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  • 直升机

    直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供向上升力和推进力而进行飞行的航空器。固定翼航空器的飞行升力源自固定在机身上的机翼。当固定翼航空器向前飞时,机翼与空气之间发生相对运动,进而产生升力。竹蜻蜓有据可查的历史记载于晋朝(265年—420年)葛洪所著的《抱朴子》一书中。它利用“环剑”驱动螺旋桨轴,从而通过旋翼的空气动力实现垂直升空,演示了现代直升机旋翼的基本工作原理。20世纪初为直升机发展的探索期,多种试验性机型相继问世,试验机方案的多样性表明了探索阶段的技术不成熟性。直升机的常见类型有单旋翼带尾桨和单旋翼无尾桨。直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动,也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。分为普通直升机与高速直升机。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名: 直升机 外文名: helicopter
    基本分类: 单旋翼式、双旋翼式、新概念式 发明日期: 1907年8月
    发明者: 法国人保罗·科尔尼 应用领域: 医疗、救援、探测、科研、战斗等

    目录

    简介/直升机 编辑

    直升机直升机

    直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供向上升力和推进力而进行飞行航空器。直升机具有大多数固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合大显身手。直升机与固定翼飞机相比,其弱点是速度低、耗油量较高、航程较短。

    直升机主要由机体和升力(含旋翼和尾桨)、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动,也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。分为普通直升机与高速直升机。

    飞行原理/直升机 编辑

    固定翼航空器的飞行升力源自固定在机身上的机翼。当固定翼航空器向前飞时,机翼与空气之间发生相对运动,进而产生升力。直升机的升力产生原理与机翼相似,只不过这个升力是来自于绕固定轴旋转的“旋翼”。旋翼不像飞机那样依靠整个机体向前飞行来使机翼与空气产生相对运动,而是依靠自身旋转产生与空气的相对运动。但是,在旋翼提供升力的同时,直升机机身也会因反扭矩(与驱动旋翼旋转等量但方向相反的扭矩,即反作用扭矩)的作用而具有向反方向旋转的趋势。对于单旋翼直升机,为了平衡反扭矩,常见的做法是以另一个小型旋翼,即尾桨,在机身尾部产生抵消反向运动的力矩。对于多旋翼直升机,多采用旋翼之间反向旋转的方法来抵消反扭矩的作用。

    历史/直升机 编辑

    (图)Kamow Ka-8Kamow Ka-8

    人类有史以来就向往着能够自由飞行。古老的神话故事诉说着人类早年的飞行梦,而梦想的飞行方式都是原地腾空而起,像现代直升机那样既能自由飞翔又能悬停于空中,并且随意实现定点着陆。例如哪阿拉伯人的飞毯,希腊神的战车,都是垂直起落飞行器。其中最有价值、最具代表性的是中国古代玩具“竹蜻蜓”和意大利人达·芬奇关于垂直起降航空器的画作。

    竹蜻蜓有据可查的历史记载于晋朝(265年—420年)葛洪所著的《抱朴子》一书中。它利用"环剑"驱动螺旋桨轴, 从而通过旋翼的空气动力实现垂直升空,演示了现代直升机旋翼的基本工作原理。《简明不列颠百科全书》第9卷写道:“直升机是人类最早的飞行设想之一,多年来人们一直相信最早提出这一想法的是达·芬奇,但现在都知道,中国人比中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。”这种玩具于14世纪传到欧洲。“英国航空之父”乔治·凯利(1773年-1857年)曾制造过几个竹蜻蜓,用钟表发条作为动力来驱动旋转,飞行高度曾达27米。

    随着生产力的发展和人类文明的进步,直升机的发展史由幻想时期进入了探索时期。欧洲产业革命之后,机械工业迅速倔起,尤其是本世纪初汽车和轮船的发展,为飞行器准备了发动机和可供借鉴的螺旋桨。经过航空先驱者们勇敢而艰苦的创造和试验,1903年莱特兄弟(Wright brothers)制造的固定翼飞机飞行成功。在此期间,尽管在发展直升机方面,航空先驱们付出了相当的艰辛和努力,但由于直升机技术的复杂性和发动机性能不佳,它的成功飞行比飞机迟了30多年。

    直升机旋翼运作说明直升机旋翼运作说明

    20世纪初为直升机发展的探索期,多种试验性机型相继问世。试验机方案的多样性表明了探索阶段的技术不成熟性。经过多年实践,这些方案中只有纵列式和共轴双旋翼式保留了下来,至今仍在应用。双桨横列式方案未在直升机家族中延续,但在倾转旋翼飞机中得到了继承和发展。

    俄国人尤利耶夫另辟捷径,提出了利用尾桨来配平旋翼反扭矩的设计方案并于1912年制造出了试验机。这种单旋翼带尾桨式直升机成为至今最流行的形式。

    经过20世纪初的努力探索,为直升机发展积累了可贵的经验并取得显著进展,有多架试验机实现了短暂的垂直升空和短距飞行,但离实用还有很大距离。

    飞机工业的发展,使航空发动机的性能迅速提高,为直升机的成功提供了重要条件。旋翼技术的第一次突破,归功于西班牙人Ciervao,他为了创造“不失速”的飞机以解决固定翼飞机的安全问题,采用自转旋翼代替机翼,发明了自转旋翼机。旋翼技术在自转旋翼机上的成功应用和发展,为直升机的诞生提供了另一个重要条件。

    最早的直升机——FW-61最早的直升机——FW-61

    1907年8月,法国人保罗·科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。 1938年,年轻的德国人汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。 1936年,德国福克公司在对早期直升机进行多方面改进之后,公开展示了自己制造的FW-61直升机,1年后该机创造了多项世界纪录。

    这是一架横列式双旋翼直升机,也是世界上第一架真正能在空中盘旋的直升机,它沿用了普通飞机的机身和方向舵,机身前部装有一台发动机,起落架为三轮式,样子十分古怪。

    试飞那天,它由一名女子驾驶,从德国柏林起飞,以68公里/小时的速度安全飞到了英国伦敦。进行这种长距离的飞行,在当时还是第一次。它的试飞成功,打破了垂直飞行器的飞行记录,震动了世界航空界。

    1939年春,美国的伊戈尔·西科斯基完成了VS-300直升机的全部设计工作,同年夏天制造出一架原型机。这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。

    从圣西高地起飞的法国宪兵救援直升机从圣西高地起飞的法国宪兵救援直升机

    20世纪40年代,美国沃特-西科斯基公司研制的一种2座轻型直升机R-4,它是世界上第一种投入批量生产的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。该机的公司编号为VS-316,VS-316A。美国陆军航空兵的编号为R-4,美国海军和海岸警卫队的编号为HNS-1,英国空军将其命名为“食蚜虻 1”(Hoverfly 1),英国海军将其命名为“牛虻”(gadfly)。

    到30年代末期,在法国、德国、美国和前苏联都有直升机试飞成功,并迅速改进达到了能够实用的程度。第二次世界大战的军事需要,加速了这一进程,促使直升机发展由探索期进入实用期,直升机开始投入生产线生产。到二战结束时,德国工厂已生产了30多架直升机,美国交付的 R5、R6直升机已达400多架。

    20世纪的后半期直升机进入航空实用期,直升机的应用领域不断扩展,数量迅速增加。

    常见类型/直升机 编辑

    单旋翼直升机

    (图)美国UH-1C直升机的基本构型美国UH-1C直升机的基本构型

    单旋翼带尾桨(Ducted Fan)

    最常见的直升机类型,一个水平旋翼负责提供升力,尾部一个小型垂直旋翼(尾桨)负责抵消旋翼产生的反扭矩。有些机型还将尾桨设计成涵道式,如欧洲直升机公司制造的EC-135直升机。

    单旋翼无尾桨(NOTAR)

    一个水平旋翼负责提供升力,机身尾部侧面有空气排出,与旋翼的下洗气流相互作用产生侧向力来抵消旋翼产生的反扭矩。例如,美国麦道直升机公司生产的MD520N直升机。

     
    双旋翼直升机
    纵列式(Tandem)
    两个旋翼前后纵向排列,旋转方向相反,多见于大型运输直升机。例如,美国波音公司制造的CH-47支努干”运输直升机。
     
    横列式(Transverse)
    两个旋翼左右横向排列,旋翼轴间隔较远,旋转方向相反。例如,前苏联米里设计局研制的Mi-12直升机。
     
    共轴式(Coaxial)
    两个旋翼上下排列,在同一个轴线上反向旋转。例如,前苏联卡莫夫设计局研制的卡-50武装直升机。
     
    交叉式(Intermeshing)
    两个旋翼左右横向排列,旋翼轴间隔较小,并且不平行,旋转方向相反。例如,KAMAN公司制造的K-MAX起重直升机。

    操纵系统/直升机 编辑

    直升机的操纵系统有别于固定翼航空器,通常由以下部分组成:
     
    总距操纵杆
     
    简称总距杆,用来控制旋翼桨叶总距变化。总距操纵杆一般布置在驾驶员座位的左侧,绕支座轴线上、下转动。驾驶员左手上提杆时,使自动倾斜器整体上升而增大旋翼桨叶总距(即所有桨叶的桨距同时增大相同角度),使旋翼拉力增大,反之拉力减小,由此来控制直升机的升降运动。通常在总距操纵杆的手柄上设置旋转式油门操纵机构,用来调节发动机油门的大小,以便使发动机输出功率与旋翼桨叶总距变化后的旋翼需用功率相适应。因此,该操纵杆又被称为总距油门杆。
    周期变距操纵杆
     
    简称驾驶杆。与固定翼航空器的驾驶杆作用相似,通过操纵线系与自动倾斜器相连接。一般位于驾驶员座椅的中央前方。驾驶员沿横向和纵向操纵周期变距操纵杆时,自动倾斜器会出现相应方向的倾斜,从而导致旋翼拉力方向也发生相应方向的倾斜,由此得到需要的推进力以及横向和纵向操纵力,进而改变直升机的运动状态和自身姿态。
    脚蹬
     
    与固定翼航空器的方向舵脚蹬作用相似,都是控制航向工具。由于直升机的类型比较多,脚蹬起作用的方式也各不相同。对于单旋翼带尾桨直升机,脚蹬经操纵线系与尾桨的桨距控制装置相连,通过控制尾桨桨距的大小来调节尾桨产生的侧向力,达到控制航向的目的。对于单旋翼无尾桨直升机,则是通过脚蹬控制机身尾部出气量的大小来调节侧向力。对于双旋翼直升机,脚蹬控制的则是两旋翼总桨距的差动,即一个增大一个减小,使得两旋翼反扭矩不能平衡,从而使机身发生航向偏转。
     
    单旋翼带尾桨直升机的操纵系统说明表
    名称直接操纵对象主要作用副作用前飞时的用途悬停时的用途
    周期变距杆-横向改变旋翼前后桨叶的桨距通过自动倾斜器横向倾斜旋翼桨盘增加下降率使航空器转弯侧向移动
    周期变距杆-横向改变旋翼左右桨叶的桨距通过自动倾斜器横向倾斜旋翼桨盘增加下降率操纵俯仰姿态前后移动
    总距操纵杆通过自动倾斜器同步改变旋翼桨叶桨距增加和减小旋翼拉力增加和减小扭矩和发动机转速调整垂直速度调整悬停高度和垂直速度
    脚蹬尾桨总距产生偏航速率增加或降低扭矩和发动机转速(小于旋翼总距操纵的影响)调整侧滑角控制偏航速率和航向

    用途/直升机 编辑

    沙漠直升机沙漠直升机
    直升机拥有灵活、快捷的突出特点,可以做低空、 低速和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小场地垂直起降以及在公路交通大面积严重阻断情况下的各种救援和使用。直升机因为有许多其他飞行器难以办到或不可能办到的优势,受到广泛应用,直升机由于可以垂直起飞降落不用大面积机场主要用于观光旅游、火灾救援、海上急救、缉私缉毒、消防、商务运输、医疗救助、通信以及喷洒农药杀虫剂消灭害虫、探测资源,等国民经济的各个部门。世界直升机的队伍逐渐壮大。
     

    武装直升机

     
    装有武器并执行作战任务的直升机。亦称攻击直升机或强击直升机。主要用于攻击地面、水面和水下目标,为运输直升机护航,也可与敌直升机进行空战。具有机动灵活,反应迅速,适于低空、超低空抵近攻击,能在运动和悬停状态开火等特点。多配属陆军航空兵,是航空兵实施直接火力支援的新型机种。武装直升机可分为专用型和多用型两种。专用兴武装直升机是专门为进行攻击任务而设计的,其机身窄长,机舱内只有前后或并列乘坐的2名乘员(甚至1名乘员),作战能力较强;多用途武装直升机除用来遂行攻击任务外,还可用于运输、机降、救护等。反坦克作战是武装直升机的主要用途之一,因此武装直升机又被称为“坦克杀手”;它与坦克对抗时,在视野速度、机动性及武器射程等诸方面明显处于优势地位。舰载武装直升机还可扩大舰艇或舰队的作战范围,增强作战能力。武装直升机一般携带机枪、航炮、炸弹、火箭和导弹等多种武器,最大平飞时速300千米以上,续航时间2-3小时。武装直升机广泛用于现代局部战争,在战争中发挥了重要作用,受到世界各国的十分关注。[1]
     
    在武装直升机出世后成为了坦克的最大克星,几乎没有一种坦克能防御武装直升机的攻击。
     

    重型直升机

     

    重型直升机的突出特点是可以做低空(离地面数米)、低速(从悬停开始)和机头方向不变的机动飞行,特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景。在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。[2]

    图集/直升机 编辑

    (图)美国AH-64直升机美国AH-64直升机
    (图)俄制米171SH通用直升机俄制米171SH通用直升机
    (图)直升机直升机

     

    相关文献

    参考资料
    [1]^引用日期:2013-09-06
    [2]^引用日期:2010-07-01

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