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直升机与飞机的区别
《中国大百科全书》 (l985 版 ) 对飞机的定义是 :" 由动力装置产生前进推力 , 由固定机翼产生升力 , 在大气层中飞行的重于空气的航空器。 " 特别指出 : 无动力装置的滑翔机、以旋翼作为主要升力面的直升机以及在大气层外飞行的航天飞机都不属于飞机的范围。但在日常生活中, 盲人习惯地将气球、飞艇以外的航空器泛称飞机。
那么什么是直升机呢 ? 《中国大百科全书》对直升机的定义是: " 以动力驱动的旋翼作为主要升力来源、能垂直起落的重于空气的航空器。 " 它既区别于以旋翼作为主要升力来源但不能垂直起落的旋翼机、又区别于不是以旋翼作为主要升力来源的垂直起落飞机。
直升机属于旋翼航空器 , 装有一副或几副类似于大直径螺旋桨的旋翼。旋翼安装在机体上方近于铅垂的旋翼轴上、由动力装置驱动, 能在静止的空气和相对气流中产生向上的升力。旋翼由自动倾斜器控制, 又可产生向前、向后、向左或向右的水平分力, 因此直升机既能垂直上升下降、空中悬停 , 又能向前后左右任一方向飞行。直升机可以在狭小的场地上垂直起飞和降落而无需跑道。装有轮式起落架的直升机也可滑跑起飞。当发动机在空中停车 , 直升机还可以利用旋翼自转下滑, 安全着陆。
直升机与固定翼飞机各有所长、优势互补。直升机的突出特点是可以做低空飞 (离地面数米) 、低速飞(从悬停开始) 、倒飞和侧飞等机动飞行 , 特别是可在小面积场地垂直起降。这些特点使直升机具有广阔的用途及发展前景。在军用方面 ,它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 , 它已应用于短途运输、医疗救护、抢险救灾、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。
在直升机发展过程中, 人们曾对各种结构类型进行过探索, 而目前最流行的主要有单旋翼直升机和双旋翼直升机两种。双旋翼式直升机又分成旋翼同轴上下安装的共轴式直升机、旋翼左右安装的横列式直升机和旋翼前后安装的纵列式直升机三类。比较而言, 单旋翼加尾桨式直升机最为常见。
单旋翼直升机仅由一副旋翼产生升力。旋翼分机械驱动式和桨尖喷气驱动式两种。机械驱动式单旋翼直升机由于构造简单和传动效率高 , 应用最为广泛。这种形式的直升机为了平衡旋翼反扭矩及进行航向操纵佳佳在尾梁末端安装有一副尾桨, 产生侧向力, 称为带尾桨单旋翼直升机。对于轻型单旋翼直升机, 可把尾桨安装在尾梁末端的涵道内, 这种尾桨称为涵道风扇尾桨。中国生产的直9直升机就是其中典型的代表。20世纪80年代提出了另外一种平衡旋翼反扭矩及进行航向操纵的方法 , 它根本不需要尾桨来产生侧向力。采用这种方式的单旋翼直升机称为无尾桨单旋翼直升机。
直升机一般由机身、发动机、减速器、旋翼系统、操纵系统、尾桨、起落架及仪表系统等组成。下面择要 作一简单的介绍。
机身用来支持和固定直升机部件、系统 , 把它们连接成一个整体 , 井用来装载人员、物资和设备, 使直升机满足既定技术要求。
发动机是全机动力的来源 , 动力装置大体上分为两类即航空活塞式发动机和航空涡轮轴发动机。在直升机发展初期, 均采用技术上比较成熟的航空活塞式发动机作为直升机的动力装置。但由于其振动大、功率质量比和功率体积比小、控制复杂等许多问题 , 人们就利用已经发展起来的涡轮喷气技术寻求性能优良的直升机动力装置 , 从而研制出直升机用涡轮轴发动机。
减速器由一组齿轮及传动装置构成 , 它将高转速、小扭矩的发动机功率变成低转速、大扭矩的发动机功率传递给旋翼轴, 并按转速、扭矩需要将功率传递给尾桨、附件等。减速器是直升机上主要的动部件之一, 也是传动装置中最复杂、最大、最重的一个部件。
旋翼系统是直升机最重要的活动部件, 既为直升机提供升力, 又用于对直升机进行操纵。旋翼系统包括桨叶、桨毂、拉杆、扭力臂、自动倾斜器等部件。旋翼桨叶是产生升力的关键部件 , 其横剖面具有一定的翼型形状 , 通常由金属材料或复合材料制成。桨毂是是连接桨叶和旋翼轴的部件 , 由旋翼轴带动进而驱动桨叶旋转。为了保证直升机能够正常飞行 , 桨毂是与桨叶的连接往往采用较接式 , 这是直升机得以发明的关键技术之一。变距拉杆的两端分别连接桨叶和自动倾斜器, 传递周期变距和总距操纵。扭力臂固定在桨辑上, 带动自动倾斜器的旋转部分转动, 保证与旋转部分相连的拉杆只传递桨距操纵 , 而不受侧向力干扰。自动倾斜器用来传递来自操纵系统的周期变距和总距操纵,由动环和不动环两部分构成。
旋翼的基本功能类似于飞机机翼, 其桨叶剖面采用一定的翼型形状。当旋翼旋转时, 它可以产生向上的升力。对直升机来说 , 旋翼既起到了飞机机翼的作用, 又起到了螺旋桨的作用。不仅如此 , 旋翼还起到飞机副翼、升降舵和方向舵的作用。为了实现上述功能, 旋翼总的空气动力矢量即拉力, 方向可变, 大小可变。此外, 旋翼工作引起的振动、噪声是全机主要振源、声源总之, 旋翼关系到直升机的性能、飞行品质, 影响到直升机的可靠性、舒适性。
尾桨是用来平衡反扭矩和对直升机进行航向操纵的部件。旋转着的尾桨相当于一个垂直安定面 , 能对直升机航向起稳定作用。虽然尾桨的功用与旋翼不同 , 但是它们都是由旋转而产生空气动力 , 并在前飞时处于在不对称气流中工作的状态, 因此尾桨结构与旋翼结构有很多相似之处。
直升机机载设备是指在直升机上保障飞行、完成各种任务的设备和系统的总称。直升机机载设备品种繁多, 包括电气设备、显示和控制设备、导航设备、通信及电子对抗故障诊断设备等。随着现代直升机技术的发展 , 机载设备的地位越来越重要。
机载设备性能的优劣已成为现代直升机先进与否的重要标志之一 , 先进的机载设备在提高直升机的使用效能和保证经济性、安全性方面具有不可替代的突出作用。据有关统计资料,20世纪80年代中期的民用直升机上 , 机载设备只占总价的 5%; 军用直升机上 , 机载设备占总价的 30%~40% 。
直升机操纵要比飞机复杂得多 , 其特有的操纵系统包括总距操纵杆、周期变距操纵杆、自动倾斜器等。
总距操纵杆简称"总距杆", 是用来控制旋翼桨叶安装角变化的操纵杆, 一般位于驾驶员座位的左侧，可绕支座轴线上、下转动。驾驶员左手上提杆时, 使自动倾斜器上升从而增大旋翼桨叶桨距角 , 使旋翼升力增大, 反之升力减小, 由此来控制直升机的上升、下降运动。这是直升机特有的一种操纵机构。通常在总距操纵杆的手柄上设置油门操纵机构, 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安装角变化后的旋翼需用功率相适应。因此 , 总距杆又被称为总距油门杆。随着电传、光传操纵技术的发展, 座舱操纵机构也在向新型侧杆操纵方式发展 , 总距操纵杆将有可能与周期变距操纵杆合并成一个很简单的侧置操纵杆。
周期变距操纵杆简称驾驶杆。它通过连杆机构与自动倾斜器相连接, 一般位于驾驶员座椅的正前方最显著的位置上。驾驶员前、后 (或左、右) 操纵周期变距操纵杆, 可使自动倾斜器相应地向前、后 ( 或左、右 ) 倾斜 , 从而使桨叶的桨距 ( 倾角 ) 作每圈一次的周期改变 , 后 ( 或左、右 ) 飞和俯仰 ( 或横读 ) 飞行的目的。周期变距操纵杆在结构上必须保证纵向、横向操纵的独立性。在周期变距操纵杆上 , 还 可根据不同的要求 , 装设各种开关、按钮和把手。
自动倾斜器又称倾斜盘 , 是把直升机总距杆和周期变距杆的操纵位移 , 分别转换成旋翼桨叶的总距操纵和周期变距操纵的主要操纵机构。它是直升机操纵系统特有的复杂而重要的构件。自动倾制器一般由与操纵杆系相连的不旋转环和与桨叶变距拉杆相连的旋转件组成。不旋转环通过径向止推轴承与旋转环相连。由操纵杆系输人的操纵量 , 经过不旋转环转换成旋转环的上下移动和倾斜运动 , 再由旋转环通过与桨叶变距摇臂相连的桨叶变距拉杆去改变桨叶桨距使旋翼拉力的大小和方向改变 , 从而实现直升机的飞行操纵。倾斜盘旋转环的转动由与旋翼桨毂相连的扭力臂带动。
那么直升机又是如何在水平面上进行旋转的呢 ? 这个功能是通过直升机的尾桨来完成的。对于单旋翼直升机来说 , 如果把机身和旋翼看作一对施力和受力体的话，旋翼旋转所产生的反作用力必然会使机身向相反的方向转 动。要保持机身的稳定, 就必须增加一个额外的力矩来抵消这种旋转，这也是设计师在直升机尾部安装尾桨的原因。当直升机处于直线飞行时, 尾桨的推力力矩与旋翼的反作用力矩恰好平衡。如果改变尾桨的输出功率，破坏这一平衡 , 机身就可以在水平面上进行旋转。大多数直升机都是通过驾驶员前方的一对脚踏破来调整机头方向。
直升机可以做各种类型的飞行动作、但每种飞行动作都能分解为升降、位移和旋转三个基本的运动形式。以起飞为例, 直升机在起飞时通常是先启动主旋翼 ,使飞机垂直升至 1米 ~1.5米的高度, 然后驾驶员会一方面加大主旋翼的桨叶桨距角来加快爬升, 另一方面还会让主旋翼向前倾斜以提升飞行速度。随着旋翼功率的增加，驾驶员还需不断调整尾桨的功率使机身保持直线飞行。可以说直升机在飞行中的每时每刻都贯穿着多个力的平衡与失衡。所以、直升机的操纵要比飞机复杂得多。从某种意义上说，驾驶直升机比开飞机难得多。

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