直升機(jī)飛行說明書

1、直升飛機(jī)飛行原理說明書(1)自從萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)以來，人們一直為能夠飛翔藍(lán)天而激動不已，同時又受起飛、著落所需的滑跑所困擾。在萊特兄弟時代，飛機(jī)只要一片草地或緩坡就可以起飛、著陸。不列顛之戰(zhàn)和巴巴羅薩作戰(zhàn)中，當(dāng)時最高性能的“噴火”戰(zhàn)斗機(jī)和Me109戰(zhàn)斗機(jī)也只需要一片平整的草地就可以起飛，除了重轟炸機(jī)，很少有必須用“正規(guī)”的混凝土跑道起飛、著陸的。今天的飛機(jī)的性能早已不能為這些飛機(jī)所比，但飛機(jī)的滑跑速度、重量和對跑道的沖擊，使對起飛、著陸的跑道的要求有增無減，連簡易跑道也是高速公路等級的?，F(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)和其他高性能軍用飛機(jī)對平整、堅固的長跑道的依賴，日益成為現(xiàn)代空軍的致命的軟肋。為了擺脫這一困境，從

2、航空先驅(qū)的時代開始，人們就在孜孜不倦地研制能夠象鳥兒一樣騰飛的具有垂直/短距起落能力的飛機(jī)。自從人們跳出模仿飛鳥拍翅飛行的謎思之后，依據(jù)貝努力原理的空氣動力升力就成為除氣球和火箭外所有動力飛行器的基本原理。機(jī)翼前行時，上下翼面之間的氣流速度差造成上下翼面之間的壓力差，這就是升力。所謂“機(jī)翼前行”，實(shí)際上就是機(jī)翼和空氣形成相對速度。既然如此，和機(jī)身一起前行時，機(jī)翼可以造成升力，機(jī)身不動而機(jī)翼像風(fēng)車葉一樣打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，和空氣形成相對速度，也可以形成升力，這樣旋轉(zhuǎn)的“機(jī)翼”就成為旋翼，旋翼產(chǎn)生升力就是直升機(jī)可以垂直起落的基本原理。中國小孩竹蜻蜓玩了有2,000年了，流傳到西方后，成為現(xiàn)代直升機(jī)的靈感/達(dá)&

3、#183;芬奇設(shè)計的直升機(jī)，到底能不能飛起來，很是可疑旋翼產(chǎn)生升力的概念并不新鮮，中國兒童玩竹蜻蜓已經(jīng)有2,000多年了，西方也承認(rèn)流傳到西方的中國竹蜻蜓是直升機(jī)最初的啟示。多才多藝的達(dá)·芬奇在15世紀(jì)設(shè)計了一個垂直的螺桿一樣的直升機(jī)，不過沒有超越紙上談兵的地步。1796年，英國人GeorgeCayley設(shè)計了第一架用發(fā)條作動力、能夠飛起來的直升機(jī)，50年后的1842年有9公斤重的模型直升機(jī)。1878年，意大利人EnricoForlanini用蒸氣機(jī)制作了一架只有3.5公斤重的模型直升機(jī)。1880年，美國發(fā)明家托馬斯·愛迪生著手研制用電動機(jī)驅(qū)動的直升機(jī)，但最后放棄了。法國人

4、PaulCornu在1907年制成第一架載人的直升機(jī)，旋翼轉(zhuǎn)速每分鐘90轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)是一臺24馬力的汽油機(jī)。Cornu用旋翼下的“舵面”控制飛行方向和產(chǎn)生前進(jìn)的推力，但Cornu的直升機(jī)的速度和飛行控制能力很可憐。1796年，英國人GeorgeCayley設(shè)計了這么一個直升機(jī)，最高升到90英尺（約30米）法國人PaulCornu在1907年設(shè)計的第一架載人直升機(jī)但是意大利人JuandelaCierva在1923年設(shè)計旋翼機(jī)時，無意中解決了直升機(jī)的一個重大問題，他發(fā)明的揮舞鉸解決了困擾直升機(jī)旋翼設(shè)計的一個重大問題。1930年10月，意大利人CorradinoD'Ascanio的直升機(jī)是公認(rèn)

5、的第一架現(xiàn)代意義上的直升機(jī)，在18米高度上前飛了800多米的距離，D'Ascanio的直升機(jī)用共軸反轉(zhuǎn)雙槳。30年代，德國人HeinrichFocke設(shè)計了FA-61直升機(jī)，不斷在各種納粹集會中作公關(guān)表演，但德國人AntonFlettner設(shè)計的FL282可算是第一種量產(chǎn)直升機(jī)，在二戰(zhàn)中為德國海軍生產(chǎn)了近1,000架，不過沒有在戰(zhàn)斗中起到什么作用。IgorSikorsky設(shè)計的VS300（VS代表Vought-Sikorsky，當(dāng)時Sikorsky是Vought飛機(jī)公司的一部分）第一次采用尾槳，真正奠定了現(xiàn)代直升機(jī)的雛形。D'Ascanio的直升機(jī)是第一個現(xiàn)代意義上的直升機(jī)，能

6、完成前飛，具有基本的飛行控制能力30年代德國的FW61直升機(jī)，被納粹用作宣傳納粹“優(yōu)越性”的工具/德國FL282應(yīng)該是第一架量產(chǎn)型直升機(jī)，在二戰(zhàn)期間產(chǎn)量達(dá)到近1,000架，用于德國海軍，不過沒有對戰(zhàn)斗造成什么影響這是FL282的近容39-40年Sikorsky的VS300直升機(jī)是現(xiàn)代直升機(jī)的“老母雞”，奠定了現(xiàn)代直升機(jī)最常用的尾槳布局/盡管貝爾飛機(jī)公司在37年才開張，45年的貝爾47是第一種量產(chǎn)的實(shí)用型直升機(jī)，在朝鮮戰(zhàn)場就廣泛用于傷員救護(hù)、偵察、炮兵指引等，從長津湖突圍的美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)1師如果不是貝爾47幫助在峽谷上架輕便橋，就沒有今天吹牛的本錢了UH-1使越南戰(zhàn)爭成為第一場直升機(jī)戰(zhàn)爭，直升機(jī)

7、成為美軍士兵進(jìn)入和撤離戰(zhàn)斗最常見的運(yùn)輸工具/UH-60是現(xiàn)在美軍的主力戰(zhàn)術(shù)運(yùn)輸直升機(jī)，中國在89年前進(jìn)口過一小批，在西藏高原使用的效果十分好直升飛機(jī)飛行原理說明書(2)(2007-11-2209:07:15)直升機(jī)能夠垂直飛起來的基本道理簡單，但飛行控制就不簡單了。旋翼可以產(chǎn)生升力，但誰來產(chǎn)生前進(jìn)的推力呢？單獨(dú)安裝另外的推進(jìn)發(fā)動機(jī)當(dāng)然可以，但這樣增加重量和總體復(fù)雜性，能不能使旋翼同時擔(dān)當(dāng)升力和推進(jìn)作用呢？升力-推進(jìn)問題解決后，還有轉(zhuǎn)向、俯仰、滾轉(zhuǎn)控制問題。旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力的同時，對機(jī)身產(chǎn)生反扭力（初中物理：有作用力就一定有反作用力），所以直升機(jī)還有一個特有的反扭力控制問題。直升機(jī)主旋翼反扭力的

8、示意圖沒有一定的反扭力措施，直升機(jī)就要打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/尾槳是抵消反扭力的最常見的方法直升機(jī)抵消反扭力的方案有很多，最常規(guī)的是采用尾槳。主旋翼順時針轉(zhuǎn)，對機(jī)身就產(chǎn)生逆時針方向的反扭力，尾槳就必須或推或拉，產(chǎn)生順時針方向的推力，以抵消主旋翼的反扭力。抵消反扭力的主旋翼-尾槳布局，也稱常規(guī)布局，因?yàn)檫@最常見/典型的貝爾407的尾槳主旋翼當(dāng)然也可以順時針旋轉(zhuǎn)，順時針還是逆時針，兩者之間沒有優(yōu)劣之分。有意思的是，美、英、德、意、日直升機(jī)的主旋翼都是逆時針旋轉(zhuǎn)，法、俄、中、印、波蘭直升機(jī)都是順時針旋轉(zhuǎn)，英、德、意、日的直升機(jī)工業(yè)都是從美國引進(jìn)許可證開始的，和美國采用相同的習(xí)慣可以理解，中、印、波蘭是從前蘇聯(lián)和法國

9、引進(jìn)許可證開始的，和法、俄的習(xí)慣相同也可以理解，但美國和俄羅斯為什么從一開始選定不同的方向，法國為什么不和選美國一樣的方向，而和俄羅斯一致，可能只是一個歷史的玩笑。各國直升機(jī)主旋翼旋轉(zhuǎn)方向的比較尾槳給直升機(jī)的設(shè)計帶來了很多麻煩。尾槳要是太大了，會打到地上，所以尾槳尺寸受到限制，要提供足夠的反扭力，就需要提高轉(zhuǎn)速，這樣，尾槳翼尖速度就大，尾槳的噪聲就很大。極端情況下，尾槳翼尖速度甚至可以超過音速，形成音爆。尾槳需要安裝在尾撐上，尾撐越長，尾槳的力矩越大，反扭力效果越好，但尾撐的重量也越大。為了把動力傳遞到尾槳，尾撐內(nèi)需要安裝一根長長的傳動軸，這又增加了重量和機(jī)械復(fù)雜性。尾槳是直升機(jī)飛行安全的最大

10、挑戰(zhàn)，主旋翼失去動力，直升機(jī)還可以自旋著陸；但尾槳一旦失去動力，那直升機(jī)就要打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，失去控制。在戰(zhàn)斗中，直升機(jī)因?yàn)槲矘軗p而墜毀的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于因?yàn)槠渌课槐粨糁械那闆r。即使不算戰(zhàn)損情況，平時使用中，尾槳對地面人員的危險很大，一不小心，附近的人員和器材就會被打到。在居民區(qū)或林間空地懸?；蚱鹇鋾r，尾槳很容易掛上建筑物、電線、樹枝、飛舞物品。尾槳可以是推式，也可以是拉式，一般認(rèn)為以推式的效率為高。雖然不管推式還是拉式，氣流總是要流經(jīng)尾撐，但在尾槳加速氣流前，低速氣流流經(jīng)尾撐的動能損失較小。尾槳的旋轉(zhuǎn)方向可以順著主旋翼，也就是說，對于逆時針旋轉(zhuǎn)的主旋翼，尾槳向前轉(zhuǎn)（或者說，從右面向直升機(jī)看，尾槳順時針

11、旋轉(zhuǎn)），這樣尾槳對主旋翼的氣動干擾小，主旋翼的升力可以充分發(fā)揮。尾槳也可以逆著主旋翼的方向旋轉(zhuǎn)，也就是說，對于逆時針旋轉(zhuǎn)的主旋翼，尾槳向后轉(zhuǎn)（或者說，從右面向直升機(jī)看，尾槳逆時針旋轉(zhuǎn)），這樣尾槳和主旋翼之間形成一個互相干擾，主旋翼的升力受到損失，但尾槳的作用加強(qiáng)，所以可以縮小尺寸，或降低功率。兩者沒有絕對的優(yōu)劣，設(shè)計得當(dāng)時，一般選擇順著轉(zhuǎn)，只有設(shè)計不當(dāng)、尾槳控制作用不夠時，才選擇逆著轉(zhuǎn)，像米-24直升機(jī)那樣。涵道尾槳（fenestron）將尾槳縮小，“隱藏”在尾撐端部的巨大開孔里，相當(dāng)于給尾槳安上一個罩子，這樣大大改善了安全性，不易打到周圍的物體。由于涵道尾槳的周邊是遮蔽的，尾槳翼尖附近的氣流

12、情況大大簡化，翼尖速度較高也不至于大大增加噪聲。罩子的屏蔽也使前后方向上的噪聲大大減小。涵道尾槳的缺點(diǎn)是風(fēng)扇的包圍結(jié)構(gòu)帶來較大的重量，這個問題隨涵道尾槳直徑增加而急劇惡化，所以涵道尾槳難以用到大型直升機(jī)上。涵道尾槳只有法國直升機(jī)上采用，美國的下馬了的Comanche是法國之外少見的采用涵道尾槳的例子。海豚直升機(jī)上的涵道尾槳/經(jīng)典的采用涵道尾槳的EC-120直升機(jī)，中國參加合作制造已經(jīng)下馬的美國RAH-66“科曼奇”直升機(jī)同樣采用涵道尾槳另一個取代尾槳的方案是NOTAR，NOTAR是NoTailRotor（意為無尾槳）的簡稱，用噴氣引射和主旋翼下洗氣流的有利交互作用形成反扭力。主旋翼產(chǎn)生的下洗氣

13、流從尾撐兩側(cè)流經(jīng)尾撐，發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣通過尾撐一側(cè)的向下開槽噴出，促使這一側(cè)的下洗氣流向尾撐表面吸附并加速（即所謂射流效應(yīng)或Coanda效應(yīng)），形成尾撐兩側(cè)氣流的速度差，產(chǎn)生向一側(cè)的側(cè)推力，實(shí)現(xiàn)沒有尾槳的反扭力。尾撐頂端的直接噴氣控制提供更精細(xì)的方向控制，但不提供主要的反扭力，不是不可以，而是用射流效應(yīng)可以用較少的噴氣就實(shí)現(xiàn)較大的反扭力。從這個原理推而廣之，如果把尾撐的截面做成機(jī)翼一樣，下洗氣流本身就可產(chǎn)生側(cè)推力，甚至可以在下側(cè)安裝類似襟翼的裝置以控制側(cè)推力，豈不更好？不知道為什么，沒有人這樣做。NOTAR的噪音比涵道風(fēng)扇更低，安全性更好，在演示中，只要主旋翼不打到樹枝，直接把尾撐捅到樹叢

14、里也照樣安全飛行，但NOTAR同樣沒有用到大型直升機(jī)上的例子。NOTAR只有麥道（現(xiàn)波音）直升機(jī)上使用，可能是專利的緣故。NOTAR的原理簡圖采用NOTAR的MD600N直升機(jī)直升飛機(jī)飛行原理說明書(3)(2007-11-2209:09:19)反扭力的問題解決了，還有飛行控制的問題。前飛時，直升機(jī)不是不可以采用固定翼飛機(jī)一樣的氣動舵面控制偏航、俯仰、橫滾，但懸停的時候怎么辦呢？這又回到反扭力問題上來了，有控制地打破反扭力的平衡，不就可以造成飛機(jī)向左右的偏轉(zhuǎn)嗎？對于常規(guī)的主旋翼-尾槳布局，增加、減少尾槳的槳距（繞槳葉縱軸相對于槳葉迎風(fēng)方向的偏轉(zhuǎn)角），就在不改變尾槳轉(zhuǎn)速的情況下，增加、減少尾槳的效

15、果，達(dá)到使飛機(jī)偏轉(zhuǎn)的效果。由于動力裝置固有的慣性，增加扭力的速度總是不及降低扭力的速度，所以常規(guī)的單槳直升機(jī)向一側(cè)偏轉(zhuǎn)的速度通?？煊谙蛄硪粋?cè)偏轉(zhuǎn)的速度。直升機(jī)旋翼水平旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)垂直起落/直升機(jī)通過將旋翼前傾產(chǎn)生推力旋翼水平旋轉(zhuǎn)時，自然產(chǎn)生向上的升力，這是直升機(jī)得以垂直起落和懸停的基本條件。旋翼向前傾斜，自然就在產(chǎn)生升力的同時，產(chǎn)生前行的推力。但是如何使旋翼前傾呢？將傳動軸或發(fā)動機(jī)向前傾斜是不現(xiàn)實(shí)的，機(jī)械上太復(fù)雜，可靠性也將一塌糊涂。那怎么辦呢？采用所謂的旋轉(zhuǎn)斜板（swashplate），如下圖所示。周期矩控制示意圖，注意上旋轉(zhuǎn)斜板和旋翼槳葉的連接，和下旋轉(zhuǎn)斜板受飛行員控制的可調(diào)角度上旋轉(zhuǎn)斜板

16、緊貼下旋轉(zhuǎn)斜板滑動（或在接觸面上安裝滾珠，減少摩擦阻力），其傾斜角度由下旋轉(zhuǎn)斜板決定。上旋轉(zhuǎn)斜板隨旋翼轉(zhuǎn)動，由于前低后高，連桿和支點(diǎn)的作用迫使旋翼上升下降，最后按斜板的角度旋轉(zhuǎn)，達(dá)到旋翼傾斜旋轉(zhuǎn)。下旋轉(zhuǎn)斜板不隨旋翼轉(zhuǎn)動，但傾斜角度可以由飛行員通過機(jī)械連桿或液壓作動筒控制，以控制旋翼的傾斜角度。下旋轉(zhuǎn)斜板不光可以前低后高，還可以左低右高，或向任意方向偏轉(zhuǎn)。這就是直升機(jī)旋翼可以向任意方向傾斜的道理。這個改變旋翼在每個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)角度的控制稱周期距控制（cycliccontrol），用來控制行進(jìn)方向。直升機(jī)的另一個主要的飛行控制為槳葉的槳距（pitch），用來控制升力，這稱為總距控制（collecti

17、vecontrol）。和固定翼飛機(jī)的飛行控制不同，直升機(jī)不靠氣動翼面實(shí)現(xiàn)飛行控制，而是靠這總矩控制和周期距控制實(shí)現(xiàn)飛行控制。旋翼傾斜，造成升力的作用力軸線傾斜，由于作用力軸線不再通過重心，造成扭轉(zhuǎn)力矩，使飛機(jī)向旋翼傾斜方向滾轉(zhuǎn)，直到作用力軸線重又通過重心，恢復(fù)平衡周期距控制不僅用來控制行進(jìn)方向，還用來控制滾轉(zhuǎn)姿態(tài)。正常飛行時，旋翼的升力軸線必定通過飛機(jī)的重心，不然飛機(jī)要發(fā)生滾轉(zhuǎn)。周期距控制使旋翼傾斜的同時，升力軸線同時傾斜，偏離直升機(jī)的重心，造成滾轉(zhuǎn)力矩。飛機(jī)發(fā)生滾轉(zhuǎn)之后，飛行員的控制逐漸回中（否則就一直滾轉(zhuǎn)下去了），重心位置移動，升力軸線重又通過重心，恢復(fù)平衡，盡管這時飛機(jī)可能是歪著或前傾、

18、后仰的。事實(shí)上，為了在中速巡航時機(jī)身保持水平，以減小平飛阻力，直升機(jī)的重心通常都在旋翼圓心稍后的地方，這樣旋翼可以自然向前傾斜一定的角度，而機(jī)身依然保持水平。但為了達(dá)到最大速度，機(jī)身應(yīng)該前傾，也就是壓低機(jī)頭，這樣好最大限度地發(fā)揮發(fā)動機(jī)功率，而不至于產(chǎn)生不必要的升力，本意要向前飛得快，結(jié)果速度沒有上去多少，反而越飛越高了。同樣道理，從空中急降時，用周期距控制使機(jī)頭高高仰起，旋翼后傾，既利用增加的機(jī)身迎風(fēng)面積造成的阻力減速，又利用主旋翼向前的推力分量做反推力剎車，可以極快地減速、著陸，減少在敵人火力下的暴露時間。周期距控制也使直升機(jī)的側(cè)飛、倒飛成為可能，既強(qiáng)化了懸停中對側(cè)風(fēng)的補(bǔ)償能力，又極大地增強(qiáng)

19、了對常規(guī)固定翼飛機(jī)來說匪夷所思的非常規(guī)機(jī)動性能。直升機(jī)異乎尋常的起落性能提供了無數(shù)可能性，也帶來無數(shù)的問題，其中一個就是翻滾問題。在側(cè)風(fēng)中垂直著陸時，機(jī)身在周期距控制下向迎風(fēng)方向傾斜以保持平衡，這和側(cè)風(fēng)中騎自行車要歪著身子是一樣道理。在懸停過程中，機(jī)身橫滾的支點(diǎn)還是在重心，但一側(cè)機(jī)輪首先接地時，機(jī)輪就變成支點(diǎn)，這時如果控制不當(dāng)，就會“別住腳”，向外側(cè)翻滾，造成事故。為了恢復(fù)水平，如果升力軸線在著地機(jī)輪的內(nèi)側(cè)，應(yīng)該降低總距（減油門），用重力使機(jī)身正確落地；如果升力軸線在著地機(jī)輪外側(cè)，那就應(yīng)該增加總距（加油門），用升力來恢復(fù)水平姿態(tài)。用錯了，就會發(fā)生翻滾事故。沒有側(cè)風(fēng)但是在起伏的艦船甲板上著陸，也

20、有同樣的問題。反過來的問題是在斜坡上起飛。飛行員必須小心地尋找旋翼水平的姿態(tài)，先將一側(cè)機(jī)輪離地，機(jī)身達(dá)到水平狀態(tài)，再增加升力，使另一側(cè)機(jī)輪離地，達(dá)到升空。如果動作過急，在升力軸線還沒有垂直時就匆忙離地，即使后離地的機(jī)輪沒有拖地以造成不利滾動力矩，支點(diǎn)從后離地的機(jī)輪瞬時轉(zhuǎn)移到機(jī)身重心所造成的劇烈擺動，可能使飛機(jī)失控。由于側(cè)風(fēng)和地面亂流的影響，旋翼水平還不一定就是正確的姿態(tài)，必須對側(cè)風(fēng)和亂流進(jìn)行補(bǔ)償，所以直升機(jī)在復(fù)雜條件下的起落需要相當(dāng)?shù)募记?。?cè)風(fēng)下垂直著陸，要防止支點(diǎn)突然轉(zhuǎn)移到外側(cè)機(jī)輪而引起翻滾的問題/斜坡上起飛，要注意不能太猛，否則重心突然從后離地的機(jī)輪向重心轉(zhuǎn)移，會造成突然而劇烈的擺動，危害

21、飛行安全直升飛機(jī)飛行原理說明書(4)(2007-11-2209:10:06)旋翼是圓周運(yùn)動，由于半徑的關(guān)系，翼尖處線速度已經(jīng)接近音速時，圓心處線速度為零！所以旋翼靠近圓周的地方產(chǎn)生最大的升力，而靠近圓心的地方只產(chǎn)生微不足道的升力。槳葉向前劃行時，槳葉和空氣的相對速度高于旋轉(zhuǎn)本身所帶來的線速度；反之，槳葉向后劃行時，槳葉和空氣的相對速度就低于旋轉(zhuǎn)本身所帶來的線速度，這樣，旋翼兩側(cè)產(chǎn)生的升力還不均勻，不做任何補(bǔ)償?shù)脑?，升力差可以達(dá)到5：1。這個周期性的升力變化不僅使機(jī)身向一側(cè)傾斜，而且每片槳葉在圓周中不同方位產(chǎn)生不同的升力和阻力，周期性地對槳葉產(chǎn)生強(qiáng)烈的扭曲，既大大加速材料的疲勞，又引起很大的振動

22、。所以旋翼的氣動設(shè)計可以比高性能固定翼飛機(jī)的機(jī)翼設(shè)計更為復(fù)雜。直升機(jī)以130公里/小時前行，主旋翼翼尖線速度420公里/小時，槳葉在不同位置和氣流的相對速度是不同的，產(chǎn)生的升力也不同/固定槳葉的升力分布，等高線是與半翼展處產(chǎn)生的升力的比值前面提到的delaCierva是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)這個問題的。他的模型旋翼機(jī)試飛很成功，但是全尺寸的旋翼機(jī)一上天就橫滾翻，開始以為是遇到突然的橫風(fēng)，第二架飛機(jī)上天同樣命運(yùn)。delaCierva經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)模型旋翼機(jī)的槳葉是用藤條材料做的，有彈性，而全尺寸旋翼機(jī)的槳葉是剛性的鋼結(jié)構(gòu)，由此認(rèn)識到槳葉的揮舞鉸的必要性。具體來說，為了補(bǔ)償左右的升力不均勻，和減少槳葉的疲勞

23、，槳葉在翼根要采用一個容許槳葉載回轉(zhuǎn)過程中上下?lián)]舞的鉸鏈，這個鉸鏈稱為揮舞鉸（flappinghinge，也稱垂直鉸）。槳葉在前行時，升力增加，槳葉自然向上揮舞。由于槳葉在旋轉(zhuǎn)過程中同時上升，槳葉的實(shí)際運(yùn)動方向不再是水平的，而是斜線向上的。槳葉和水平面的夾角雖然不因?yàn)闃~向上揮舞而改變，但槳葉和氣流的相對運(yùn)動方向之間的夾角由于這斜線向上的運(yùn)動而變小，這個夾角（而不是槳葉和水平面之間的夾角）才是槳葉真正的迎角。槳葉的迎角在升力作用下下降，降低升力。槳葉在后行時，槳葉的升力不足，自然下垂，變旋轉(zhuǎn)邊下降造成槳葉和氣流相對運(yùn)動方向之間的夾角增大，迎角增加，增加升力。由于離心力使槳葉有自然拉直的趨勢，槳

24、葉不會在升力作用下無限升高或降低，機(jī)械設(shè)計上也采取措施，保證槳葉的揮舞不至于和機(jī)體發(fā)生碰撞。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，引起科里奧利效應(yīng)（這個東西誰都“知道”，但說清楚不容易。誰要是能把這個東西說清楚，鮮花奉上），就像花樣滑冰運(yùn)動員經(jīng)常把雙臂張開、收攏，以控制旋轉(zhuǎn)速度。要是一個手臂張開，一個手臂收攏，就不可能在原地旋轉(zhuǎn)，就要東倒西歪了。所以槳葉在水平方向也要前后搖擺，以補(bǔ)償槳葉上下?lián)]舞所造成的科里奧利效應(yīng)。擺振鉸利用前行時阻力增加，使槳葉自然增加后掠角（即所謂“滯后”，因?yàn)闃~在旋轉(zhuǎn)方向上的角速度低于圓心的旋轉(zhuǎn)速度），這也變相增加槳葉在氣流方向上剖面的長度，加強(qiáng)

25、了減小迎角的作用；在后行時，阻力減小，阻尼器（相當(dāng)于彈簧）使槳葉恢復(fù)的正常位置（即所謂“領(lǐng)先”，因?yàn)闃~在旋轉(zhuǎn)方向上的角速度高于圓心的旋轉(zhuǎn)速度），當(dāng)然也加強(qiáng)了增加迎角的作用，所以擺振鉸（draghinge也稱水平鉸）也稱領(lǐng)先-滯后鉸（leadlaghinge）。揮舞鉸和擺振鉸是旋翼升力均勻的飛行平穩(wěn)的關(guān)鍵。由于槳葉在旋轉(zhuǎn)中容許上下?lián)]動和前后擺動，這種槳葉稱為柔性槳葉（articulatedrotor）。除了用機(jī)械鉸鏈容許槳葉在環(huán)形過程中相對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，槳葉總是“耷拉”著的原因。但機(jī)械鉸鏈磨損大，可靠性不好，德國MBB（戰(zhàn)時著名的梅

26、塞斯米特就是MBB中的M）用彈性元件取代了揮舞鉸，研制成功無鉸槳葉，第一個應(yīng)用無鉸槳葉的是MBBBo-105，中國曾進(jìn)口一批，用于支援海上采油平臺。揮舞鉸示意圖，前行槳葉可以在升力作用下向上有所揮舞，從而降低升力，達(dá)到平衡；后行槳葉則向下彎曲，從而提高升力，達(dá)到平衡/采用揮舞鉸后的升力分布，要均勻得多雙葉旋翼是一個特例，槳葉和圓心的槳轂剛性連接，但用一個單一的“蹺蹺板”鉸鏈同時代替揮舞鉸和擺振鉸，所以也稱為半剛性槳葉（semi-rigidrotor）。蹺蹺板鉸鏈在一側(cè)槳葉上揚(yáng)時，將另一側(cè)槳葉自然下壓；在一側(cè)槳葉“領(lǐng)先”時，將另一側(cè)槳葉自然“滯后”，既簡化了機(jī)械設(shè)計，又完美地實(shí)現(xiàn)了更復(fù)雜的機(jī)械設(shè)

27、計才能實(shí)現(xiàn)的功能。貝爾直升機(jī)公司用雙葉用出了味道，越戰(zhàn)期間漫天蝗蟲似的UH-1就是雙葉，后來的AH-1也是。不過“蹺蹺板”設(shè)計只能用于雙葉旋翼。雙葉旋翼有無可置疑的簡潔性和由此而來的成本和可靠性上的優(yōu)勢，但雙葉旋翼也只有兩片槳葉可以產(chǎn)生升力和推力，和多葉槳葉相比，就要增加旋翼直徑，增加旋翼轉(zhuǎn)速，前者增加總體尺寸和阻力，后者增加噪聲。第一個采用無鉸槳葉的Bo-105/Bo-105的無鉸槳葉，用彈性元件代替了揮舞鉸和擺振鉸，但變距鉸依然保留EC-135更進(jìn)一步，甚至取消了使槳葉改變槳距的變距鉸，也用彈性元件代替了/EC-135的先進(jìn)技術(shù)槳葉（AdvancedTechnologyRotor，簡稱AT

28、R，屬hingelessbearingless），采用彈性元件代替所有機(jī)械鉸鏈，避免機(jī)械磨損，減輕重量，改善飛行平穩(wěn)性直升飛機(jī)飛行原理說明書(5)(2007-11-2209:10:43)單槳直升機(jī)的起飛重量終歸有限，要增大起飛重量，就要增加旋翼直徑，增加旋翼轉(zhuǎn)速，增加槳葉數(shù)目，加強(qiáng)傳動軸，這些都增加了旋翼系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性和重量。旋翼直徑和轉(zhuǎn)速受到翼尖速度不能超過音速的限制，否則音障帶來的阻力和振動將不可忍受，更大的旋翼直徑也迫使尾撐長度增加，增加結(jié)構(gòu)重量。較大的旋翼也對狹小場地的起落造成不便。大幅度提高起飛重量最有效的途徑，還是采用兩個甚至更多的旋翼，分擔(dān)負(fù)擔(dān)。除了一些設(shè)想中的四旋翼方案，三旋

29、翼沒有見到過，還是雙旋翼最常見。既然采用兩個旋翼，如果旋轉(zhuǎn)方向相反，一個順時針旋轉(zhuǎn)，一個逆時針旋轉(zhuǎn)，就自然抵消相互的反扭力。反轉(zhuǎn)的雙旋翼不需要特別考慮尾槳和尾撐的結(jié)構(gòu)，也沒有尾槳吃掉對推進(jìn)和升力沒有作用的功率的問題，可以把所有功率都用于升力和推進(jìn)，這是雙旋翼額外的優(yōu)點(diǎn)。雙旋翼（也稱雙槳）有多種方案，可以前后串列，可以左右并列，可以上下共軸，還可以上下不共軸。串列雙槳的典型有美國的CH-46、CH-47；并列雙槳的典型有俄羅斯的米-12，直升機(jī)狀態(tài)的美國V-22也可以算作并列雙槳；共軸雙槳（co-axial或contra-rotating）的典型當(dāng)然非俄羅斯的K-25、K-31等卡莫夫直升機(jī)莫屬

30、；異軸雙槳（更準(zhǔn)確地說，是交替雙槳，也稱交叉雙槳，intermeshing）的只有美國卡曼的H-34Husky和K-Max等少數(shù)例子。串列和并列雙槳布局示意圖串列雙槳的CH-47/并列雙槳的米-12共軸雙槳示意圖/共軸雙槳的卡-31交替雙槳示意圖/交替雙槳的K-Max串列雙槳對于最大限度地利用機(jī)身長度有利，CH-46、CH-47機(jī)艙長但并不累贅，總長并不為此增加多少，而單槳的米-6就“橫闊豎大”了。串列雙槳中離發(fā)動機(jī)較遠(yuǎn)的那副旋翼（一般是前旋翼）的功率要求比驅(qū)動尾槳高得多，為了保證前后旋翼的同步，串列雙槳需要長長的沉重的同步傳動軸，而不能簡單地由前發(fā)動機(jī)驅(qū)動前旋翼，后發(fā)動機(jī)驅(qū)動后旋翼。串列雙槳

31、的前后旋翼一般上下錯開一點(diǎn)，這樣可以容許前后旋翼之間在高度上有一定的重合，縮短全機(jī)長度。上下的高度差太少了，不能保證安全，尤其是大幅度機(jī)動動作時，上下槳葉可能發(fā)生碰撞。高度差太大了，支撐后旋翼的“柱子”太過高大，阻力巨大。并列雙槳通常是安裝在機(jī)翼翼尖的，翼展由旋翼半徑?jīng)Q定，沒有辦法靠上下重合而縮短翼展，在氣動上難于優(yōu)化。左右旋翼之間要設(shè)交叉的同步軸，以保證左右兩副旋翼永遠(yuǎn)同步。還有一個問題是，左右旋翼都在機(jī)身中段附近，僅靠周期距，俯仰控制力矩不足。但這都不是最大的問題，最大的問題是橫滾穩(wěn)定性，兩側(cè)旋翼升力不均勻時，飛機(jī)會發(fā)生橫滾，如果在急速下降過程中，飛機(jī)不幸進(jìn)入自己的下洗氣流，旋翼效率急劇降

32、低，旋翼越用力，越使不上勁，好像汽車輪子打滑一樣，加劇橫滾的不穩(wěn)定傾向，飛機(jī)在幾秒鐘內(nèi)就可以傾覆失控，V-22的幾次墜毀就是這樣造成的。強(qiáng)烈的不對稱氣流擾動也可以造成這個現(xiàn)象。發(fā)動機(jī)安裝在機(jī)身還好說，要是發(fā)動機(jī)安裝的機(jī)翼翼尖，離重心很遠(yuǎn)，進(jìn)一步加強(qiáng)了橫滾不穩(wěn)定的傾向。共軸雙槳用套筒軸驅(qū)動上下兩副反轉(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，對驅(qū)動軸的剛度要求也高，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)計上有相當(dāng)?shù)碾y度。由于非對稱升力的緣故，反向旋轉(zhuǎn)的上下旋翼的旋轉(zhuǎn)平面有

33、在一側(cè)“交會”的傾向，這進(jìn)一步增加了對上下旋翼之間間距的要求，并且?guī)硐蚪粫粋?cè)轉(zhuǎn)彎必須比向另一側(cè)轉(zhuǎn)彎輕緩的要求。上旋翼處在“干凈”空氣中，下旋翼處在上旋翼的下洗氣流中，這樣，上下旋翼之間有相當(dāng)?shù)臍鈩玉詈?，增加了氣動設(shè)計的難度。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。共軸雙槳的振動也由于兩副反轉(zhuǎn)的旋翼而較好地對消了，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。交替雙槳可算是共軸雙槳的一個變種，從正面看，兩

34、副旋翼的翼尖路徑（tippathplane，TPP）有交叉，會打架，但只要在算好時間差，你方唱罷我登場，不會打架的。最簡單的情況，兩副旋翼都是雙葉，也就是只有一直線的前后兩片槳葉，左旋翼的起始位置是東西向，右旋翼的位置是南北向，兩副旋翼同步反向旋轉(zhuǎn)，一個轉(zhuǎn)到東西向的時候，另一個轉(zhuǎn)到南北向，永遠(yuǎn)不會交會。交替雙槳的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械上比串列、并列和共軸雙槳簡單得多，缺點(diǎn)是旋翼的槳葉數(shù)也受到限制，到現(xiàn)在為止，沒有超過雙葉的，所以只適用于不超過一定尺寸的直升機(jī)。所有雙槳布局均采用分別的總距和周期距控制，所有槳葉都有各自的“三鉸”（變距鉸、揮舞鉸、擺振鉸，或起同等作用的相應(yīng)的彈性元件）。對于共軸雙槳和交替雙槳

35、布局來說，轉(zhuǎn)向是通過改變上下或左右旋翼的扭力來實(shí)現(xiàn)的。增加順時針旋翼的槳距，使其更能吃上勁，減少逆時針旋翼的槳距，使其吃勁小一點(diǎn)，就造成扭矩差，使直升機(jī)向逆時針方向偏轉(zhuǎn)，反之亦然。交替雙槳的方向控制和共軸雙槳相同。由于上下或左右旋翼的槳距增減是對稱的，共軸雙槳或交替雙槳向左右轉(zhuǎn)向的速度是一樣的。主旋翼也比尾槳更能吃上勁，所以轉(zhuǎn)向也更快捷，可以作所謂的“急轉(zhuǎn)”（snapturn）。對于串列和并列雙槳布局來說，轉(zhuǎn)向是通過使前后或左右旋翼在水平方向上通過周期距控制產(chǎn)生差動的扭轉(zhuǎn)推力來實(shí)現(xiàn)的。換句話說，前旋翼向左傾斜，在產(chǎn)生升力的同時，產(chǎn)生向右的水平推力分量；后旋翼向右傾斜，同樣在產(chǎn)生升力的同時，產(chǎn)生

36、向左的水平推力分量。前后一“夾攻”，飛機(jī)就向右偏轉(zhuǎn)，反之亦然。前后旋翼反向傾斜，偏轉(zhuǎn)的支點(diǎn)是機(jī)身中央。如果光傾斜前旋翼，就可以繞后機(jī)身打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；光傾斜后旋翼，當(dāng)然也就可以繞前機(jī)身打轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)；如果控制得當(dāng)，甚至可以一面轉(zhuǎn)一面?zhèn)蕊w。事實(shí)上，串列雙槳幾乎像超市里四個輪子可以分別轉(zhuǎn)向的購物車一樣，愛怎么走就可以怎么走，愛怎么轉(zhuǎn)就可以怎么轉(zhuǎn)，不過有的時候太靈活了，選擇太多了，反而容易弄糊涂，這個道理是一樣的。并列雙槳也是同樣道理，只是把前后雙槳變成左右雙槳。直升機(jī)不光可以垂直起落，還可以懸停、側(cè)飛、倒飛、原地轉(zhuǎn)彎。直升機(jī)的這些非常規(guī)機(jī)動動作提供了空前的戰(zhàn)術(shù)靈活性，比如，反坦克直升機(jī)可以在低于樹梢的極低空高度懸

37、停，在戰(zhàn)機(jī)恰當(dāng)?shù)臅r刻，突然冒起來發(fā)射武器，然后迅速下降到樹梢以下高度隱蔽，既可以躲避對方直射武器的打擊，又有利于隱蔽地轉(zhuǎn)移陣地。如果裝備桅桿頂?shù)挠^察裝置裝置的話，可以更好地隱蔽觀察敵情、掌握戰(zhàn)機(jī)。同樣的戰(zhàn)術(shù)也適用于山脊、建筑物等適當(dāng)?shù)碾[蔽物背后。在巷戰(zhàn)中，直升機(jī)可以隱蔽在建筑物后懸停，在適當(dāng)時機(jī)側(cè)飛出來發(fā)射武器，然后迅速返回隱蔽位置，這樣可以避開敵人從遠(yuǎn)處房頂?shù)挠^察和伏擊。在營救和精確定點(diǎn)空降作業(yè)中，懸停中的側(cè)飛和倒飛更是必不可少的。然而，成也蕭何，敗也蕭何，直升機(jī)的旋翼不光提供了空前的機(jī)動能力，也從根本上限制了前飛速度。旋翼尺寸和槳葉數(shù)的限制不談，飛機(jī)的前飛速度不可能超過旋翼翼尖的線速度，在

38、極限情況下，假定飛機(jī)的前飛速度和翼尖速度都為音速的一半，前行方向上，翼尖速度在3點(diǎn)鐘方向已經(jīng)達(dá)到音速，而后行方向上，翼尖在9點(diǎn)鐘方向的速度就為零，要發(fā)生失速。實(shí)際上，翼尖失速速度要高于零速度，所以飛行速度比理論上的極限情況要低。另外，由于半徑的關(guān)系，旋翼前傾時，旋翼翼尖附近是產(chǎn)生推力的部分，中間部分的線速度低，實(shí)際上不產(chǎn)生推力，是在迎風(fēng)氣流的作用下像風(fēng)車一樣地自旋，靠近圓心的部分的線速度低于失速速度，已經(jīng)處在失速區(qū)了。由于前飛時旋翼前傾，阻力在旋翼上形成一個向下的分量，造成速度越大，“降力”越大的尷尬局面，必須用增加的升力來補(bǔ)償，白白浪費(fèi)發(fā)動機(jī)功率。據(jù)計算，直升機(jī)的理論速度不能超過420公里/

39、小時。英國Westland公司對旋翼翼尖進(jìn)行加大后掠角的修形，使直升機(jī)速度有了不小的提高，但還是沒有突破這個理論限制。英國Westland的先進(jìn)旋翼翼尖采用復(fù)雜形狀的后掠角/槳葉的截面（翼型）也從翼根到翼尖不斷變薄，以延遲激波的產(chǎn)生，這個道理和超音速飛機(jī)用大后掠角、薄翼型的機(jī)翼一樣這是一架Westland大山貓直升機(jī)在做斤斗特技，其先進(jìn)槳葉的特別形狀清晰可見理論上，只要旋翼線速度突破音障，直升機(jī)速度進(jìn)一步提高就是可能的。固定翼超音速飛機(jī)的機(jī)翼理論早已解決。但固定翼飛機(jī)的機(jī)翼處于相對簡單的氣流流場，直升機(jī)旋翼所處的流場實(shí)在太復(fù)雜了，不光有前進(jìn)方向，還有旋轉(zhuǎn)的切向和徑向方向，此外，在機(jī)身上發(fā)動機(jī)結(jié)

40、構(gòu)和旋翼之間，還有復(fù)雜的縱向的馬蹄形流和橫向的渦漩。即使這些問題都解決了，理論上有可能研制出一種彎彎的馬刀形狀的槳葉，延遲超音速激波的產(chǎn)生，但槳葉受力情況十分復(fù)雜，包括扭曲、拉伸，在材料上要制造足夠堅固耐用又輕巧的旋翼很困難，旋翼要突破音障不是一件容易的事。要突破直升機(jī)速度的限制，只有突破旋翼既作為升力裝置又作為推力裝置的局限。發(fā)動機(jī)艙周邊有馬蹄形流/發(fā)動機(jī)艙兩側(cè)也有橫向的渦流直升飛機(jī)飛行原理說明書(6)(2007-11-2209:11:48)突破旋翼既作為升力裝置又作為推力裝置的第一步就是為旋翼減輕負(fù)擔(dān)，用單獨(dú)的推進(jìn)裝置提供推力。從50年代開始，大量方案就是從在普通直升機(jī)上加裝推進(jìn)發(fā)動機(jī)開始

41、，將常規(guī)直升機(jī)改裝為復(fù)合直升機(jī)（compoundholicopter）。采用專用的推進(jìn)發(fā)動機(jī)，前飛時，旋翼就不必前傾，既減小迎風(fēng)面積帶來的阻力，又避免了前傾旋翼造成的“降力”。為了進(jìn)一步減輕旋翼的負(fù)擔(dān)，直升機(jī)還可以安裝短翼，在前飛時提供氣動升力，這樣，對旋翼產(chǎn)生升力的要求可以降到最低，后行槳葉失速也就不成為問題，消除了直升機(jī)速度上不去的一大障礙。很多常規(guī)直升機(jī)并沒有專用的推進(jìn)發(fā)動機(jī)，但安裝了短翼，就是為了在前飛中產(chǎn)生升力，減低對旋翼升力的依賴，以提高前飛速度。對于攻擊直升機(jī)來說，短翼還是提供武器掛架的好地方。采用短翼的典型直升機(jī)有米-6、AH-64等，米-24的短翼也有提供升力的作用，但最主要

42、的目的卻是加強(qiáng)橫滾穩(wěn)定性。就像世上所有的好事一樣，沒有免費(fèi)的午餐。短翼不光增加結(jié)構(gòu)重量，最大的問題是遮擋旋翼的下洗氣流，削弱了旋翼的效率。所以強(qiáng)調(diào)懸停和直升機(jī)特有的非常規(guī)機(jī)動性能的直升機(jī)常常不選用短翼，即使采用短翼，也使短翼有較大的下反，以減小對旋翼下洗氣流的不利遮擋。有人把這種采用短翼的直升機(jī)也稱為復(fù)合直升機(jī)，因?yàn)樯Φ漠a(chǎn)生已經(jīng)不再單純依靠旋翼，但通常人們還是把升力和推力兩者都不再依靠旋翼的直升機(jī)稱為復(fù)合直升機(jī)。米-6的短翼用于在平飛時產(chǎn)生升力，為旋翼卸載/AH-64的短翼同時兼作武器掛架，一物兩用卡莫夫Ka-22是早期復(fù)合直升機(jī)的一個典范，曾創(chuàng)造多項(xiàng)速度和載重記錄/MBB的BBH攻擊直升機(jī)

43、，采用常規(guī)的“開放”推進(jìn)螺旋槳作推動力，計劃被取消后，轉(zhuǎn)入和法國合作發(fā)展“虎”式直升機(jī)西科斯基S-66，和洛克希德AH-56“夏延”競爭落敗，但速度比“夏延”更快，號稱世界第一。S-66的尾部螺旋漿可以轉(zhuǎn)向，向后做推進(jìn)用，向左作反扭力用，而不像“夏延”那樣，用兩個專用的推進(jìn)螺旋槳和反扭力尾槳50-60年代時，采用單獨(dú)的推力發(fā)動機(jī)的復(fù)合直升機(jī)方案如雨后春筍，有不少達(dá)到試飛階段，其中Piasecki的16H是其中的佼佼者。Piasecki16H采用一個尾置的涵道螺旋槳提供推力，涵道螺旋槳后有控制舵面，利用后洗氣流提供偏航和俯仰控制。主旋翼依然保留周期距控制，用于懸?；蚍浅Ｒ?guī)機(jī)動時提供控制。Pias

44、ecki的方案在60年代沒有引起足夠的興趣，但是在90年代，重新引起美國軍方的興趣。Piasecki將16H的概念用在UH-60上，試制了所謂“速度鷹”（SpeedHawk），不僅提高了速度，還將航程提高了3倍，使“速度鷹”的航程和F-18戰(zhàn)斗機(jī)相當(dāng)，用作海軍的搜索救援直升機(jī)十分有利。同樣的概念還用在AH-64“阿帕奇”攻擊直升機(jī)上，速度提高25%。環(huán)形尾的問題主要有兩個：環(huán)形尾套件增加重量，“速度鷹”比基型的UH-60要重800公斤。另一個問題是即以對旋翼下洗氣流的遮擋減低旋翼效率，旋翼功率要增加，否則懸停性能要受到損失。Piasecki16H采用尾置涵道螺旋槳（也稱“環(huán)形尾”，ringta

45、il）作為平飛的推進(jìn)器，短翼提供平飛升力，將旋翼“解放”出來，大大提高平飛速度，也大大降低機(jī)械振動和疲勞“速度鷹”（SpeedHawk），這是Piasecki用UH-60的機(jī)體和主要機(jī)械系統(tǒng)作基礎(chǔ)，研制的“推力轉(zhuǎn)向涵道推進(jìn)”（VariableThrustDuctPropeller）研究機(jī)VTDP前飛時的狀態(tài)，略微向前進(jìn)方向的左側(cè)偏轉(zhuǎn)，反扭力作用部分由氣動舵面完成/VTDP在懸停時的狀態(tài)，可伸縮的“斗篷”向左偏轉(zhuǎn)90度，加強(qiáng)反扭力作用Piachecki也推出了“速度眼鏡蛇”和“速度阿帕奇”方案30年代末，大學(xué)剛畢業(yè)的FriedrichvonDoblhoff異想天開，建議在旋翼翼尖上安裝法國工程師

46、ReneLeduk早年發(fā)明的沖壓式噴氣發(fā)動機(jī)，驅(qū)動旋翼，現(xiàn)在稱之為噴氣翼尖（tipjet）。發(fā)動機(jī)驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)是造成反扭力的原因，即使新奇的方案如“夏延”，依然逃脫不了采用尾槳平衡反扭力的布局。噴氣翼尖在槳葉內(nèi)通過管路向翼尖輸送高壓壓縮空氣，壓縮空氣從翼尖向后噴出，就可以推動槳葉轉(zhuǎn)動。噴氣翼尖的極端是直接在旋翼翼尖安裝微型噴氣發(fā)動機(jī)，噴氣驅(qū)動旋翼旋轉(zhuǎn)。由于槳軸不是驅(qū)動軸，旋翼轉(zhuǎn)動沒有反扭力，所以不需要尾槳。槳葉內(nèi)輸導(dǎo)壓縮空氣的能力有限，結(jié)構(gòu)也復(fù)雜，但發(fā)動機(jī)可以放在機(jī)體內(nèi)。翼尖噴氣發(fā)動機(jī)的方案在技術(shù)上更有誘惑力，燃料在離心力的作用下，可以容易地向翼尖輸送，燃燒用的空氣也主要由管路輸送過來的壓縮空

47、氣提供，因?yàn)樵谝砑獾陌l(fā)動機(jī)進(jìn)氣受圓周運(yùn)動的影響太大。發(fā)動機(jī)必須輕小，一般采用結(jié)構(gòu)簡單的脈動噴氣發(fā)動機(jī)（pulsejet）或沖壓噴氣發(fā)動機(jī)（ramjet）。噴氣翼尖的問題是噪聲不僅巨大，而且尖厲，有規(guī)則，特別煩人。不過最大噪聲實(shí)際上延續(xù)時間不長，只有起飛和著陸的一、兩分鐘時間，不過這沒有能夠使環(huán)保組織的反對聲輕下去。Doblhoff在戰(zhàn)時的研究工作取得了有限的成果，戰(zhàn)爭結(jié)束時，Doblhoff用卡車?yán)鴺訖C(jī)和資料，和工作人員一起從蘇軍正在逼近的奧地利往西撤退，最后在德奧邊境向美軍投降。戰(zhàn)后，Doblhoff和他的樣機(jī)一起到了美國，Doblhoff到美國麥克唐納工作，主持了麥克唐納XV-1的設(shè)計，

48、這是美國第一架噴氣翼尖的直升機(jī)。但與此同時，Doblhoff的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計師和試飛員AugustStepan去了英國，日后成為FaireyRotodyne的主要設(shè)計人之一。然而，噴氣翼尖、推進(jìn)發(fā)動機(jī)和固定的機(jī)翼相結(jié)合，有效地將直升機(jī)、旋翼機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。Hiller應(yīng)該說是噴氣翼尖的另一個先驅(qū)，在50年就推出了HOE-1研究直升機(jī)麥克唐納在從德國“俘虜”過來的噴氣翼尖鼻祖FeiedrichvonDoblhoff的主持下，在50年代研制了XV-1研究直升機(jī)，除采用噴氣翼尖外，還在機(jī)身尾部單獨(dú)采用推進(jìn)螺旋槳提供推力，尾撐頂端的小型螺旋槳用于方向控制最著名的采用噴氣翼尖的旋翼-直升機(jī)要

49、數(shù)英國Fairey的Rotodyne。60年代城際交通迅速發(fā)展，短途航空旅行的誘惑力日增，但固定翼飛機(jī)需要遠(yuǎn)離城市的機(jī)場的問題，始終限制了短途航空旅行的發(fā)展，很多垂直-短距起落飛機(jī)的方案應(yīng)運(yùn)而生。城際中短途空運(yùn)不要求懸?；蚍浅Ｒ?guī)機(jī)動性能，垂直/短距起落能力更為重要，所以旋翼-直升機(jī)具有相當(dāng)?shù)奈?。FaireyRotodyne用噴氣翼尖實(shí)現(xiàn)垂直起落，用旋翼的周期距控制俯仰和橫滾，翼下雙發(fā)差動推力控制在直升機(jī)狀態(tài)下的方向，在平飛階段，氣動舵面輔助飛行控制。機(jī)翼在平飛階段產(chǎn)生一半以上的升力，旋翼的槳距減到最低，靠空氣動力自旋，以減小阻力。FaireyRotodyne在試飛期間，創(chuàng)造了倫敦市中心到巴

50、黎市中心的速度記錄。旋翼-直升機(jī)的無滑跑傾斜起飛和準(zhǔn)垂直降落，不僅極大地降低了對機(jī)場跑道和凈空的要求，也由于起落空間不重疊，實(shí)際上增加了同等機(jī)場空間內(nèi)起落架次的容量。由于噪聲、資金和60年代初英國航空工業(yè)的全面重組，F(xiàn)airey被Westland收購，Westland把重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以引進(jìn)的西科斯基技術(shù)為基礎(chǔ)的常規(guī)直升機(jī)的研制上，F(xiàn)aireyRotodyne下馬了，所有資料和工具被銷毀，樣機(jī)被肢解，至今還有不少人惋惜。進(jìn)入21世紀(jì)，噴氣翼尖又有死灰復(fù)燃的跡象。美國GroenBrothers提出用噴氣翼尖驅(qū)動旋翼，研制C-130一級的大型旋翼-直升機(jī)，作為戰(zhàn)場空運(yùn)的主力，滿足從CH-47到C-130

51、之間的戰(zhàn)術(shù)空運(yùn)需要。GroenBothers方案最大的誘惑在于，這個改裝思路可以用于任何現(xiàn)成的上單翼運(yùn)輸機(jī)，比如C-130。旋翼的支點(diǎn)在上單翼和機(jī)身的結(jié)合部，可以最大限度地減小對飛機(jī)重心和氣動特性的影響，理論上可以以比重型直升機(jī)或傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)低得多的代價，開發(fā)具有垂直起落能力的大型飛機(jī)。如果不強(qiáng)調(diào)懸停和非常規(guī)機(jī)動的話，旋翼-直升機(jī)的魅力確實(shí)是很大的。采用噴氣翼尖最著名的還是FaireyRotodyne，本來是很有潛力成為中短途城市航運(yùn)的主力的FaireyRotodyne在飛行中的雄姿/Rotodyne在一開始接到很多航空公司的意向訂貨，但英國的“國航”BAE最終沒有下訂單，別的意向訂貨也在一夜

52、之間蒸發(fā)了，堪稱是“協(xié)和”式的前奏Fairey被Westland收購后，由于英國政府資金不足，英國空軍和英國“國航”的訂單不到位，在成功的試飛后下馬了，設(shè)計資料、工具、樣機(jī)全部銷毀，今天只能在畫上自慰了美國的GroenBrother公司是旋翼機(jī)的最新熱衷者，GroenBrothers向美國軍方建議，用C-130一級的機(jī)身，配以帶噴氣翼尖的旋翼系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)垂直起落Groen還想誘惑海軍，用作航母上的運(yùn)輸機(jī)/GroenBrothers也在向森林滅火部門推銷這個方案直升飛機(jī)飛行原理說明書(7)(2007-11-2209:12:55)限制直升機(jī)速度的一個重要因素是旋翼槳葉的揮舞，槳葉的慣性在不斷地?fù)]舞中

53、增加了機(jī)械振動，鉸鏈的磨損（或彈性元件的疲勞）使直升機(jī)的可靠性總是不如固定翼飛機(jī)。常規(guī)直升機(jī)的柔性槳葉雖然是非常規(guī)機(jī)動成為可能，但柔性的槳葉也限制了直升機(jī)的機(jī)動性，難于像固定翼飛機(jī)一樣做迅猛的滾翻、拉起、俯沖、盤旋動作，過于激烈的機(jī)動動作可能使槳葉和機(jī)體碰撞，嚴(yán)重危害飛行安全。剛性槳葉的限制要小得多，采用剛性槳葉的直升機(jī)或許有這樣、那樣的問題，但都具有比常規(guī)直升機(jī)遠(yuǎn)為出色的機(jī)動性。為此，剛性槳葉一直是直升機(jī)研究的一個目標(biāo)。洛克希德“夏延”的下馬給剛性槳葉的發(fā)展蒙上陰影，但剛性槳葉的研究并沒有就此偃旗息鼓，近來又柳暗花明的跡象。為了大幅度提高直升機(jī)性能，美國從70年代開始，進(jìn)行了一系列直升機(jī)研究

54、機(jī)項(xiàng)目。西科斯基的“前行槳葉概念”（AdvancingBladeConcept，簡稱ABC）在較早就獲得成功。如前所述，剛性旋翼的一個大問題是由于前飛的相對速度疊加在旋翼旋轉(zhuǎn)速度引起的非對稱升力，但對于剛性的共軸反轉(zhuǎn)雙槳來說，兩邊的非對稱升力疊加起來，就對稱了，剛性的槳葉和槳軸吸收所有的扭力，這就是ABC可以免去揮舞鉸的基本思路。由于剛性槳葉沒有揮舞，上下旋翼可以離得很近，而沒有碰撞的危險。差動式地加減上下旋翼的槳距以形成扭力差不僅形成水平方向上的轉(zhuǎn)向，還由于剛性旋翼非對稱升力造成橫滾，進(jìn)一步加速轉(zhuǎn)彎過程，所以ABC具有異乎尋常的機(jī)動性，大大超過常規(guī)直升機(jī)。ABC直升機(jī)有專用的推進(jìn)發(fā)動機(jī)，高速

55、平飛時，用氣動舵面實(shí)現(xiàn)飛行控制。采用ABC的S-69（軍用代號XH-59A）參加了LHX競爭，但技術(shù)終究不夠成熟，在懸停中低頭或抬頭也比較困難，落選于同出于西科斯基的常規(guī)旋翼加涵道尾槳的方案，后者最終成為RAH-66“科曼奇”，現(xiàn)在也下馬了。西科斯基XH-59A“前行槳葉”概念研究機(jī)，用共軸反轉(zhuǎn)的剛性旋翼，既抵消扭力，又抵消非對稱升力流線型的S-69蠻俊俏的前行槳葉在無人機(jī)的大潮中得到復(fù)蘇，西科斯基的Mariner/CypherII將前行槳葉和涵道風(fēng)扇結(jié)合起來，動力從“碗邊”通過傳動軸傳遞，可以分別傳遞給上下旋翼，而不必用套筒軸驅(qū)動，大大簡化機(jī)械設(shè)計和制造。理論上涵道可以改變氣流方向，解決后行

56、槳葉失速（retreatingbladestall）問題，提高直升機(jī)速度。但涵道本身增加重量，更是增加迎風(fēng)阻力，如果像Mariner那樣開在中機(jī)身，還妨礙機(jī)內(nèi)載荷和設(shè)備的布置。西科斯基在Mariner上使用前行槳葉，與其說是為了速度，不如說是為了減小旋翼直徑。涵道的采用和和后行槳葉失速沒有太大關(guān)系，主要是無人機(jī)整體布置上的方便，涵道結(jié)構(gòu)本身容納發(fā)動機(jī)和機(jī)載設(shè)備，加上涵道有良好的側(cè)向隔音作用，特別有利于巷戰(zhàn)或特種作戰(zhàn)使用。西科斯基的Mariner/CypherII，是美國海軍無人機(jī)竟標(biāo)中的候選之一/Mariner/CypherII的前身Cypher在美國陸軍本寧堡步兵學(xué)校的演習(xí)場作巷戰(zhàn)演示作為美

57、國直升機(jī)工業(yè)的龍頭老大，西科斯基在80年代和國防部和NASA合作，研制了所謂X形翼研究機(jī)，其基本思路是在直升機(jī)和固定翼飛機(jī)之間架一座橋，機(jī)頂?shù)腦形機(jī)翼可以在直升機(jī)狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力；前飛達(dá)到一定速度后，X形翼鎖住固定，作為機(jī)翼使用，飛機(jī)轉(zhuǎn)入固定翼狀態(tài)。X形翼在氣動上雖然少見，但并非不可思議，這就是一對后掠翼加一對前掠翼。直升機(jī)狀態(tài)下，反扭力問題有尾槳解決，比較難的是采用剛性的單旋翼，如何解決非對稱升力的問題。西科斯基采用獨(dú)特的“環(huán)流控制技術(shù)”（CirculationControlTechnology），將發(fā)動機(jī)壓縮機(jī)后引出高壓氣流，通過寬大的槳葉內(nèi)的管路，像吹氣襟翼一樣，向槳葉后緣開縫襟翼吹

58、氣。吹氣襟翼在下垂的襟翼表面噴吹高壓空氣，加速機(jī)翼上表面的氣流流動，使機(jī)翼達(dá)到超過實(shí)際空速下能夠產(chǎn)生的升力，50-60年代第一代超音速戰(zhàn)斗機(jī)的低速性能就是靠吹氣襟翼“救命”的。環(huán)流控制槳葉根據(jù)槳葉在圓周運(yùn)動中的不同位置，控制開縫寬度和吹氣強(qiáng)度，控制升力的增減，以補(bǔ)償非對稱升力。西科斯基的X翼研究機(jī)將寬弦“槳葉”和機(jī)翼合二為一，在直升機(jī)狀態(tài)作旋翼旋轉(zhuǎn)，在固定翼狀態(tài)固定，作為X形機(jī)翼，在直升機(jī)和固定翼之間架橋/用普通直升機(jī)旋翼先行試驗(yàn)的西科斯基“旋翼系統(tǒng)研究機(jī)”（RotorSystemResearchAircraft，簡稱RSRA）按固定翼飛機(jī)試飛的RSRA，可以看到，RSRA用機(jī)翼就可以產(chǎn)生足夠的升力，并不需要X形翼的額外升力90年代時，波音接過接力棒，將X形翼的概念推向新的高度，用麥道直升機(jī)和NASA的合作結(jié)果，研制了“蜻蜓”（Dragonfly）研究機(jī)?！膀唑选庇续喪角耙砗蛯挻蟮乃轿惨?，機(jī)頂上有一字形的旋翼-機(jī)翼。在直升機(jī)狀態(tài)下，旋翼-機(jī)翼在噴氣翼尖的作用下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力。一字形的旋翼-機(jī)翼相當(dāng)于雙葉旋翼，可以用蹺蹺板鉸鏈完成揮舞和領(lǐng)先-滯后動作，所以“蜻蜓”對非對稱升力的補(bǔ)償還是常規(guī)的?！膀唑选钡膭恿ρb置是一臺渦扇發(fā)動機(jī)，從壓縮機(jī)引出高壓氣流，通過管路輸送到旋翼-機(jī)翼的翼尖，驅(qū)動噴氣翼尖。由于噴氣翼尖不產(chǎn)生反扭力，“蜻蜓”沒有尾槳。達(dá)到一定的平飛速度后，鴨翼和平尾