直升機(jī)的原理及分類

1、直升機(jī)是一種旋翼航空器，它的直升機(jī)是一種旋翼航空器，它的升力和前進(jìn)的動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的升力和前進(jìn)的動(dòng)力是由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的旋翼提供的。直升機(jī)可以垂直起降，旋翼提供的。直升機(jī)可以垂直起降，還能在空中向前后左右各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。還能在空中向前后左右各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。在一定高度下能夠在空中懸停。它機(jī)在一定高度下能夠在空中懸停。它機(jī)動(dòng)靈活，可以在山頂、峽谷、海上采動(dòng)靈活，可以在山頂、峽谷、海上采油平臺(tái)起降，也可以在地面、水面上油平臺(tái)起降，也可以在地面、水面上懸停，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。懸停，因而獲得了廣泛的應(yīng)用。 一、概況一、概況 但是直升機(jī)的構(gòu)造較飛機(jī)復(fù)雜，飛行但是直升機(jī)的構(gòu)造較飛機(jī)復(fù)雜，飛行效率低，飛行品質(zhì)

2、差，速度低，振動(dòng)和噪效率低，飛行品質(zhì)差，速度低，振動(dòng)和噪聲水平高，因而在航空運(yùn)輸上僅用于地形聲水平高，因而在航空運(yùn)輸上僅用于地形復(fù)雜地區(qū)或地面交通擁擠的城市中心到其復(fù)雜地區(qū)或地面交通擁擠的城市中心到其他地區(qū)的特殊需要，和飛機(jī)相比，所占數(shù)他地區(qū)的特殊需要，和飛機(jī)相比，所占數(shù)量比例很小。量比例很小。直升機(jī)按構(gòu)造可分為兩大類直升機(jī)按構(gòu)造可分為兩大類 : 單旋翼帶尾槳式單旋翼帶尾槳式 雙旋翼式雙旋翼式 二、直升機(jī)分類二、直升機(jī)分類 單旋翼帶尾槳式單旋翼帶尾槳式單旋翼帶尾槳式是目前最流行的單旋翼帶尾槳式是目前最流行的形式。這種直升機(jī)頂部有一個(gè)大的旋形式。這種直升機(jī)頂部有一個(gè)大的旋翼，機(jī)身后伸出一個(gè)尾梁，

3、在尾梁上翼，機(jī)身后伸出一個(gè)尾梁，在尾梁上裝一個(gè)尾部旋槳裝一個(gè)尾部旋槳(簡(jiǎn)稱尾槳簡(jiǎn)稱尾槳)，尾槳的作，尾槳的作用是平衡由于旋翼旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的使機(jī)用是平衡由于旋翼旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的使機(jī)身逆向旋轉(zhuǎn)的扭矩。身逆向旋轉(zhuǎn)的扭矩。 直-5雙旋翼式雙旋翼式 雙旋翼的直升機(jī)有多種形式，有雙旋翼的直升機(jī)有多種形式，有兩個(gè)旋翼共軸兩個(gè)旋翼共軸的，有的，有兩個(gè)旋翼交叉兩個(gè)旋翼交叉的，的，有有兩個(gè)旋翼橫列兩個(gè)旋翼橫列的和的和兩個(gè)旋翼縱列兩個(gè)旋翼縱列的。的。它們的共同點(diǎn)是有兩個(gè)旋翼，兩個(gè)旋它們的共同點(diǎn)是有兩個(gè)旋翼，兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而使旋翼的反翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，從而使旋翼的反作用力矩相互抵消保持機(jī)身不動(dòng)。作用力矩相互抵消

4、保持機(jī)身不動(dòng)。 雙旋翼式雙旋翼式 目前以縱列式的使用較多，即兩目前以縱列式的使用較多，即兩個(gè)旋翼沿機(jī)身長(zhǎng)度方向排列，它的重個(gè)旋翼沿機(jī)身長(zhǎng)度方向排列，它的重心移動(dòng)范圍大、機(jī)身長(zhǎng)，可以把直升心移動(dòng)范圍大、機(jī)身長(zhǎng)，可以把直升機(jī)做得很大，共軸式的緊湊，但操縱機(jī)做得很大，共軸式的緊湊，但操縱復(fù)雜，在小型直升機(jī)上有較多的使用。復(fù)雜，在小型直升機(jī)上有較多的使用。 卡卡-50雙槳共軸武裝直升機(jī)雙槳共軸武裝直升機(jī)縱列式雙槳直升機(jī)縱列式雙槳直升機(jī)以單旋翼直升機(jī)為例，直升機(jī)的構(gòu)造分為以單旋翼直升機(jī)為例，直升機(jī)的構(gòu)造分為v機(jī)身v動(dòng)力裝置v旋翼v起落裝置v傳動(dòng)和操縱系統(tǒng)v尾梁和尾槳三、直升機(jī)結(jié)構(gòu)三、直升機(jī)結(jié)構(gòu)1-機(jī)身；

5、2-主旋翼；3-尾槳；4-發(fā)動(dòng)機(jī)；5-旋翼頭；6-傳動(dòng)系統(tǒng)；7-駕駛艙圖4-49 直升機(jī)各部分 機(jī)身機(jī)身包括駕駛艙和機(jī)艙，機(jī)艙用機(jī)身包括駕駛艙和機(jī)艙，機(jī)艙用來(lái)裝載人員、貨物和其他設(shè)備，機(jī)身來(lái)裝載人員、貨物和其他設(shè)備，機(jī)身把直升機(jī)的各部分連在一起，和飛機(jī)把直升機(jī)的各部分連在一起，和飛機(jī)的機(jī)身的構(gòu)造大體相同，最大的不同的機(jī)身的構(gòu)造大體相同，最大的不同在于飛機(jī)的機(jī)身最大的受力部位在機(jī)在于飛機(jī)的機(jī)身最大的受力部位在機(jī)翼和機(jī)身的結(jié)合部，而直升機(jī)的最大翼和機(jī)身的結(jié)合部，而直升機(jī)的最大受力部位在機(jī)身頂部旋翼的槳轂和機(jī)受力部位在機(jī)身頂部旋翼的槳轂和機(jī)身結(jié)合部。身結(jié)合部。 動(dòng)力裝置直升機(jī)的動(dòng)力裝置要提供旋轉(zhuǎn)扭矩

6、使旋直升機(jī)的動(dòng)力裝置要提供旋轉(zhuǎn)扭矩使旋翼和尾槳旋轉(zhuǎn)，早期直升機(jī)和現(xiàn)在小型直升翼和尾槳旋轉(zhuǎn)，早期直升機(jī)和現(xiàn)在小型直升機(jī)使用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后，機(jī)使用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)后，直升機(jī)使用渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)直升機(jī)的發(fā)動(dòng)直升機(jī)使用渦輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)除要求重量輕和耗油率低之外，由于直升機(jī)除要求重量輕和耗油率低之外，由于直升機(jī)經(jīng)常用于短途飛行，它的工作場(chǎng)所離地面機(jī)經(jīng)常用于短途飛行，它的工作場(chǎng)所離地面近，因而要求發(fā)動(dòng)機(jī)部件有良好的耐疲勞性近，因而要求發(fā)動(dòng)機(jī)部件有良好的耐疲勞性能和抗腐蝕性能。能和抗腐蝕性能。 旋翼（1）旋翼是直升機(jī)最關(guān)鍵的部位，它既旋翼是直升機(jī)最關(guān)鍵的部位，它既產(chǎn)

7、生升力，又是使直升機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的拉產(chǎn)生升力，又是使直升機(jī)水平運(yùn)動(dòng)的拉力的來(lái)源，旋翼旋轉(zhuǎn)的平面是升力面又力的來(lái)源，旋翼旋轉(zhuǎn)的平面是升力面又是操縱面。是操縱面。旋翼（2）旋翼的組成旋翼的組成 旋翼由槳葉、槳轂和連接槳葉、槳轂的機(jī)構(gòu)組旋翼由槳葉、槳轂和連接槳葉、槳轂的機(jī)構(gòu)組成。成。 從原理上講旋翼和螺旋槳沒有區(qū)別，但是旋翼從原理上講旋翼和螺旋槳沒有區(qū)別，但是旋翼要提供升力和拉力，而螺旋槳僅提供拉力，為了獲要提供升力和拉力，而螺旋槳僅提供拉力，為了獲得足夠的升力，槳葉要做得很長(zhǎng)，旋翼直徑從小型得足夠的升力，槳葉要做得很長(zhǎng)，旋翼直徑從小型直升機(jī)的直升機(jī)的5 51010米到大型直升機(jī)的二三十米，最大米到大型

8、直升機(jī)的二三十米，最大的有的有3232米。槳葉連接在槳轂上，構(gòu)成整副旋翼。米。槳葉連接在槳轂上，構(gòu)成整副旋翼。 起落裝置 直升機(jī)的著陸裝置多數(shù)采用三輪或四輪起落架，用于著陸緩沖和地面滑跑，由于直升機(jī)速度低，起落架除少數(shù)速度較高的直升機(jī)外，一般不回收，有部分直升機(jī)采用滑橇式起落架以減輕重量，為了在雪地或泥地上起降也使用這類起落架。為了在水面上起降有的垂直機(jī)裝備專用的浮筒式起落架。 傳動(dòng)和操縱系統(tǒng) 直升機(jī)要通過改變旋翼的槳距和傾斜旋翼平面的方向來(lái)改變飛行方向，因而它的傳動(dòng)和操縱系統(tǒng)和飛機(jī)是全然不同的。 尾梁和尾槳 單旋翼直升機(jī)要由尾槳產(chǎn)生一個(gè)力矩來(lái)平衡由旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的使機(jī)身旋轉(zhuǎn)反作用力矩。尾槳距旋

9、翼轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)則產(chǎn)生的平衡力矩越大，這樣尾槳可以做得小，但尾梁加長(zhǎng)，傳動(dòng)軸也會(huì)加長(zhǎng)，使重量增加。 直線向前飛行時(shí)，尾槳產(chǎn)生的力矩和旋翼的反作用扭矩平衡，如果控制尾槳的推力大小，就可以使直升機(jī)轉(zhuǎn)向。尾梁上還裝有水平和垂直的安定面，保證直升機(jī)的航向和縱向穩(wěn)定。2、動(dòng)力傳遞和控制 四、直升機(jī)的飛行原理四、直升機(jī)的飛行原理 3、操縱及性能 1、旋翼受力 1、旋翼受力（水平鉸） 旋翼的槳葉在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生拉力(向上)其原理和機(jī)翼相同，都是因空氣流過翼面產(chǎn)生升力，但是它的運(yùn)動(dòng)是繞軸旋轉(zhuǎn)的，旋翼在旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)在迎風(fēng)的半圈(稱為前行)和順風(fēng)半圈(后行)中槳葉的相對(duì)風(fēng)速是不同的，即迎風(fēng)一半大，而順風(fēng)時(shí)小，因而會(huì)造成升力不

10、平衡，即前行槳葉升力大，這會(huì)使直升機(jī)傾斜，并使槳葉根部產(chǎn)生交變彎矩，使槳葉加速損壞。為了解決這個(gè)問題，槳葉和槳轂之間用一個(gè)水平鉸鏈或是柔性的連接起來(lái)，使槳葉可在旋翼平面上、下擺動(dòng)，這樣由于鉸鏈不傳遞垂直方向的力，從而使兩邊升力平衡，這個(gè)鉸鏈稱為水平鉸或揮舞鉸。 1、旋翼受力（垂直鉸） 同樣，在使用了揮舞鉸后，由于槳葉的上下擺動(dòng)，使每個(gè)槳葉的旋轉(zhuǎn)角速度發(fā)生變化，槳葉下?lián)]時(shí)，使旋翼角速度變小，上揮時(shí)，角速度增大，這個(gè)力稱為哥氏力，是沿旋翼周向作用在槳葉上的，也是周期變化的，同樣產(chǎn)生交變的根部彎曲力矩，為了減少這個(gè)力的作用，通常再如上一個(gè)垂直放置的鉸鏈，使槳葉可在圓周方向做少量的前后擺動(dòng)，這個(gè)鉸鏈叫

11、做垂直鉸或擺振鉸。 1、旋翼受力（軸向鉸） 旋翼和螺旋槳相同，它的槳葉的迎角即槳距和拉力的產(chǎn)生有直接的關(guān)系，因而它的槳距也要求可調(diào)，從而調(diào)節(jié)和控制升力，這需要第3個(gè)鉸鏈?zhǔn)箻~可以圍繞自身的軸運(yùn)動(dòng)，這個(gè)鉸稱為槳距角，或軸向鉸。這樣直升機(jī)的槳葉可以繞著3個(gè)鉸鏈揮舞、擺振和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而形成了一個(gè)構(gòu)造復(fù)雜，維護(hù)困難又壽命不高的槳轂系統(tǒng)。 2、動(dòng)力傳遞和控制 直升機(jī)的動(dòng)力是通過減速器的旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋翼傳送的，駕駛員操縱總距桿來(lái)改變槳葉的槳矩角(安裝角)實(shí)現(xiàn)旋翼的拉力增大或減小，使直升機(jī)上升或下降；改變飛行方向則操縱周期變矩桿(也稱駕駛桿)，使旋翼的旋轉(zhuǎn)平面向某一方向傾斜，使直升機(jī)向這一方向飛去，執(zhí)行這個(gè)動(dòng)作

12、的機(jī)構(gòu)稱為自動(dòng)傾斜器。圖4-51 自動(dòng)傾斜器結(jié)構(gòu)示意圖 3、操縱及性能、操縱及性能 （1 1） 直升機(jī)垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)旋翼產(chǎn)生拉力全部變?yōu)樯?，產(chǎn)生的反作用扭距被尾槳產(chǎn)生的拉力力矩平衡。向前飛時(shí)旋翼面前傾，所產(chǎn)生的拉力分解為向上的拉力和向前的推力，使直升機(jī)向前運(yùn)動(dòng) 。如果旋翼向右傾斜就會(huì)產(chǎn)生向右的分力，使直升機(jī)向右運(yùn)動(dòng)。同理，直升機(jī)可向其他方向運(yùn)動(dòng)。 3、操縱及性能、操縱及性能 （2 2） 駕駛員操縱直升機(jī)使用兩根駕駛桿和腳蹬，總距桿和油門通常連在一起，或稱為總距油門桿。駕駛桿后拉，旋翼槳矩增大，油門開大，旋翼升力增加，直升機(jī)上升，前推則下降。周期變矩桿也稱為駕駛桿，裝在球鉸上可向任一方向偏移，帶動(dòng)

13、自動(dòng)傾斜器向同一方向傾斜，使直升機(jī)向這一方向平移，腳蹬在單旋翼直升機(jī)上控制尾槳槳矩，改變尾槳拉力，從而改變直升機(jī)的航向(機(jī)頭所對(duì)方向)。對(duì)雙旋翼機(jī)腳蹬控制方向舵或其他航向控制機(jī)構(gòu)。 3、操縱及性能、操縱及性能 （3 3）v直升機(jī)的特點(diǎn)1、直升機(jī)的速度遠(yuǎn)低于飛機(jī)。2、直升機(jī)的耗油率比飛機(jī)高。3、維護(hù)費(fèi)用也高。4、在飛行性能方面無(wú)法和飛機(jī)相比。5、但使用場(chǎng)地靈活，對(duì)地形的適應(yīng)性高。 直升機(jī)在通用航空中占有不可缺少的重要位置，在復(fù)雜地形和擁擠城市區(qū)域的短途運(yùn)輸中也發(fā)揮著很大作用。直升機(jī)的速度遠(yuǎn)低于飛機(jī)的原因 直升機(jī)的飛行速度受到多種因素限制，首先是旋翼直徑很大，翼尖的線速度很高，在加上相對(duì)氣流的速度，高速飛行時(shí)很容易接近音速，槳葉承擔(dān)不了這樣的阻力。此外由于旋翼的傾斜角度不可能很大，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率一大部分用于提供升力，提供拉力的比例不可能太大，因而直升機(jī)的速度遠(yuǎn)低于飛機(jī)。迄今為止，直升機(jī)的最高飛行速度也只有400km/h左右，直升機(jī)