【簡介:】直升機(jī)雙槳共軸式布局的優(yōu)點(diǎn)很多:
方便的維護(hù)無尾槳結(jié)構(gòu)。由于上下旋翼反向旋轉(zhuǎn),形成了直升機(jī)水平方向的力矩平衡,所以雙槳共軸直升機(jī)不需要尾槳來平衡直升機(jī)水平方向上的力矩
直升機(jī)雙槳共軸式布局的優(yōu)點(diǎn)很多:
方便的維護(hù)無尾槳結(jié)構(gòu)。由于上下旋翼反向旋轉(zhuǎn),形成了直升機(jī)水平方向的力矩平衡,所以雙槳共軸直升機(jī)不需要尾槳來平衡直升機(jī)水平方向上的力矩。前蘇軍在阿富汗的作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)表明,作戰(zhàn)中損失的蘇軍直升機(jī)有30%與尾槳有關(guān)。主要是:尾槳的彈傷或異物損傷;承載的尾梁損傷;長距離的尾槳傳動(dòng)軸系損傷等。共軸式直升機(jī)因取消了尾槳,所以不僅和與尾槳有關(guān)的損傷無緣,而且也可節(jié)省尾槳所耗用的額外功率。這帶來了更方便的維護(hù)和更強(qiáng)的生存能力,比如俄國的卡-50機(jī)身后半部分的結(jié)構(gòu)主要是出于氣動(dòng)布局的需要,即便該部分被擊毀,直升機(jī)依然可以進(jìn)行正常的飛行。
氣動(dòng)特性對(duì)稱,機(jī)動(dòng)性好。在使用相同發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下,兩副共軸式旋翼的升力比單旋翼/尾槳布局的旋翼升力大12%。共軸式旋翼氣動(dòng)力對(duì)稱性顯然優(yōu)于單旋翼式,不存在各軸之間互相交連的影響,機(jī)動(dòng)飛行時(shí)易于操縱。改變航向時(shí),共軸式直升機(jī)很容易保持直升機(jī)的飛行高度,這在超低空飛行和飛越障礙物時(shí)尤其可貴,對(duì)飛行安全有重要意義。
外廓尺寸緊湊。在提供同樣升力的情況下,共軸直升機(jī)的外廓尺寸自然要比單翼直升機(jī)要小,因此雷達(dá)識(shí)別特征和目視識(shí)別特征就小,便于隱蔽;外廓尺寸小,受彈面就小,戰(zhàn)斗損傷概率也小。由于共軸雙槳沒有尾槳,短短的尾撐用于支持垂直安定面,后者在前飛中提供像固定翼飛機(jī)一樣的氣動(dòng)控制,減小周期距控制的負(fù)擔(dān)。由于共軸雙槳的機(jī)身短,受側(cè)風(fēng)影響較小。共軸雙槳的振動(dòng)也由于兩副反轉(zhuǎn)的旋翼而較好地對(duì)消了,平穩(wěn)性和懸停性好。共軸雙槳在同等升力下,旋翼直徑可以較小,直升機(jī)總尺寸較緊湊,占地面積較小,特別適合海軍上艦的需要。所以卡莫夫直升機(jī)公司研制的“卡”系列共軸直升機(jī)幾乎獨(dú)占了俄國海軍市場。
現(xiàn)在國際無人直升機(jī)發(fā)展方向趨于認(rèn)同共軸式直升機(jī),它在相同級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)下,有效載荷較單槳直升機(jī)更大,更安全,體積相對(duì)較小,也便于更小的場地起降,適合更小的地面車輛進(jìn)行運(yùn)載。沈陽通飛航空科技設(shè)計(jì)的直升機(jī)就采用同軸雙層主旋翼反向轉(zhuǎn)動(dòng)的工作方式,在為直升機(jī)提供升力的同時(shí),克服了單旋翼直升機(jī)的反扭力,使飛行姿態(tài)更穩(wěn)定;因反扭力對(duì)等,可避免傳統(tǒng)直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)15%的尾槳功率損耗;采用同時(shí)變換主旋翼的硬槳,避免了直升機(jī)急轉(zhuǎn)彎時(shí)的打槳意外;復(fù)合了推進(jìn)式尾旋翼或雙層尾旋翼用來提升直升機(jī)的飛行速度或戰(zhàn)損時(shí)的安全系數(shù),可比傳統(tǒng)單旋翼直升機(jī)的安全性增加400%;甚至可在低空發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況下,亦可不依靠飛行經(jīng)驗(yàn)就能使共軸直升機(jī)的平穩(wěn)著陸,提高了發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后迫降的生存機(jī)率。 但是雙槳共軸直升機(jī)的缺點(diǎn)也是致命的。
共軸雙槳用套筒軸驅(qū)動(dòng)上下兩副反轉(zhuǎn)的旋翼,同樣有串列雙槳的上下旋翼之間的間距問題,間距小了,上下旋翼有可能打架;間距大了,不光阻力高,對(duì)驅(qū)動(dòng)軸的剛度要求也高,而大功率的套筒軸本來在機(jī)械上就難度很大。套筒軸不光要傳遞功率,還要傳遞上面旋翼的總距、周期距控制,在機(jī)械設(shè)計(jì)上有相當(dāng)?shù)碾y度。共軸式雙旋翼直升機(jī)兩副旋翼一上一下,平常飛行時(shí)不會(huì)相碰。但是在某些特殊的情況下,如在飛行中遇到突然變風(fēng),機(jī)動(dòng)超過極限值,槳葉變形或損壞時(shí),作用在槳葉上的氣動(dòng)力、離心力和重力就會(huì)失去原來的平衡,從而偏離正常的運(yùn)行軌跡而發(fā)生碰撞。由于非對(duì)稱升力的緣故,反向旋轉(zhuǎn)的上下旋翼的旋轉(zhuǎn)平面有在一側(cè)“碰撞”的傾向,這進(jìn)一步增加了對(duì)上下旋翼之間間距的要求,并且?guī)砣绻蛴小芭鲎病眱A向一側(cè)轉(zhuǎn)彎時(shí),必須比向另一側(cè)轉(zhuǎn)彎要輕柔。比如卡-50在向左做上升轉(zhuǎn)彎時(shí),必須十分謹(jǐn)慎,否則就會(huì)發(fā)生上下旋翼打架這樣嚴(yán)重的事故,從而引起機(jī)毀人亡。這也是為什么看起來技術(shù)更加先進(jìn)的,軍方也十分有好感的卡-50,卻競爭不過米-28N的主要原因之一。
雙槳共軸直升機(jī)這一固有缺欠是因?yàn)楝F(xiàn)役直升機(jī)目前采用的是“柔性槳葉”。直升機(jī)為了補(bǔ)償左右的升力不均勻,和減少槳葉的疲勞,槳葉在翼根要采用一個(gè)容許槳葉載回轉(zhuǎn)過程中上下?lián)]舞的鉸鏈,這個(gè)鉸鏈稱為揮舞鉸(flapping hinge,也稱垂直鉸)。槳葉在前行時(shí),升力增加,槳葉自然向上揮舞。槳葉在后行時(shí),槳葉的升力不足,自然下垂。由于離心力使槳葉有自然拉直的趨勢,槳葉不會(huì)在升力作用下無限升高或降低,在傳統(tǒng)直升機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)上也采取措施,保證槳葉的揮舞不至于和機(jī)體發(fā)生碰撞。就這樣直升機(jī)在飛行時(shí),槳葉在環(huán)形過程中,不斷升高、降低,翼尖離圓心的距離不斷改變,就像花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員經(jīng)常把雙臂張開、收攏,以控制旋轉(zhuǎn)速度。要是一個(gè)手臂張開,一個(gè)手臂收攏,就會(huì)失去平衡東倒西歪了,不可能在原地旋轉(zhuǎn)。而為了補(bǔ)償槳葉上下?lián)]舞所造成的科里奧利效應(yīng),所以槳葉在水平方向也要前后搖擺。槳葉在旋轉(zhuǎn)中容許上下?lián)]動(dòng)和前后擺動(dòng),這種槳葉稱為柔性槳葉(articulated rotor)。除了用機(jī)械鉸鏈容許槳葉在環(huán)形過程中相對(duì)于其他槳葉有一定的揮舞外,材質(zhì)也必須具有彈性,這就是為什么直升機(jī)停在地面時(shí),槳葉總是“耷拉”著的原因。這樣旋翼一旦旋轉(zhuǎn)起來,由于槳葉有一定彈性,所以會(huì)呈一定范圍的上下?lián)]舞。這樣,如果上下旋翼間隔太小的話,上下兩個(gè)擁有自由度的槳葉很容易發(fā)生碰撞。