自转旋翼机介绍1--德国轻型飞机.pdf

德国轻型飞机有限公司1第二章旋翼机基础知识常见旋翼机问题你为什么想飞旋翼机?什么是旋翼机?旋翼机和直升机的区别?气流如何使旋翼转动?那样旋翼机的引擎就无关紧要了吗？当旋翼自转时，哪些因素支配着旋翼的速度？当发动机空中停车时会发生什么情况?旋翼机的起飞和着陆滑跑距离为多少？驾驶旋翼机危险吗?若出现飞行员诱发震荡(PIO)会怎么样?还有其它的疑问吗？旋翼机的构成主要部件旋翼头座舱区域仪表板近览德国轻型飞机有限公司2第二章 旋翼机基础知识常见的旋翼机问题你为什么想飞旋翼机？首先，如果你在有风或酷热的条件下飞旋翼机，你会感受到比你飞多数其它类型的飞机特别是微轻型飞机少得多的湍流。这是由于气流流过旋翼而使旋翼高速旋转和旋翼高强度的承受风力载荷的能力。旋翼机能承受高达 20mph 的侧风，这样当其它小飞机不得不因侧风过大而停在地面时，旋翼机却可以翱翔蓝天，这意味着每年在英国旋翼机比多数其他的运动飞机有更多的可飞行天气。其二，你可以比许多其他类型的飞机飞的更安全。旋翼机活动的高度范围是600 英尺。当然，它可以飞得更高，但有那个必要吗？在这个高度层，你下面的世界已是一览无遗，而且若一旦发动机停车你还可以将它迫降在一小块田野里，因为它着陆后的滑跑距离还不到 10 英尺。其三，你不能使一架旋翼机失速。由于升力是由旋翼旋转产生的，所以旋翼机不需要向前的空速。一架旋翼机能在空中飞得很慢，这使它更具有观赏性。然而，要注意，在低于 500 英尺的高度下，旋翼机不能以零空速向前飞，这样可以确保一旦空中停车飞行员有足够的时间处置。德国轻型飞机有限公司3设有两个座位并可连续飞行 4 小时，旋翼机的确是一个长途旅行的好伙伴。乘坐旋翼机飞行乐趣无穷。它不仅具有直升机那种超凡的魅力和惊险刺激的感觉，同时租赁价格也极低。与其花费每小时 250 英镑租赁直升机，你还不如自己买一架并自己驾驶来享受飞行的乐趣。将油料、服务费和每年的折旧费合起来每小时的成本也就是 40 英镑。即便你拥有旋翼机并获飞行许可证，当局也不允许你用它来运营谋利。但我所认识的每一个拥有旋翼机飞着玩的人都有一个最大的收获灿烂的微笑，我称其为“旋翼机的开心之笑”。什么是旋翼机？旋翼机看上去像一种小型的直升机，它的一对旋翼同直升机相同但也仅此而已。旋翼机和直升机的区别？直升机有一台连接到旋翼上的引擎，在飞行中引擎带动旋翼高速旋转以产生动力。旋翼机也有旋翼，我们称其为“空转旋翼”或“自动旋翼”，在飞行中这对旋翼不和引擎相联。更细微的差别在于在正常飞行中，直升机旋翼向前倾斜，将旋翼上方的空气向下压。你也许看过电影：一架直升机从地面垂直升起 10 英尺后悬停，接着压低机头向前加速飞行，最后爬升远去。而旋翼机却不同，飞行中，它的旋翼向后倾斜，空气从旋翼的下方流向旋翼的上方，这种气流带动旋翼旋转。德国轻型飞机有限公司4假若直升机空中停车，直升机上的特殊离合器（又称制轮木离合器）会使旋翼继续旋转。直升机进入自转状态，而随之出现了气流流过旋翼方向的变化（气流自旋翼下方流向旋翼上方），这种变化的结果与旋翼机气流流过旋翼的方向相同。因此一架没有引擎的直升机就像一架旋翼机。许多人对我说“旋翼机是否就是穷人的直升机？”我认为直升机就是富人的旋翼机。气流如何使旋翼转动？你一定见过那种在海边随处可买到的并被人们插在用沙子堆成的城堡上的儿童风车。假如你迎风拿着一个这种儿童风车或对它吹口气，那么气流就会使它的叶片转动。同样的原理也适用于让气流强行从旋翼机的旋翼下部向上部流过。同其它类型的飞机一样旋翼机也装有引擎而且引擎与推进器相联接（多数现代飞机的引擎位于座舱的后面而不在飞机的前部）。当引擎转动时，来自推进器的推力推动旋翼机向前运动。由于旋翼机向后倾斜而使其下部面向气流，该气流推动旋翼转动不断加速。最终，旋翼旋转将产生足够的升力使旋翼机腾空而起。因此，旋翼机需要借助一段跑道（或田野）在推进器推动下向前滑跑，直到旋翼高速旋转产生足够的升力使其起飞升空。旋翼机无法像直升机那样垂直起飞。那样旋翼机的引擎就无关紧要了吗？德国轻型飞机有限公司5从上面的叙述中你可能会得出这样的结论：飞行中若引擎停止工作，气流就不再急速流过旋翼，而旋翼就会停转，这绝对错误！只要有气流流过旋翼，他们就会持续转动，为什么呢？旋翼也具有如同固定翼飞机机翼一样的翼形。当气流流过时他们就会旋转。当气流流过旋翼翼形表面时产生两种力，其中一种力叫升力，气流流速越快，产生的升力就越大。此外，气流在旋翼上产生的力的方向也与气流的速度有关。旋翼上产生的力主要一部分（靠近旋翼翼展的外端）是垂直方向的，这部分力使旋翼机升空，而另一部分力（靠近旋翼翼展的中部）是水平方向并作用于旋翼浆片受压中心的前端。这意味着这部分力实际上在推动旋翼旋转。当旋翼达到一定转速时，足够强大向前转的力量能完全战胜任何空气阻力，这时旋翼就处于自我推动状态，我们称其“自转”。这同帆船借助风力扬帆航行的原理类似，帆的作用就像旋翼叶片，而风力将帆向前鼓满推动帆船前进。正如前面论述的，在旋翼达到它们必要的自转转速之前，我们需要借助引擎来迫使空气穿过旋翼使其加速运转。MT03 型需要达到 280rpm。在这个转速下，旋翼的尖端的点速度达到 300 rpm，再说一遍，一旦旋翼进入自转，只要气流推动旋翼，它们就不会停下来。下图简单展示了旋翼产生升力和承受向前的推力的区域。不同的部位产生不同的力的原因是由于沿旋翼叶片上的不同点的线性速度不同造成的。在旋翼恒速转动时，在同一时间段内，旋翼靠近翼尖某点的直线移动距离要远远大于靠近翼根附近某点的直线移动距离，这将在后面详细论述。德国轻型飞机有限公司6旋翼的尖端部位受力主要是垂直向上的，正是这部分垂直向上的力使旋翼机飞在空中。在旋翼的中间部位，旋翼受到推力而向前转动。在本书的第五章中将详细探讨这些内容，眼下我只是简单描述一下。当旋翼自转时，哪些因素支配着旋翼的速度？你肯定感到很陌生，旋翼的转速受重力的支配，旋翼机承受的重力越大，旋翼转的就越快，这种情况你可以在训练中观察到，当你急转弯拉正载荷时，旋翼转速会快速增加。当操控旋翼机飞行时，你不必过于关注旋翼的转速，你的多数操控动作对它的影响都不大。事实上，一些早期旋翼机就没装旋翼转速表。当发动机空中停车时会发生什么情况？放心！你不会掉下来。由于旋翼的自转与发动机无关，当旋翼自转时就不受引擎失灵的影响。如前所述，你所需要的是气流和重力，当你的高度在 1000 英尺以上时，这两样条件完全具备。若出现空中停车重力会开始将你拖向地面-是这样吧？然而重力同时也将拖着你穿过大气层-是这样吧？正如我前面提到的，所有你需要的用以保持旋翼旋转的因素是气流和重力，而这两项也是你所拥有的。拉你向下的重力越大，重力迫使旋翼转的就越快，而由此产生的升力就越大。产生的升力越大你下降的也就越慢。这种关系变成一种平衡状态。是的，旋翼机高度会快速下降，但它会在一种完全可控的状态下下降。当高度在 500 英尺至 1000 英尺范围内时，这一特点使旋翼机比单引擎的直升机安全的多。当一架单引擎的直升机空中停车时，由于需要气流反向流过旋翼才能使其自转，而这需要一点时间，这样最初的高度掉落会很大，没有足够的时间恢复过来可能就坠地了。旋翼机的起飞和着陆滑跑距离为多少？若风速风向合乎要求，一位经验丰富的旋翼机飞行员可以将旋翼机降落在一块网球场上(只要网被拿掉且场边没有高杆)。一架现代旋翼机能在理想的条件下轻易地从一个足球场起飞(只要场地表面不是那么高低不平)。有许多因素决定着起飞和着陆的距离，其中影响比较大的是：飞机的总体重德国轻型飞机有限公司7量(包括飞行员、乘客及油料的重量)，大气和风的状况以及地表状况。这些都将在第六章后面详述。驾驶旋翼机危险吗？若出现飞行员诱发震荡（PIO）会怎么样？如果你涉足航空领域一时间且对旋翼机很感兴趣，你一定听说过一些关于旋翼机的事。而令人们谈虎色变的事就是飞行员操控引起的振动(PIO)。接下来我就来谈谈这个问题。PIO 主要是由于飞行员(新手)在大坡度时操控动作过度造成的。不同于固定翼飞机(其升力机构即机翼直接与机身相固定)，旋翼机的升力机构即旋翼是通过一个立柱轴与机身相连，这意味着旋翼的座舱受钟摆效应的影响，总的来说，旋翼机要比其它类型的飞机更易受操控过度的影响。当旋翼倾斜时，机身要几秒钟才能跟上它的移动(钟摆效应)，这意味着飞行员的身体不能立即感受到机身的变化。这就会使他认为他操控的还不够需要再加大一点力度，而当机身跟上旋翼的倾斜时，飞行员就已经将控制杆移动的过大而意识到操控过度了。一些其他类似问题，也是由于迟滞反应而导致的纠正动作造成的。误纠正会使事态进一步恶化。但近来的许多技术创新已使“新一代”旋翼机更加平稳，尤其在坡度时。首先，旧式旋翼机的(由推进器产生的)推力中心要比旋翼机的质心(质量中心)高的多。这意味着，若是快速推或收油门，整个旋翼机就会绕着质心转动，由此就导致了机头的俯仰。这种转动会造成整机振动。2005 年 AAC(民航管理局)颁布法规规定，旋翼机不允许再有动力空变情况下产生的振动。德国轻型飞机有限公司8某些新一代的旋翼机在龙骨上做个弯以便将推进器的推力线降低，同时也让体格庞大的推进器远离龙骨。这种改进极大地提高了旋翼机的稳定性。但必须指出：弯曲龙骨也不是提高坡度稳定性所必须的做法，老式 VPM 的旋翼机和新式的Magni 旋翼机也有坡度稳定功能，但却配有笔直的龙骨。近来人们对旋翼机做的第二次改进是在其尾部安装了一个小平尾。我们称其为水平稳定面。其设计目的是为了改善动力状态飞机坡度稳定性。若旋翼机机头上仰，水平尾翼就会产生点升力来带动机头向下。同样，若机头向下，在平尾上减少了的升力就会使机头回到水平状态。这同安装在飞镖尾部的金属薄片有同样的作用。这意味着机身振动会内在地消减。老式旋翼机没有安装水平安定面，在坡度情况下，动力的变化就会造成机体的不稳定。这意味着新一代旋翼机的两项技术革新，加上与之相应的执照办理和训练要求，极大地降低了因飞行员过度操控而引起的安全隐患。负载荷的危害也不仅局限于旋翼机，所有装配在摇摆头上的旋翼叶片都会出现同样的问题。这些机型中包括时下的空中风暴的 RobinsonR22 和 Bellhelicopter(贝尔直升机)。固定翼飞机不能承受持续的负载荷，那是因为机翼承受长时间的持续负载荷有断裂的危险。旋翼机的构成主要部件德国轻型飞机有限公司9旋翼头德国轻型飞机有限公司10座舱区域德国轻型飞机有限公司11德国轻型飞机有限公司12仪表板仪表板近览德国轻型飞机有限公司13