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    自转旋翼机技术知识-推进系统、旋翼系统及预旋

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  • 自转旋翼机技术知识-推进系统、旋翼系统及预旋

    有很多种旋翼机设计方案,从业余自制的到获得 FAA 认证的。同样。旋翼机上安装的系统复杂程度也各不相同。为了保证你的飞机的飞行性能,全面地了解飞机上安装的每个系统的设计和操作就显得非常重要。

        推进系统

        目前,大多数的旋翼机飞行使用往复式发动机。发动机通常安装在一个推进器框架内,通过它来驱动一个恒速螺旋桨。业余旋翼机使用的引擎,通常是成熟的动力装置,它们常见于汽车或其他用途。也有一些业余的内置旋翼机使用 FAA认证的飞机发动机和螺旋桨。汽车发动机,以及一些其他适于旋翼机的动力装置,都在高转速下工作。但为了获得高效率的螺旋桨速度,就需要添加一个减速部件来降低发动机的输出速度。早期的旋翼机利用现成的飞机引擎,来带动驱动装置中螺旋桨。一些业余内置旋翼机仍然使用这种推进结构,而发动机使用认证引擎和非证式引擎的都有。涡轮螺旋桨和纯喷气发动机也可以用于旋翼机的推进,但现在已经不再使用。

        旋翼系统

        半刚性旋翼系统

        任何可能自动旋转的旋翼系统都可能用于旋翼机。由于其简单性,半刚性的“跷头”系统应用最为广泛。该系统在大部分业余旋翼机中都可以看到。[图18-1]在这种系统中,旋翼头安装在主轴上,主轴可以倾斜来方便控制。旋翼叶片安装在叶毂板上,叶毂板可以改变叶片桨距调整数。叶毂板形成桨叶锥角,锥角大小由叶片突起的重量、旋翼转速和负载来确定。这最大限度地减小了叶毂板所承受弯矩,并且不需要像更复杂旋翼系统那样加装一个圆锥铰,它常用在更复杂的旋翼系统中。塔块为 undersling 和摇晃螺栓提供了联接物。旋翼头由一个支承节构成,轴承和塔板一起固定在支承节上。主轴(通常是一个垂直取向的螺栓)头部的旋转部分固定在非旋转的转矩管上,安装在机身上的扭矩管可以横向和纵向运动。系统通过扭矩管对飞机进行控制。锥角—旋翼桨叶从旋翼叶毂向上的偏角。undersling—一种通过改变桨叶跷跷板高度来保持旋翼主桅轴与每个桨叶的重心距离设计方式。可以杜绝影响旋翼系统速度的科里奥利效应(Coriolis Effect)。《第三章飞行的空气动力学. 科里奥利效应(角动量守恒定律)》中进一步解释“悬挂”。

    自转旋翼机技术知识-推进系统、旋翼系统及预旋

        全铰接式旋翼系统

        有些旋翼机使用全铰接式旋翼系统。如同直升机的旋翼系统,旋翼机上的全铰接式旋翼系统允许旋翼叶片进行变桨距操纵。由于此系统需要铰链,以保证每个转子叶片能够独立运动,因而是比半刚性的“跷头”系统明显更复杂。[图 18-2]旋翼机的全铰接旋翼系统在使用上和直升机上的非常相似。旋翼机中使用全铰接式旋翼设计有一个重要优势,即它通常能够跳跃起飞。要跳跃起飞,旋翼必须具有以下特性,包括拥有总距调节方法,具有足够惯性的叶片,和一个使转速能达到约 150%旋翼飞行转速的预旋机构。

        将高惯性潜力的旋翼叶片结合在一起,在直升机设计中是必不可少的,旋翼机若要实现跳跃起飞,这一点同样很关键。旋翼毂在设计时要求能使旋翼转速超过正常飞行转速的 50%,判别一个旋翼头设计特别是对于能跳跃起飞的旋翼机,这一点与直升机非常相似。

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        预旋器

        旋翼机在起飞前,旋翼必须达到足够的转速,从而形成必要的升力。在最初级的旋翼机上,首先用手旋转叶片完成这个步骤。然后让桨盘向后倾斜使飞机滑行,这样气流通过该系统并使其加速到飞行转速。较为先进的旋翼机则使用一个预旋器,通过这个机械装置使旋翼获得所需要的起飞转速。许多预旋器仅能够实现起飞所需的一部分转速,其余部分需要在滑行或起飞滑跑过程中获得。各种各样的预旋系统都能够使用,因此你需要完全熟悉与自己飞机相关的预旋器的特点和技术。

        机械预旋器

        机械预旋器通常包括离合器或用于啮合的皮带、传动系,有些还有变速器,用于将发动机的动力传输到旋翼。在许多旋翼机上,摩擦驱动器和柔性缆一起使用,并与齿轮和齿圈联接。[图 18-3]

    自转旋翼机技术知识-推进系统、旋翼系统及预旋

         在跳跃起飞的旋翼机上使用的机械预旋器,可能会被视为类似直升机的主旋翼传动系统,但却只有当飞机牢牢在地面上时才运转。旋翼机不具有像直升机的反扭矩设备,因此需要与地面接触时才能抵消由预旋系统产生的扭力。如果旋翼机设计了跳跃起飞能力,在起飞前旋翼的转速必须保证,其能量能够支撑飞机通过起飞的加速阶段。这种旋翼系统组合和预旋器只有当飞机在地面上才使用变速器,而在正常飞行时允许变速器从旋翼和发动机之间断开。

        液压预旋器

        旋翼机上的液压预旋器使用发动机的动力来驱动的液压泵,液压泵反过来又驱动的与齿轮和齿圈相联接的液压马达。[图 18-4]该系统在设计时还需要加入某种类型的离合器和压力调节设备。

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        电子预旋器

        电子预旋器使用类似汽车的起动电机,通过安装在旋翼头上的齿轮和齿圈,将转矩传递给旋翼系统。[图18-5]该系统优点是简单和易于操作,但依赖于电力。使用“软启动”设备,可以减轻旋翼系统在启动时需要高转矩的问题。此装置在电机接受连续电压之前,为启动电机提供约 10 秒电脉冲。

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        翼端喷气

        有些旋翼机将位于旋翼叶片端部喷嘴可用作预旋器,这些喷嘴还可以用于悬停飞行。这类系统不需要变速器或离合器。它还有个优点,即不会对机身产生反向扭矩,且能在飞行中给旋翼提供动力以增加爬升率,甚至能够悬停。主要的缺点是喷嘴会产生的噪音。不过,在自旋模式下喷嘴可以被关闭。

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