時間:2018-07-26 12:07來源:中國航空網(wǎng) 作者:中國航空
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圖——直升機(jī)揮舞鉸偏置 直升機(jī)的揮舞對直升機(jī)的穩(wěn)定性和操縱性而言(有時合起來稱之為操穩(wěn)性),都是相當(dāng)重要的因素。所謂穩(wěn)定性就是指直升機(jī)能夠維持自身狀態(tài)不變的性能,若要從低到高來描述擁有不同穩(wěn)定性的直升機(jī)的話,可以類比成——獨(dú)輪車、自行車、三輪車;所謂操縱性就是指直升機(jī)收到駕駛員的指令之后,是否能做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)的性能,若要分辨從操縱性好壞,你可以想象一下把一輛電瓶車、一輛重型貨車或者一輛重型坦克倒車入庫其操縱的區(qū)別。 依照上述定義,直升機(jī)的揮舞既可以是穩(wěn)定性方面的因素,也可以是操縱性方面的因素。比如說,直升機(jī)旋翼揮舞狀態(tài)隨著飛行狀態(tài)的改變而發(fā)生了改變(期間,駕駛員沒有進(jìn)行任何操縱),那么揮舞這時候就應(yīng)當(dāng)看作是影響穩(wěn)定性的因素來分析;而假如說,駕駛員進(jìn)行了操縱,旋翼揮舞發(fā)生了改變,那么揮舞就是一項(xiàng)影響操縱性的因素。不管是哪一種情況,揮舞主要產(chǎn)生的影響往往是體現(xiàn)為繞直升機(jī)重心的力矩的變化。 而造成力矩變化的原因主要有兩個:其一是揮舞導(dǎo)致旋翼槳尖平面發(fā)生改變,從而使得旋翼拉力矢量方向發(fā)生改變(旋翼拉力始終垂直于槳尖平面),從而對直升機(jī)重心形成一個力矩;其二是揮舞過程中,由于揮舞鉸偏置量的存在,產(chǎn)生了一個槳轂力矩。 從上述說明可以看出,對于全鉸接式旋翼而言,沒有揮舞鉸偏置量,旋翼揮舞對機(jī)身的力矩全部來自于拉力矢量的偏轉(zhuǎn),對于這類旋翼而言,其旋翼軸一般比較長,使得旋翼離直升機(jī)重心的距離比較遠(yuǎn),這樣拉力矢量偏轉(zhuǎn)能產(chǎn)生較大的力矩,于操縱而言是比較有利的。 槳轂力矩是由旋翼槳葉高速旋轉(zhuǎn)的離心力產(chǎn)生的,對于偶數(shù)對槳葉來說,兩片相對的槳葉其離心力在旋翼軸方向的分量在對應(yīng)兩側(cè)形成一對力偶,從而產(chǎn)生了槳轂力矩。通過槳轂力矩來形成繞直升機(jī)重心的力矩是很有好處的,首先,先對于前述的全鉸接式旋翼,帶揮舞偏置量的旋翼可以離直升機(jī)機(jī)身更近一些,并且,即便在旋翼拉力很小的時候,槳轂力矩仍然能為操縱直升機(jī)提供足夠的力矩,因此,這一特性在低拉重比機(jī)動飛行時很有用(Low-G Maneuvers)。 當(dāng)然,揮舞偏置量也有其弊端——偏置量的存在會使得揮舞導(dǎo)致的不穩(wěn)定特性被放大。比如說,對大揮舞偏置量的旋翼,起飛操縱必須非常小心,不然直升機(jī)很可能在地面開車過程中就發(fā)生側(cè)翻事故。 直升機(jī)揮舞帶來的穩(wěn)定性問題主要可以歸為旋翼軸傾角相對于初始飛行軌跡的變化、俯仰或滾轉(zhuǎn)速率以及飛行速度的改變。若要對揮舞的特點(diǎn)做一個最基礎(chǔ)的說明,那就是作用在旋翼上的重力、離心力、氣動力和慣性力在揮舞鉸或等效揮舞鉸(對應(yīng)無鉸式旋翼)上的合力矩必須為零。 穩(wěn)定性和操縱性對于直升機(jī)的飛行品質(zhì)而言都是最基本的屬性,下文就將對幾個典型狀況下上述的種種因素對直升機(jī)的影響做出論述。 懸停狀態(tài)下姿態(tài)的變化
圖——直升機(jī)懸停 直升機(jī)在懸停過程中如果發(fā)生姿態(tài)的改變,氣動作用會自發(fā)驅(qū)動旋翼揮舞到與旋翼軸垂直的狀態(tài),下面以兩片槳葉的右旋旋翼懸停后仰為例進(jìn)行說明。 首先直升機(jī)懸停后仰的初始階段,旋翼就如同陀螺儀一樣,仍然保持初始位置不變,但是旋翼的后仰導(dǎo)致了變距平面的改變,對于右旋旋翼而言,其右手側(cè)槳葉的槳距自然就增大了,氣動力因而增大了,左手側(cè)的槳葉的槳距自然就減小了了,氣動力自然就減小了,兼之旋翼的揮舞響應(yīng)會滯后90°,從而使得旋翼槳盤平面因揮舞而后倒,后倒的旋翼槳盤平面在垂直于旋翼軸的時候?qū)虼诉M(jìn)入新的平衡狀態(tài)。對于快速的后仰來說,這個自平衡的過程是很快的,往往不會超過旋翼轉(zhuǎn)一圈的時間,由此來說,旋翼的揮舞運(yùn)動對直升機(jī)懸停姿態(tài)穩(wěn)定性而言,是基本沒有影響的。 前飛狀態(tài)下姿態(tài)的變化
圖——直升機(jī)前飛 如果是前飛過程中,直升機(jī)滾轉(zhuǎn)的話,因?yàn)轱w行過程中不存在橫向來流,所以這時候情況和懸停時后基本沒差別,旋翼相對于旋翼軸的揮舞運(yùn)動將會很快實(shí)現(xiàn)平衡。但是,對過旋翼縱向姿態(tài)發(fā)生變化(俯仰),由于氣流速度的不均勻分布,情況就不大相同了。 同樣以直升機(jī)后仰為例,初始階段,前飛和懸停并沒有太大差別,旋翼首先短暫保持初始槳盤平面不變,隨后由于槳距角改變而揮舞后倒,這時候,與懸停不同的地方出現(xiàn)了,旋翼揮舞后倒到與旋翼軸垂直的狀態(tài)時,旋翼仍然沒有達(dá)到平衡位置。 |