直升机空气动力学.docx

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1、直升机空气动力学   限制直升机速度的一个重要因素是旋翼桨叶的挥舞，桨叶的惯性在不断地挥舞中增加了机械振动，铰链的磨损（或弹性元件的疲劳）使直升机的可靠性总是不如固定翼飞机。常规直升机的柔性桨叶虽然是非常规机动成为可能，但柔性的桨叶也限制了直升机的机动性，难于像固定翼飞机一样做迅猛的滚翻、拉起、俯冲、盘旋动作，过于激烈的机动动作可能使桨叶和机体碰撞，严重危害飞行安全。刚性桨叶的限制要小得多，采用刚性桨叶的直升机或许有这样、那样的问题，但都具有比常规直升机远为出色的机动性。为此，刚性桨叶一直是直升机研究的一个目标。洛克希德“夏延”的下马给刚性桨叶的发展蒙上阴影，但刚性桨叶的研究并没有就此偃旗息鼓

2、，近来又柳暗花明的迹象。　　为了大幅度提高直升机性能，美国从70年代开始，进行了一系列直升机研究机项目。西科斯基的“前行桨叶概念”（AdvancingBladeConcept，简称ABC）在较早就获得成功。如前所述，刚性旋翼的一个大问题是由于前飞的相对速度叠加在旋翼旋转速度引起的非对称升力，但对于刚性的共轴反转双桨来说，两边的非对称升力叠加起来，就对称了，刚性的桨叶和桨轴吸收所有的扭力，这就是ABC可以免去挥舞铰的基本思路。由于刚性桨叶没有挥舞，上下旋翼可以离得很近，而没有碰撞的危险。差动式地加减上下旋翼的桨距以形成扭力差不仅形成水平方向上的转向，还由于刚性旋翼非对称升力造成横滚，进一步加速转

3、弯过程，所以ABC具有异乎寻常的机动性，大大超过常规直升机。ABC直升机有专用的推进发动机，高速平飞时，用气动舵面实现飞行控制。采用ABC的S-69（军用代号XH-59A）参加了LHX竞争，但技术终究不够成熟，在悬停中低头或抬头也比较困难，落选于同出于西科斯基的常规旋翼加涵道尾桨的方案，后者最终成为RAH-66“科曼奇”，现在也下马了。西科斯基XH-59A“前行桨叶”概念研究机，用共轴反转的刚性旋翼，既抵消扭力，又抵消非对称升力流线型的S-69蛮俊俏的前行桨叶在无人机的大潮中得到复苏，西科斯基的Mariner/CypherII将前行桨叶和涵道风扇结合起来，动力从“碗边”通过传动轴传递，可以分别

4、传递给上下旋翼，而不必用套筒轴驱动，大大简化机械设计和制造。理论上涵道可以改变气流方向，解决后行桨叶失速（retreatingbladestall）问题，提高直升机速度。但涵道本身增加重量，更是增加迎风阻力，如果像Mariner那样开在中机身，还妨碍机内载荷和设备的布置。西科斯基在Mariner上使用前行桨叶，与其说是为了速度，不如说是为了减小旋翼直径。涵道的采用和和后行桨叶失速没有太大关系，主要是无人机整体布置上的方便，涵道结构本身容纳发动机和机载设备，加上涵道有良好的侧向隔音作用，特别有利于巷战或特种作战使用。西科斯基的Mariner/CypherII，是美国海军无人机竟标中的候选之一/M

5、ariner/CypherII的前身Cypher在美国陆军本宁堡步兵学校的演习场作巷战演示作为美国直升机工业的龙头老大，西科斯基在80年代和国防部和NASA合作，研制了所谓X形翼研究机，其基本思路是在直升机和固定翼飞机之间架一座桥，机顶的X形机翼可以在直升机状态下旋转，产生升力；前飞达到一定速度后，X形翼锁住固定，作为机翼使用，飞机转入固定翼状态。X形翼在气动上虽然少见，但并非不可思议，这就是一对后掠翼加一对前掠翼。直升机状态下，反扭力问题有尾桨解决，比较难的是采用刚性的单旋翼，如何解决非对称升力的问题。西科斯基采用独特的“环流控制技术”（CirculationControlTechnolog

6、y），将发动机压缩机后引出高压气流，通过宽大的桨叶内的管路，像吹气襟翼一样，向桨叶后缘开缝襟翼吹气。吹气襟翼在下垂的襟翼表面喷吹高压空气，加速机翼上表面的气流流动，使机翼达到超过实际空速下能够产生的升力，50-60年代第一代超音速战斗机的低速性能就是靠吹气襟翼“救命”的。环流控制桨叶根据桨叶在圆周运动中的不同位置，控制开缝宽度和吹气强度，控制升力的增减，以补偿非对称升力。 西科斯基的X翼研究机将宽弦“桨叶”和机翼合二为一，在直升机状态作旋翼旋转，在固定翼状态固定，作为X形机翼，在直升机和固定翼之间架桥/用普通直升机旋翼先行试验的西科斯基“旋翼系统研究机”（RotorSystemResearch

7、Aircraft，简称RSRA）按固定翼飞机试飞的RSRA，可以看到，RSRA用机翼就可以产生足够的升力，并不需要X形翼的额外升力90年代时，波音接过接力棒，将X形翼的概念推向新的高度，用麦道直升机和NASA的合作结果，研制了“蜻蜓”（Dragonfly）研究机。“蜻蜓”有鸭式前翼和宽大的水平尾翼，机顶上有一字形的旋翼-机翼。在直升机状态下，旋翼-机翼在喷气翼尖的作用下旋转，产生升力。一字形的旋翼