直升飞机的头顶上,为何要安装一个螺旋桨?
直升机属于旋转翼飞行器,和普通飞机不同,直升机的向上升力是由螺旋桨旋转产生的,如果大家玩过竹蜻蜓就能明白直升机是怎么飞起来的。我们常见的普通直升机都是一个大螺旋桨后面加一个小螺旋桨,而有的直升机却有两个一样大的螺旋桨,并反向旋转,这是为什么呢?
根据第三定律“相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上”可以知道,当直升机驱动螺旋桨旋转时,螺旋桨也必然会对直升机产生相反的作用力。这个作用力会驱使直升机的机体反方向旋转,如果没有其他措施抵消这个反作用力,那直升机就会进入“不由自主”的旋转模式。驾驶员要是跟着这么转,别说驾驶飞机了,隔夜的饭都能给吐出来。因此为了抵消机体的旋转,直升机就需要引入额外一种力量将这个反作用力消除,保证机身不会转动。
最常见的就是上面这种带尾桨的直升机了,尾桨在旋转时产生的力量抵消施加在直升机机体上的反作用力,这样直升机就可能在螺旋桨的带动下安全起飞了。使用尾桨的直升机在世界占绝大多数,包括军用和民用。这种直升机的优点是结构简单、技术成熟、性能可靠,各方面性能均比较平衡。有意思的是美、英、德、意、日等国的直升机螺旋桨都是逆时针旋转,法、俄、中、印的直升机螺旋桨都是顺时针旋转。
带尾桨的俄罗斯米24直升机
搞清了基本原理我们就能知道,只要能消除施加在机体上的反作用力,直升机就正常起降。因此除了使用尾桨外还会有很多其他的方式让直升机飞起来。
1.***轴双旋翼直升机
这种直升机的机体上方有两幅螺旋桨,两幅螺旋桨绕同一个轴反方向旋转。这种技术由于螺旋桨转向相反,两副螺旋桨产生的作用力被相互抵消,因此就保证了下方机体不会旋转。相对于普通直升机来说,***轴双旋翼直升机,机身短、升力大、飞行效率高,但对技术水平要求相对较高同时双旋翼相距过近剧烈机动时有可能会相互碰撞造成机毁人亡的事故。
进口自俄罗斯的***轴双旋翼反潜直升机
2.双旋翼横列直升机
双旋翼横列式直升机的两副螺旋桨一左一右分别安装在机身两侧的支架上。起飞时螺旋桨旋转但方向相反,互相产生的作用力被抵消。双旋翼横列直升机的技术由于缺点过多目前已被放弃,只有苏联制造过数架米-12双旋翼横列直升机,目前尚无发展。
原苏联米12直升机
3.双旋翼纵列直升机
双旋翼纵列直升机的两个螺旋桨在机身一前一后布置,根据飞行原理,直升机前后两个螺旋桨反向旋转用于抵消产生的力矩。有的直升机为了保持整体紧凑,两个螺旋桨一高一低,这样在飞行时螺旋桨就不会互相干扰。这种类型的直升机载重量大,机体空间大,因为没有普通直升机的尾部结构,活脱脱就像一节会飞的车厢。双旋翼纵列直升机里最典型的就是CH-47外号“空中车厢”。
会飞的CH-47“空中车厢”
4.双旋翼交叉式直升机
这种直升机的两幅螺旋桨除旋转方向相反外,其螺旋桨基座向倾斜安装,两幅螺旋桨旋转时交叉,为了防止旋翼相撞,使用飞行协调装置保证安全。交叉翼直升机的飞行稳定性好,但技术难点较高,基本用于民用,也很少出现在大众视野。
5.偏转翼飞机
偏转翼飞机是融合了直升机和飞机特点的一种新式飞行器。偏转翼飞机在起飞时类似一架双旋翼横列直升机,起飞之后螺旋桨和发动机仓向前旋转90度,看起来就像一架普通的螺旋桨飞机。偏转翼飞机融合了两种飞行器的特点,既能达到固定翼飞机的速度和航程,又可以像直升机一样不需要机场就可以起降。但这种偏转翼飞行器的设计难度大,技术水平高,即使是美国的MV-22偏转翼飞机,在测试中也出现了过多次事故,导致数十人遇难。
美国MV-22“鱼鹰”偏转翼飞机
6.喷气式尾桨
常规的尾桨式直升机里,一般都在尾梁上使用一副小螺旋桨来旋转产生反作用力。有一些小型直升机,另辟蹊径。这些直升机粗大的尾梁内部装装有一个风扇,尾梁的末端一侧开有喷气口。直升机起飞时,风扇吹出的风力从喷气口喷出,形成抵消直升机机体偏转的反作用力,保证了直升机起飞时机身不会旋转。这种直升机最大的优点是没有了尾桨,噪音大大降低,安全性能也得到提升。当然了,缺点是尾梁增大,重量增加,只适用于小型直升机。
MD-600直升机