋翼機的工作原理和起飛方式_旋翼機的布局與部件知識

旋翼機，是指用無動力驅(qū)動的旋翼提供升力、重于空氣的“飛行器”。由推進裝置提供推力前進，推進裝置有螺旋槳和噴氣兩種。前進時氣流吹動旋翼而產(chǎn)生升力，它不能垂直起飛或懸停，常在起飛時還要給旋翼一個初始動力，使旋翼的升力增加。借助于旋翼可做近似垂直的降落。旋翼使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，速度提高受到限制。旋翼機的最基本的部件是機身、發(fā)動機、旋翼系統(tǒng)、螺旋槳、尾面以及起落架。下面一起來了解下旋翼機的詳細知識。

一、旋翼機的工作原理

旋翼機和直升機簡直一模一樣：它們頭頂都有一副大直徑的旋翼，在飛行中依靠旋翼的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力。但是除去這些表面上的一致性，旋翼機和直升機卻是兩種完全不同的飛行器。

旋翼機實際上是一種介于直升機和飛機之間的飛行器，它除去旋翼外，還帶有一副垂直放置的螺旋槳以提供前進的動力，一般也裝有較小的機翼在飛行中提供部分升力。旋翼機與直升機的最大區(qū)別是，旋翼機的旋翼不與發(fā)動機傳動系統(tǒng)相連，發(fā)動機不是以驅(qū)動旋翼為旋翼機提供升力，而是在旋翼機飛行的過程中，由前方氣流吹動旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，象一只風(fēng)車，旋翼系統(tǒng)僅在起動時由自身動力驅(qū)動，稱之為預(yù)旋，起飛之后靠空氣作用力驅(qū)動;而直升機的旋翼與發(fā)動機傳動系統(tǒng)相連，既能產(chǎn)生升力，又能提供飛行的動力，象一臺電風(fēng)扇。由于旋翼為自轉(zhuǎn)式，傳遞到機身上的扭矩很小，因此旋翼機無需像單旋翼直升機那樣的尾槳，但是一般裝有尾翼，以控制飛行。

在飛行中，旋翼機同直升機最明顯的分別為直升機的旋翼面向前傾斜，而旋翼機的旋翼則是向后傾斜的。

需要說明的是，有的旋翼機在起飛時，旋翼也可通過“離合器”同發(fā)動機連系，靠發(fā)動機帶動旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生舉力。這樣可以縮短起飛滑跑距離，幾乎以陡直地向上爬升，但還不能垂直上升，也不能在空中不動(即“懸?！?。等升空后再松開離合器隨旋翼在空中自由旋轉(zhuǎn)。

旋翼機飛行時，升力主要由旋翼產(chǎn)生，固定機翼僅提供部分升力。有的旋翼機甚至沒有固定機翼，全部升力都靠旋翼產(chǎn)生。

由于旋翼機的旋翼旋轉(zhuǎn)的動力是由旋翼機前進而獲得。萬一發(fā)動機在空中停車螺旋槳不轉(zhuǎn)了，此時旋翼機因為具有慣性繼續(xù)維持前飛的狀態(tài)，并由于重力和空氣阻力逐漸減低速度和高度，就在這高度下降的同時，也就有了自下而上的相對氣流，旋翼就能可自轉(zhuǎn)提供升力。這樣，旋冀機便可憑飛行員的操縱安全地滑翔降落。即使在飛行員不能操縱，旋翼機失去控制的特殊情況下，也會像降落傘一樣的降落，雖然也是粗暴著陸，但不會出現(xiàn)類似秤陀落地的情況。

直升機也是具備自轉(zhuǎn)下沿安全著陸能力的。但它的旋冀需要從有動力狀態(tài)過渡到自轉(zhuǎn)狀態(tài)，這個過渡要損失一定高度。如果飛行高度不夠，那么直升機就可能來不及過渡而觸地。旋翼機本身就是在自轉(zhuǎn)狀態(tài)下飛行的，不需要進行過渡，所以也就沒行這種為安全轉(zhuǎn)換所需的高度約束。

二、旋翼機的起飛方式

一類是需要滑跑起飛的，這種比較簡單，大量的是這一類。另-類是可垂直起飛的，其起飛方法有三種：一種是帶動力驅(qū)動它的旋翼；第二種是用預(yù)轉(zhuǎn)旋翼并使其達到正常飛行轉(zhuǎn)速的一定倍數(shù)，然后突然脫開離合器，同時使旋翼槳葉變距而得到較大的升力跳躍起飛；第三種則是由旋翼翼尖小火箭驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)而提供升力來實現(xiàn)垂直起飛這種垂直起飛的過程，一般都是由自動程序控制來完成的，而且它有較高的性能，但價格比較便宜。

由于旋翼機沒有尾梁、沒有尾傳動系統(tǒng)及減速器自動傾斜器，絕大部分旋翼機也沒有主旋翼傳動系統(tǒng)、主減速器等，結(jié)構(gòu)簡單，所以不僅價格低，而且故障率也低。此外使用維護簡單方便。所需費用也低。

旋翼機雖然古老，但它也是一種正在蓬勃發(fā)展的輕飛行器，其好用、安全、便利的特點，使其在未來的航空器家族中仍將占有一席之地。

三、旋翼機的布局與部件

旋翼機的最基本的部件是機身、發(fā)動機、旋翼系統(tǒng)、螺旋槳、尾面以及起落架。為了改善性能，如提高飛行速度等，還可以選擇機翼等部件。

機身是所有其他部件的連接件，結(jié)構(gòu)可以是焊接管、金屬片、復(fù)合材料、單管栓接或混合結(jié)構(gòu)方式，最大強度重量比的機身是碳纖維材料或焊接管結(jié)構(gòu)。發(fā)動機在飛行中提供獨立于旋翼系統(tǒng)的前飛動力，在地面則可以提供旋翼槳葉預(yù)轉(zhuǎn)的動力。

隨著旋翼機的發(fā)展，可用于旋翼機的發(fā)動機種類也越來越多。車用、船用、航空發(fā)動機都可以用于以娛樂、體育愛好為目的研制的旋翼機，而需要取得適航證的旋翼機必須安裝權(quán)威管理機構(gòu)認證的發(fā)動機。發(fā)動機可以是活塞式也可以是渦輪式。旋翼系統(tǒng)主要給旋翼機提供升力和操縱，常用的是全鉸接式、半剛性蹺蹺板式。因不需反扭矩裝置，現(xiàn)代旋翼機的主要型式是單一的旋翼。

目前旋翼機慣用2片或3片槳葉，廣泛應(yīng)用于直升機的負扭度槳葉對旋翼機來講，并沒有多大優(yōu)勢，所以旋翼機上常用無扭轉(zhuǎn)或正扭轉(zhuǎn)槳葉。個人自制的小型旋翼機常常使用可以連同槳轂槳葉一起扳動傾轉(zhuǎn)的旋翼系統(tǒng)，也可以使用帶總距操縱來改變旋翼槳葉俯仰角的旋翼系統(tǒng)。如果槳葉帶總距操縱且具有足夠的慣量，旋翼機跳飛就有可能實現(xiàn)。旋翼機的螺旋槳可以是拉進式也可以是推進式，也就是說，螺旋槳可以安裝在機身頭部，也可以安裝在尾部。早期的旋翼機是由螺旋槳拉進式固定翼飛機改裝而成，用旋翼替代固定翼。機翼或者固定機翼與旋翼復(fù)合使用。推進式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋槳滑流中，具有更好的操縱性，飛行員也有更好的視野。但是在總體設(shè)計中應(yīng)該充分考慮推進式布局中，由于受機身影響，螺旋槳的工作效率有所降低。

和定翼飛機一樣，旋翼機尾平面包括垂尾和平尾，提供俯仰和偏航軸向的穩(wěn)定和操縱。有一些旋翼機，特別是封閉式駕駛艙的旋翼機，航向穩(wěn)定性很低，為了補償航向穩(wěn)定性，安裝垂尾是必要的。由于垂尾面積受旋翼槳葉傾轉(zhuǎn)邊界和著陸俯仰角度的限制，所以許多旋翼機設(shè)計安裝了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推進式螺旋槳布局，處于螺旋槳滑流中的平尾和垂尾利用效率會更高，特別是在旋翼機起飛和著陸飛行速度比較低的時候。

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