航空百问:为什么直升机不叫飞机呢?

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与固定翼飞机相比,直升机飞行的自由度极高,它不需要专用跑道,也不需要空旷的飞行空间,在各种人迹罕至的地方垂直起飞降落,自由自在地穿梭于山川峡谷之中或高楼大厦之间。凭着独特的飞行特点,直升机在人类生活中扮演着难以替代的角色。

那么,直升机是如何实现任意方向自由飞行的呢?答案就在直升机的旋翼系统里,旋翼系统是直升机区别于固定翼飞机的主要标志,也是直升机能够自由飞行的关键所在。

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这是国产大型民用直升机AC313主旋翼的一片桨叶,可以看到桨叶剖面上面凸一些下面平一些。当直升机旋翼转动时,每一片转动的桨叶上方空气流速快压强小,下方空气流速慢压强大,上下形成的压力差就产生了升力,当全部桨叶产生的升力大于直升机自重时,直升机就飞起来了。

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常见的直升机在尾巴处还会有一副尾桨,它又是做什么的呢?原来,按照牛顿第三定律“力的作用是相互的”,发动机驱动旋翼旋转,旋翼也会对机体产生反作用,也就是反扭矩,反扭矩使得机身会向旋翼旋转相反的方向旋转。而在机尾处安装一个向侧面产生推力或拉力的尾桨,利用尾桨转动产生的力就可以来平衡主旋翼产生的反扭矩,从而保证直升机在飞行中能够保持平稳。

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直升机主旋翼上每一片桨叶的水平方向倾斜角度,也就是迎角,都是可以操控的,而旋翼产生的升力也会随着迎角的变化而变化,一般迎角越大,升力越大。

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当向上的升力大于直升机的重量,直升机就会上升,小于就会下降,刚好相等时直升机就悬停在空中了。直升机桨叶旋转时,形成一个旋转平面,也就是桨盘平面,通过控制桨盘平面向前、后、左、右等各方向倾斜就可以改变旋翼的拉力方向,从而实现直升机向前后左右不同方向飞行。直升机桨盘控制十分复杂,为了实现对桨盘角度的控制,工程师们发明了绞链机构来连接桨叶和桨毂,通过周期性的改变各片桨叶的倾斜角度,使桨盘平面向各个方向倾斜,从而让直升机可以向前后左右任意方向飞行。

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尾桨的桨叶迎角也是可以调节的,尾桨产生的力的大小因此也是可以调节的,当尾桨产生的力大于或小于平衡反扭矩所需要的力时就可以实现直升机的左右转向。

从直升机飞行背后的物理原理,我们知道驾驶直升机的挑战性非常高,因为桨叶微小调整会引起直升机姿态的巨大变化,在航空人的努力下通过先进的自动控制系统直升机变得越来越好飞,飞的也更快更高更灵活啦!

专栏作者

责任编辑:实习生 马丽

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