为什么直升机有两个螺旋桨


为什么直升机有两个螺旋桨


直升机有两个螺旋桨,在正常情况下,一个是垂直尾桨,一个是水平尾桨 。垂直尾舵的作用是固定直升机的尾桨和旋翼,防止旋翼轴扭转;水平尾桨则起到牵引旋翼高速旋转的作用,可以使旋翼转动较快,增大旋翼转速,提高效率 。垂直尾桨和水平尾桨分别由一个或者两个叶片组成 。但由于旋翼上还有一个桨叶在工作,所以在飞行过程中会发生上下摆动(旋翼)导致两个叶片相互摩擦产生热量,从而加速旋翼轴旋转;同时旋翼也会带动水平尾桨旋转,从而带动垂直尾桨摆动产生扭矩 。水平尾桨可以提高直升机飞行灵活性,还可以减小气流扰动和颠簸程度 。但垂直尾桨存在效率低、桨叶质量大等缺点 。
一、效率低
当直升机旋转时,从旋翼上流出的空气与旋转方向相反,形成涡流,同时被旋转的空气压缩产生推力 。在涡流过程中,由于有一个高速旋转的叶片被高速旋转的空气带走,在高速旋转的叶片与旋翼之间会产生大量的热量(通常为300-400℃) 。同时旋转叶片与旋翼间的摩擦也会产生热量(通常为250-300℃) 。热量会不断向旋翼轴传递(由于惯性作用就是沿着直线传播) 。由于在涡流过程中叶片将上下扭转的气流阻挡住了,那么旋转效率将变低从而导致单位时间内能量损耗增加,这个过程就是“涡轮效应”(Thermo Effect) 。目前一般使用“涡轮效应”概念的飞行器包括F-22战斗机和美制UH-60超级黑鹰(WHAT)等战斗机都使用旋翼轴上含有涡流槽并有旋转叶片的飞机设计来提高飞行效率 。
二、桨叶质量大
在旋翼高速旋转的情况下,两个桨叶相互摩擦会产生热量从而导致旋翼温度升高,加剧桨叶温度升高 。为了克服这种现象,提高旋翼转速,必然要增大桨叶质量,以提高其散热能力 。这样会增加桨叶成本,降低经济效益 。这对航空工业发展和使用效率也有一定影响 。所以现在大多数旋翼设计都选择了复合材料来增加质量 。
三、涡桨转速不稳定
【为什么直升机有两个螺旋桨】
直升机的大型化和武器化,为直升机的大容量、大范围机动飞行创造了条件 。尤其是军用和民用直升机的发展,更是要求大推力飞行器高速稳定飞行 。但是由于直升机气动设计上有限制,两个桨的转速不稳定,存在很多“惯性”力,就会产生涡流、冲击现象:旋翼高速旋转时,桨叶受到的反作用力比正常情况下增大很多 。这样使得旋翼产生横向摆动时产生更大推力会造成直升机重心偏移、方向偏转等一系列连锁反应,甚至破坏机体结构、缩短旋翼寿命 。

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