直升机原理初解

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1、自从莱特兄弟发明飞机以来，人们一直为能够飞翔蓝天而激动不已，同时又受起飞、着落所需的滑跑所困扰。在莱特兄弟时代，飞机只要一片草地或缓坡就可以起飞、着陆。一基本原理依据贝努力原理的空气动力升力就成为除气球和火箭外所有动力飞行器的基本原理。机翼前行时，上下翼面之间的气流速度差造成上下翼面之间的压力差，这就是升力。所谓“机翼前行”，实际上就是机翼和空气形成相对速度。既然如此，和机身一起前行时，机翼可以造成升力，机身不动而机翼像风车叶一样打转转，和空气形成相对速度，也可以形成升力，这样旋转的“机翼”就成为旋翼，旋翼产生升力就是直

2、升机可以垂直起落的基本原理。中国小孩竹蜻蜓玩了有2,000年了，流传到西方后，成为现代直升机的灵感/达·芬奇设计的直升机，到底能不能飞起来，很是可疑　　旋翼产生升力的概念并不新鲜，中国儿童玩竹蜻蜓已经有2,000多年了，西方也承认流传到西方的中国竹蜻蜓是直升机最初的启示。多才多艺的达·芬奇在15世纪设计了一个垂直的螺杆一样的直升机，不过没有超越纸上谈兵的地步。1796年，英国人GeorgeCayley设计了第一架用发条作动力、能够飞起来的直升机，50年后的1842年，英国人W.H.Philips用蒸气机作动力，设计了一架

3、只有9公斤重的模型直升机。1878年，意大利人EnricoForlanini用蒸气机制作了一架只有3.5公斤重的模型直升机。1880年，美国发明家托马斯·爱迪生着手研制用电动机驱动的直升机，但最后放弃了。法国人PaulCornu在1907年制成第一架载人的直升机，旋翼转速每分钟90转，发动机是一台24马力的汽油机。Cornu用旋翼下的“舵面”控制飞行方向和产生前进的推力，但Cornu的直升机的速度和飞行控制能力很可怜。二飞机控制问题1反扭矩力直升机能够垂直飞起来的基本道理简单，但飞行控制就不简单了。旋翼可以产生升力，但谁

4、来产生前进的推力呢？单独安装另外的推进发动机当然可以，但这样增加重量和总体复杂性，能不能使旋翼同时担当升力和推进作用呢？升力-推进问题解决后，还有转向、俯仰、滚转控制问题。旋翼旋转产生升力的同时，对机身产生反扭力（初中物理：有作用力就一定有反作用力），所以直升机还有一个特有的反扭力控制问题。直升机主旋翼反扭力的示意图抵消反扭力的最常见的方法　　直升机抵消反扭力的方案有很多，最常规的是采用尾桨。主旋翼顺时针转，对机身就产生逆时针方向的反扭力，尾桨就必须或推或拉，产生顺时针方向的推力，以抵消主旋翼的反扭力。尾桨可以是推式，也

5、可以是拉式，一般认为以推式的效率为高。虽然不管推式还是拉式，气流总是要流经尾撑，但在尾桨加速气流前，低速气流流经尾撑的动能损失较小。2飞行控制反扭力的问题解决了，还有飞行控制的问题。前飞时，直升机不是不可以采用固定翼飞机一样的气动舵面控制偏航、俯仰、横滚，但悬停的时候怎么办呢？这又回到反扭力问题上来了，有控制地打破反扭力的平衡，不就可以造成飞机向左右的偏转吗？对于常规的主旋翼-尾桨布局，增加、减少尾桨的桨距（绕桨叶纵轴相对于桨叶迎风方向的偏转角），就在不改变尾桨转速的情况下，增加、减少尾桨的效果，达到使飞机偏转的效果。由

6、于动力装置固有的惯性，增加扭力的速度总是不及降低扭力的速度，所以常规的单桨直升机向一侧偏转的速度通常快于向另一侧偏转的速度。直升机旋翼水平旋转可以实现垂直起落/直升机通过将旋翼前倾产生推力　　旋翼水平旋转时，自然产生向上的升力，这是直升机得以垂直起落和悬停的基本条件。旋翼向前倾斜，自然就在产生升力的同时，产生前行的推力。3旋翼前倾（总矩控制和周期矩控制）但是如何使旋翼前倾呢？采用所谓的旋转斜板（swashplate），如下图所示。周期矩控制示意图，注意上旋转斜板和旋翼桨叶的连接，和下旋转斜板受飞行员控制的可调角度　　上旋

7、转斜板紧贴下旋转斜板滑动（或在接触面上安装滚珠，减少摩擦阻力），其倾斜角度由下旋转斜板决定。上旋转斜板随旋翼转动，由于前低后高，连杆和支点的作用迫使旋翼上升下降，最后按斜板的角度旋转，达到旋翼倾斜旋转。下旋转斜板不随旋翼转动，但倾斜角度可以由飞行员通过机械连杆或液压作动筒控制，以控制旋翼的倾斜角度。下旋转斜板不光可以前低后高，还可以左低右高，或向任意方向偏转。这就是直升机旋翼可以向任意方向倾斜的道理。这个改变旋翼在每个旋转周期内角度的控制称周期距控制（cycliccontrol），用来控制行进方向。直升机的另一个主要的飞

8、行控制为桨叶的桨距（pitch），用来控制升力，这称为总距控制（collectivecontrol）。和固定翼飞机的飞行控制不同，直升机不靠气动翼面实现飞行控制，而是靠这总矩控制和周期距控制实现飞行控制。周期距控制不仅用来控制行进方向，还用来控制滚转姿态。正常飞行时，旋翼的升力轴线必定通过飞机的重心，不然飞机要发生滚