无人机科普小知识丨单旋翼带尾桨无人直升机的特性

2019-12-19 19:53 军事政务 124

在直升机发展初期、没有哪一种布局的直升机占有主导地位,不同的设计者根据自己的理解和喜好,设计出各式各样的垂直飞行器,但是经过多年的实践。其他布局的直升机大多失去了热衷者,唯有单旋翼带尾桨的直升机势头未减,占据主导地位,成为目前应用最为广泛的一种直升机。多数起飞重量较大的无人直升机也都采用此种布局。单旋翼带尾桨直升机构造简单,操纵灵便,确有其显著的优点。

无人机科普小知识丨单旋翼带尾桨无人直升机的特性

事实上,同是单旋翼带尾桨直升机,不同的机型,虽然共性的方面很多,但在气动布局上也可能存在着较大的差别,其气动部件的形状、安装部位、部件配置、参数选择等都可能不一样。不同的气动布局必然会产生不同的气动特点,而不同的气动特点又会直接影响到直升机的性能和操纵。国内目前使用的单旋翼带尾桨无人直升机机型较多,对于无人机驾驶员来说,了解不同布局的气动特点和设计师的特殊考虑,对于掌握机型特点是有益的。下面对单旋翼带尾桨直升机的代动布局特点进行简要介绍。

1.旋翼的布局和工作参数选择

1)旋翼旋转方向

一般来说,美国的一些直升机喜欢采用俯视逆时针旋翼,法国,俄罗斯等多数国家喜欢采用俯视顺时针旋翼,我国直升机中"黑鹰"和直-8是俯视逆时针旋翼,其他机型都是俯视顺时针旋翼。从气动特性来说,两者并没有明显的差别。但是,对有人机来讲,如果采用并列式双驾驶员座舱,并指定左座为机长位置,那么还是采用俯视顺时针旋翼好些。这主要是在悬停和起、降中,飞行员的视线方向与飞行员小臂的移动方向一致,操纵动作比较自然的缘故。

2)旋翼轴前倾角

为了降低燃料消耗率,设计师通常把直升机以巡航速度飞行时的姿态,选为接近水平姿态,使阻力最小,这样,飞行中旋翼桨盘就必须前倾,以便形成足够的水平拉力与阻力相平衡。比较方便的做法是将旋翼轴设计成向前倾斜的,前倾角通常为5°左右。但是前倾角过大也不好,会造成消速及悬停时直升机的姿态很大。严格地说,前倾旋翼轴对悬停操纵与空气动力设计都不算有利,今后可能会有更好的解决方案。

3)旋翼直径

大的旋翼直径可以有效地提高旋翼拉力,因为旋翼拉力同旋翼半径的四次方成正比。旋翼直径大,则旋翼的桨盘载荷小。这样可以有效地降低旋翼诱阻功率。但是,旋翼直径过大,也有其不利方面,主要有:直升机重量增加、造价提高、所需的存放场地大、在丛林等复杂地貌条件下机动能力差。为此,设计师在设计过程中,最终目标是确定最小的旋翼直径或者确定最大的桨盘载荷,它必须既能满足性能要求,又能满足直升机的使用要求。

4)旋翼桨叶的平面形状

早期直升机的旋翼多采用尖削桨叶,即桨叶尖部的弦长比根部更短一些,这可使桨盘诱导速度更为均匀,从而改善悬停性能。采用金属桨叶后,为了制作方便,一般旋翼都采用矩形桨叶。近些年,复合材料受到青睐,由于这种桨叶按变弦长的要求制作没有困难,尖削方案可能重新被采用。为了解决大速度下空气压缩性的影响和噪音问题,把桨叶尖部做成后掠形是可取的方案。。黑鹰"直升机就是一个例子。

5)桨叶扭转

采用扭转桨叶可以改善旋翼桨叶拉力分布,但是,大的扭转虽然对悬停有利,但在大速度飞行时,会产生振动载荷,而且,大的扭转对自转也不利。因此,目前桨叶的扭转角多在-5°~-6°之间。

6)桨叶翼型和桨叶片数

一般来说,理想的翼型应该既有较好的低速性能,又有较好的高速性能,同时俯仰力矩也要符合要求,还要考虑防颤振等特殊要求。这些条件往往相互矛盾。目前来看,相对厚度比较薄的接近对称型方案占上风。

至于旋翼的桨叶片数,目前多数单旋翼带尾桨无人直升机使用2片桨叶。

2.尾桨形式与布局

1)尾桨的安装位置与旋转方向

尾桨的作用是平衡旋翼产生的反扭矩,单旋翼直升机的尾桨都是安装在尾梁后部或尾斜梁或垂尾上,其垂直位置有的比较低,有的则比较高。尾桨的安装位置低,可以减小传动系统的复杂性,有助于减轻结构重量,但是,尾桨可能处在旋翼尾流之中,容易发生不利的气动干扰。反过来,尾桨的安装位置高,则可以避免或减少气动干扰,提高尾桨效率,对提高前飞的稳定性也是有利的,而且悬停时直升机坡度较小,但结构较低置尾桨复杂。现在看来,多数直升机都采用高置尾桨。

尾桨旋转方向的选择,主要是从减弱旋翼与尾桨之间的气动干扰考虑的。一般认为,尾桨采用底部向前的旋转方向较为有利,尾桨效率也比较高。

2)推式尾桨和拉式尾桨

上一篇:可隔墙探人的透视雷达将装备俄近卫军 下一篇:海外媒体瞩目“神十一”飞天:中国的航天事业加速崛起