淺析直升機(jī)飛行過(guò)程的力學(xué)原理

李煦陽(yáng)，高 健

(浙江水利水電學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 杭州 310018)

直升機(jī)是旋翼飛行器的一種，它的出現(xiàn)極大地拓展了飛行器的應(yīng)用范圍，在人類社會(huì)的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用.當(dāng)前應(yīng)用范圍最廣的是機(jī)械驅(qū)動(dòng)式的單旋翼直升機(jī)及雙旋翼直升機(jī)，其中以單旋翼直升機(jī)數(shù)量最多.直升機(jī)飛行所需要的升力和前進(jìn)拉力是靠發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)來(lái)產(chǎn)生的，它的升落不需要滑跑用的跑道，并能在空中懸停的基礎(chǔ)上向前、后、左、右等各個(gè)方向任意運(yùn)動(dòng).

以外伶仃島為例，生活垃圾產(chǎn)生量為3.61 t/d，72%的垃圾運(yùn)回珠海，成本為2 000元/t，28%低溫焚燒，成本為200元/t，每年海運(yùn)成本加焚燒成本為：

直升機(jī)的概念形成較早.我國(guó)東晉時(shí)民間的“飛螺旋”(又叫“竹蜻蜓”，(見(jiàn)圖1))是直升機(jī)旋翼和固定翼飛機(jī)螺旋槳的雛形.在西方，15世紀(jì)文藝復(fù)興時(shí)期，達(dá)·芬奇曾在其著作中記載了借助螺旋槳在空中垂直飛行的設(shè)計(jì)思想.現(xiàn)代直升機(jī)的形成與發(fā)展從20世紀(jì)30年代末開始，1939年俄裔美籍工程師西克爾斯基設(shè)計(jì)的VS—300標(biāo)志了現(xiàn)代實(shí)用直升機(jī)的誕生[1].典型的單旋翼式直升機(jī)(見(jiàn)圖2).

現(xiàn)代直升機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段：(1)20世紀(jì)30年代末問(wèn)世至60年代初期，主要技術(shù)特征是：活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、金屬/木質(zhì)混合式旋翼槳葉、由鋼管焊接成的或鋁合金半硬殼式結(jié)構(gòu)的機(jī)體、簡(jiǎn)易的儀表和電子設(shè)備等；(2)60年代初期到70年代中期，主要技術(shù)特征是：第一代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、全金屬槳葉與金屬鉸接式槳轂構(gòu)成的旋翼、集成微電子機(jī)載設(shè)備等；(3)70年代中期至80年代末，主要技術(shù)特征是：第二代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、全復(fù)合材料槳葉及帶有彈性元件的槳轂構(gòu)成的旋翼、復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)、大規(guī)模集成電路的電子設(shè)備和較先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)等；(4)90年代至今，主要技術(shù)特征是：第三代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)、進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的翼型、槳尖和先進(jìn)的復(fù)合材料旋翼葉、無(wú)軸承或彈性鉸式等新型槳轂、復(fù)合材料機(jī)體結(jié)構(gòu)、先進(jìn)的飛行控制和通信導(dǎo)航系統(tǒng)等.

2017年以來(lái)，行業(yè)發(fā)展以“穩(wěn)中求進(jìn)，健康發(fā)展”為總基調(diào)，轉(zhuǎn)型升級(jí)穩(wěn)步推進(jìn)，結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)展明顯，行業(yè)效益走出低谷，運(yùn)行質(zhì)量穩(wěn)步提升。具體表現(xiàn)有四：一是創(chuàng)新成為企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的推進(jìn)器和綠色可持續(xù)發(fā)展的源動(dòng)力，肥料增效研發(fā)力度持續(xù)增大，新型肥料占比不斷提高；二是農(nóng)化服務(wù)脫虛向?qū)崳呦蚯芭_(tái)，服務(wù)在前、產(chǎn)品在后成為營(yíng)銷新策略和拓展產(chǎn)業(yè)鏈的重要一環(huán)；三是規(guī)?；瘮U(kuò)張得到有效遏制，行業(yè)持續(xù)健康運(yùn)行；四是國(guó)際交流合作取得積極進(jìn)展，多家國(guó)內(nèi)企業(yè)參與國(guó)際并購(gòu)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，國(guó)際話語(yǔ)權(quán)進(jìn)一步提升?？傊?，在紛繁復(fù)雜的形勢(shì)和多重矛盾交疊的困難條件下，行業(yè)承壓前行，取得了來(lái)之不易的成績(jī)。

圖2 單旋翼直升機(jī)(中國(guó)·直19)

1 單旋翼直升機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

直升機(jī)垂向飛行時(shí)，由于距離轉(zhuǎn)軸中心越遠(yuǎn)處的旋翼截面所受升力越大，因此旋翼的槳葉會(huì)形成一個(gè)帶有一定錐度的底面朝上的大錐體(見(jiàn)圖5)，將其稱為旋翼錐體.旋翼的升力垂直于旋翼錐體的底面，因此可以通過(guò)改變旋翼升力來(lái)改變直升機(jī)在垂向的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).那么，單旋翼直升機(jī)的尾槳在飛行過(guò)程中起到什么作用呢？如果沒(méi)有尾槳，會(huì)發(fā)生什么情況？

水平飛行時(shí)T1與直升機(jī)的重力平衡，而T2提供了直升機(jī)的前進(jìn)加速度：

基層市場(chǎng)開發(fā)工作成員的素質(zhì)關(guān)系到煙草企業(yè)在群眾中的威信，直接影響整個(gè)行業(yè)的發(fā)展，只有提高基層工作成員的素質(zhì)，才能展現(xiàn)和發(fā)揮市場(chǎng)開發(fā)部門的重要作用。煙草企業(yè)一定要重視這一問(wèn)題，選擇忠誠(chéng)于企業(yè)、有責(zé)任心、積極上進(jìn)的同志作為市場(chǎng)開發(fā)部門成員，建立起服務(wù)企業(yè)、充滿活力的組織群體。認(rèn)真構(gòu)建長(zhǎng)效發(fā)展機(jī)制，確保煙草企業(yè)的優(yōu)秀人才被吸引到這一組織中，并通過(guò)經(jīng)常組織活動(dòng)發(fā)揮他們的才干，并在日?；顒?dòng)中發(fā)現(xiàn)組織存在的問(wèn)題，然后加以解決。對(duì)其中表現(xiàn)比較優(yōu)秀的成員進(jìn)行表彰，對(duì)思想不積極的成員則要進(jìn)行批評(píng)和處罰，嚴(yán)重者清除出市場(chǎng)開發(fā)隊(duì)伍［3］。

大型水利水電投資企業(yè)融資發(fā)展戰(zhàn)略分析——以新華水利水電投資公司為例 ……… 趙玉紅，馮 茜(10.49)

尾槳是安裝在直升機(jī)尾端的螺旋槳，它的旋轉(zhuǎn)平面與旋翼的旋轉(zhuǎn)平面垂直.尾槳裝有軸向鉸和水平鉸，沒(méi)有垂直鉸.尾槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)空氣對(duì)機(jī)身產(chǎn)生壓力從而可以平衡旋翼作用在機(jī)身上的力偶矩，保持直升機(jī)在水平面內(nèi)的穩(wěn)定性，同時(shí)還有航向穩(wěn)定和操縱的作用.

研究采用滾雪球取樣法，通過(guò)心理系專業(yè)的學(xué)生10人尋找成人參與者，并在參與者作答的過(guò)程中給予及時(shí)指導(dǎo)。共獲取樣本196份，剔除不完整問(wèn)卷以及極端值問(wèn)卷，共統(tǒng)計(jì)有效樣本173份。其中，男生73人，女生100人，平均年齡34.29±7.95歲。

機(jī)身用來(lái)裝載人員、貨物和各種設(shè)備，包括動(dòng)力裝置，起落裝置和各種儀器儀表等，并把直升機(jī)各部分連成一體.在單旋翼直升機(jī)的尾梁上裝有水平安定面，在雙旋翼直升機(jī)的尾部有的也裝有水平和垂直安定面，其作用是保證直升機(jī)水平面和垂向的穩(wěn)定性.

2 單旋翼直升機(jī)的飛行原理

直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的主要區(qū)別在于它們產(chǎn)生升力的機(jī)理不同.固定翼飛機(jī)靠機(jī)身兩側(cè)的平直機(jī)翼提供升力，前進(jìn)的動(dòng)力是由機(jī)頭的螺旋槳或尾部噴管的噴氣來(lái)提供；而直升機(jī)則是借助旋轉(zhuǎn)的旋翼產(chǎn)生升力.下文將從垂直起落、懸停與轉(zhuǎn)向、水平面內(nèi)飛行這三個(gè)階段來(lái)簡(jiǎn)要介紹直升機(jī)飛行過(guò)程中的基本力學(xué)原理.

2.1 垂直起落

直升機(jī)飛行時(shí)，氣流被旋翼分割為上下兩部分，由于翼型上表面凸起較多而下表面凸起較少,有的翼型甚至是凹的,加上機(jī)翼有一定的傾角,使流過(guò)機(jī)翼上表面的流管面積比機(jī)翼前方的流管面積減少很多,導(dǎo)致流速增大(見(jiàn)圖3).即：

S下>S上；V下

(1)

1783年瑞士物理學(xué)家伯努利首先導(dǎo)出不同剖面的管道內(nèi)流體的流速和靜壓的關(guān)系，即伯努利定理(Berroulli’s theorem).根據(jù)伯努利定理[2]：

中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)農(nóng)業(yè)科普創(chuàng)作專業(yè)委員會(huì)主任、中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社黨委書記、社長(zhǎng)孫林強(qiáng)調(diào)，專委會(huì)將以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為統(tǒng)領(lǐng)，自覺(jué)承擔(dān)起舉旗幟、聚民心、育新人、興文化和展形象的使命任務(wù)，緊緊圍繞鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略這一“三農(nóng)”工作總抓手和農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革這個(gè)主線，弘揚(yáng)科學(xué)精神，講好“三農(nóng)”故事，傳播“三農(nóng)”正能量，以高質(zhì)量文化供給增強(qiáng)人們的文化獲得感、幸福感，進(jìn)一步提升專委會(huì)的吸引力和影響力，奮力開創(chuàng)新時(shí)代農(nóng)業(yè)科普創(chuàng)作新局面。

(2)

式中：p—靜壓強(qiáng)，也就是流體壓力；

表中矩陣元素bij表示對(duì)于Ak而言，Bi對(duì)Bj的相對(duì)重要性標(biāo)度。通常bij取1、3、5、7、9及其他們的倒數(shù)，其含義分別為：

P0—滯止壓強(qiáng)，或稱總壓.

V—流體的流速；

ρ—流體的密度；

式中：T1—升力在垂直方向上的分量；

決定直升機(jī)旋翼升力大小的因素有很多，一般而言，直升機(jī)旋翼升力與飛行高度的空氣密度、旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)速度、旋翼槳葉攻角以及旋翼槳葉數(shù)量均為正相關(guān).通常情況下可以調(diào)節(jié)旋翼槳葉的傾角或轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)增大或減小升力，從而實(shí)現(xiàn)垂直起落[3].

圖3 直升機(jī)旋翼升力產(chǎn)生機(jī)理

圖4 直升機(jī)垂直起落受力分析

2.2 懸停與轉(zhuǎn)向

以目前最為常見(jiàn)的單旋翼直升機(jī)為例，為了便于分析，本文將單旋翼直升機(jī)劃分為旋翼、尾槳和機(jī)身三大部分(見(jiàn)圖2).

……夜深了，明天演出的戲已排練就緒，戲班子的人一個(gè)一個(gè)接連打起了哈欠。王爺心里似乎也踏實(shí)了很多。他讓那些人先回賓館休息，自己留在那里修復(fù)一個(gè)不小心又傷著的木偶。

圖5 直升機(jī)空中懸停時(shí)的受力圖

以直升機(jī)整體為研究對(duì)象，考慮直升機(jī)的空中懸停或垂向的勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)機(jī)身在水平面內(nèi)保持靜止，同時(shí)直升機(jī)整體在垂直方向上受力平衡：

G+T=0

(3)

其中G為直升機(jī)重力，T為空氣對(duì)旋翼的升力，此時(shí)升力與重力大小相等，為定值.如前所述，升力與旋翼轉(zhuǎn)速成正比，所以此時(shí)旋翼轉(zhuǎn)速應(yīng)保持不變，即旋翼的動(dòng)量矩保持不變.

以旋翼為研究對(duì)象，根據(jù)動(dòng)量矩定理[4],質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，等于作用于質(zhì)點(diǎn)系的外力對(duì)質(zhì)心的主矩：

(Lx)′=∑MX(Fi)

(4)

其中，等號(hào)左邊是旋翼相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩Lx對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，右邊是旋翼的主矩.懸停狀態(tài)下旋翼相對(duì)其質(zhì)心的動(dòng)量矩不變，因此旋翼水平面內(nèi)所受外力對(duì)質(zhì)心主矩為零.由于在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸對(duì)旋翼施加力偶作用，產(chǎn)生力偶矩；同時(shí)空氣會(huì)對(duì)旋翼施加空氣阻力并產(chǎn)生力矩，所以二者保持平衡：

據(jù)知情人回憶，黎永蘭的教學(xué)成績(jī)優(yōu)異，她所帶班級(jí)在廣安名列前茅。2003年，黎永蘭參加了公務(wù)員考試，告別講臺(tái)成為一名公務(wù)員，先后在廣安大有鄉(xiāng)、龍臺(tái)鎮(zhèn)等地?fù)?dān)任了副鄉(xiāng)長(zhǎng)、鎮(zhèn)長(zhǎng)等職務(wù)，“工作很有一套”。

∑Mx(Fi)=Mx(Fp)+Mx(Fk1)=0

(5)

其中，Mx(FP)為機(jī)身對(duì)旋翼作用產(chǎn)生的力偶矩，

Mx(Fk1)為空氣對(duì)旋翼阻力產(chǎn)生的力矩.

以直升機(jī)機(jī)身和尾槳組成的整體為研究對(duì)象，忽略構(gòu)件之間的摩擦阻力，這個(gè)整體在水平面內(nèi)主要受到旋翼的作用力偶以及尾槳旋轉(zhuǎn)時(shí)空氣對(duì)尾槳的推力，若要在水平面內(nèi)保持靜止，則水平面內(nèi)所受合外力矩應(yīng)為零：

共享營(yíng)銷又稱為互銷。共享營(yíng)銷是指買賣雙方通過(guò)雙向交易方式提供產(chǎn)品或服務(wù)的行為，包括為促進(jìn)該行為進(jìn)行的有關(guān)輔助活動(dòng)，比如：互買、互賣、互推、互換、互租、互保、互貸、互投等。

(LP)′=∑MP(Fi)=MP(FX)+MP(Fk2)=0

(6)

其中，P為機(jī)身—尾槳質(zhì)心，LP為機(jī)身-尾槳?jiǎng)恿烤?，MP(FX)為旋翼對(duì)機(jī)身作用產(chǎn)生的力偶矩，MP(Fk2)為尾槳旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的空氣推力對(duì)機(jī)身-尾槳質(zhì)心的力矩,它的值與尾槳的轉(zhuǎn)動(dòng)速度有關(guān).注意到，旋翼對(duì)機(jī)身施加的力偶與機(jī)身對(duì)旋翼施加的力偶屬于作用力與反作用力，因此：

MP(Fx)=-Mx(Fp)

(7)

易知，假定在直升機(jī)懸停狀態(tài)下突然停止尾槳的轉(zhuǎn)動(dòng)，即：

MP(Fk2)=0

(8)

那么將式(7)、式(8)式代入(6)式，此時(shí)機(jī)身-尾槳所受合外力矩為：

(LP)′=∑MP(Fi)=MP(FX)=-MX(FP)

(9)

結(jié)合(5)式，可得：

(LP)′=∑MP(Fi)=MX(Fk1)

(10)

此時(shí)尾槳停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)作用在機(jī)身-尾槳整體結(jié)構(gòu)上的合外力偶矩與空氣對(duì)旋翼的力偶矩大小相等、方向相同，因此機(jī)身-尾槳整體將由此獲得轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，且角加速度方向與旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反：

目前，人們養(yǎng)殖的主要是翹嘴鱖。如今，鱖魚已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了人工養(yǎng)殖，即從原種保有、良種選育、種苗繁育到苗種培育都能保證商品養(yǎng)殖的需要，在養(yǎng)殖該魚過(guò)程中，人們過(guò)去主要采用單一品種高密度養(yǎng)殖，現(xiàn)在多品種立體混養(yǎng)模式得到廣泛推廣應(yīng)用，其中以鱖魚為主養(yǎng)品種，投喂鯪魚等飼料魚，搭配混養(yǎng)四大家魚、鯉鯽鳊等濾食性、草食性和雜食性魚類，該模式不但提高了鱖魚品質(zhì)，而且還能調(diào)節(jié)水質(zhì)、改良水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。因?yàn)轺Z魚具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，該魚一直得到人們的關(guān)注，成為漁業(yè)科技攻關(guān)和技術(shù)推廣的焦點(diǎn)，而近日，廣東省海洋與漁業(yè)廳發(fā)布的2018年漁業(yè)主推新品種和新技術(shù)，該魚就在其中，這就是翹嘴鱖華康1號(hào)。

(11)

與懸停類似，直升機(jī)在垂向的加速起飛階段也需要尾槳轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)保持機(jī)身-尾槳合外力矩為零，此時(shí)由于轉(zhuǎn)軸加速轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)身和旋翼之間相互作用的力偶矩相較懸停時(shí)更大，根據(jù)式(6)，尾槳需要提高轉(zhuǎn)速來(lái)獲得更大的外力矩.

再?gòu)氖?6)分析，如果能夠控制尾槳的轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)調(diào)節(jié)MP(Fk2)的大小，那么在旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)速度一定的情況下(即MP(FX)不變)機(jī)身-尾槳水平面內(nèi)的合外力矩就會(huì)隨之變化，因此可獲得繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛行中的轉(zhuǎn)向：

(12)

2.3 水平面內(nèi)飛行

直升機(jī)通過(guò)旋翼的水平旋轉(zhuǎn)獲得向上的升力，這是直升機(jī)得以垂直起落和懸停的基本條件.那么直升機(jī)如何在水平面內(nèi)的不同方向飛行呢？圖6為通過(guò)控制旋翼椎體向前后左右各方向的傾斜，就可以改變旋翼升力的方向，從而實(shí)現(xiàn)直升機(jī)不同方向的飛行[5].此時(shí)旋翼升力的方向不再垂直向上，而是與垂向形成一定夾角，因此可以將升力進(jìn)行分解：

T=T1+T2

(13)

可見(jiàn)，管道內(nèi)流體的靜壓隨著流速的增加而降低，由于直升機(jī)旋翼上表面的流速比下表面流速大，因此上下旋翼翼面之間產(chǎn)生一個(gè)壓力差,下表面的靜壓比上表面大,這個(gè)壓力差在垂直于氣流方向上的分量就是旋翼產(chǎn)生的升力(見(jiàn)圖4).

T2—升力在水平面內(nèi)的分量.

旋翼的作用是產(chǎn)生向上的升力，使直升機(jī)垂直起落.旋翼還可產(chǎn)生水平方向的分力，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的前飛、后飛、側(cè)飛等動(dòng)作.旋翼旋轉(zhuǎn)形成的平面既是升力面又是操縱面，它是直升機(jī)的重要組成部分.

(14)

式中：m—直升機(jī)的總質(zhì)量.

圖6 直升機(jī)在水平面內(nèi)前飛時(shí)的受力圖

3 多旋翼直升機(jī)

與固定翼飛機(jī)相比，單旋翼直升機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，例如起落不需要跑道，可以空中懸停，轉(zhuǎn)向靈活等，但它也有難以克服的缺點(diǎn)，例如起飛重量相對(duì)較低，飛行速度相對(duì)較慢等.根據(jù)飛行的基本原理，單旋翼直升機(jī)若要增大起飛重量，可以通過(guò)增加旋翼直徑、增加旋翼轉(zhuǎn)速、增加槳葉數(shù)目等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，但這些都增加了旋翼系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性和重量.另外，為了避免音障帶來(lái)的阻力和振動(dòng)，旋翼的最大線速度也不能超過(guò)音速.因此，提高起飛重量最有效的途徑是采用兩個(gè)甚至更多的旋翼來(lái)提高升力.

無(wú)論是共軸雙旋翼直升機(jī)、并列或縱列雙旋翼直升機(jī)還是其它多旋翼直升機(jī)，它們飛行時(shí)保持機(jī)身(除去旋翼以外部分)穩(wěn)定的力學(xué)原理都與單旋翼直升機(jī)相同：

(LP)′=∑MP(Fi)=0

(15)

式中：P—直升機(jī)機(jī)身的質(zhì)心；

對(duì)于手術(shù)治療而言，其雖然能夠幫助患者解決因病痛產(chǎn)生的痛苦，但同時(shí)也會(huì)使患者的身心受到損害，從而影響治療效果[1]。近年來(lái)，隨著護(hù)理模式的不斷完善，手術(shù)室護(hù)理不僅需要熟練的操作與配合，更需要為患者提供舒適化、人性化的服務(wù)，讓患者能夠在安全、舒適的狀態(tài)下完成手術(shù)治療。作為一種新型護(hù)理模式，舒適護(hù)理最大的特點(diǎn)就是具備一定的整體性與個(gè)性，能夠使患者感覺(jué)到舒適和愉悅。

LP—機(jī)身動(dòng)量矩；

MP(Fi)—第i個(gè)旋翼對(duì)機(jī)身作用的力偶矩.

同理，只要機(jī)身的合外力偶矩為零，就能保證在水平面內(nèi)的穩(wěn)定，而這對(duì)于多旋翼直升機(jī)來(lái)說(shuō)也是能夠?qū)崿F(xiàn)的.

3.1 共軸雙旋翼直升機(jī)

共軸雙旋翼直升機(jī)利用套筒軸驅(qū)動(dòng)上下兩副共軸但反向旋轉(zhuǎn)的旋翼，在起飛和懸停等狀態(tài)下，兩副旋翼分別對(duì)機(jī)身作用的力偶矩能夠相互抵消.因此，共軸雙旋翼直升機(jī)能夠在沒(méi)有尾槳結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下保持穩(wěn)定飛行(見(jiàn)圖7)，并能把所有功率用于升力和推進(jìn).在省去尾槳結(jié)構(gòu)的情況下，直升機(jī)機(jī)身較短，因此受側(cè)風(fēng)影響較小，同時(shí)共軸雙旋翼直升機(jī)的振動(dòng)也由于兩副反轉(zhuǎn)的旋翼而被很好地消除了，所以平穩(wěn)性和懸停性較好.在同等升力作用下，雙旋翼直徑可以較小，因此，總尺寸可以比較緊湊，能夠用于某些特殊用途.

圖7 共軸雙旋翼直升機(jī)(蘇聯(lián)·卡-52)

3.2 縱列和并列雙旋翼直升機(jī)

根據(jù)力偶的平移定理，力偶可以在作用平面內(nèi)任意平移，而不改變對(duì)剛體質(zhì)心的力偶矩.因此可以將直升機(jī)的雙旋翼分開設(shè)置成縱列或并列式，同樣可以保證機(jī)身水平面內(nèi)的合外力偶矩為零.

縱列雙旋翼設(shè)計(jì)可以最大限度地利用機(jī)身長(zhǎng)度，但為了保證前后旋翼的同步，縱列雙旋翼直升機(jī)需要同步傳動(dòng)軸連接前后旋翼使其同步轉(zhuǎn)動(dòng).另外前后旋翼一般具有一定的高度差，這樣可以使前后旋翼的旋轉(zhuǎn)平面有一定的重合，有利于縮短機(jī)身長(zhǎng)度(見(jiàn)圖8).但為了保證安全性和經(jīng)濟(jì)性，兩旋翼的高度差要控制在一定范圍內(nèi).

并列雙旋翼通常安裝在直升機(jī)機(jī)翼翼尖(見(jiàn)圖9)，翼展由旋翼半徑?jīng)Q定，無(wú)法靠上下重合而縮短翼展.左右旋翼之間要設(shè)同步軸以保證左右兩副旋翼同步轉(zhuǎn)動(dòng).但發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在離重心較遠(yuǎn)的機(jī)翼翼尖帶來(lái)了橫滾穩(wěn)定性問(wèn)題，一旦兩側(cè)旋翼升力不均勻，飛機(jī)就會(huì)發(fā)生橫滾，另外強(qiáng)烈的不對(duì)稱氣流擾動(dòng)也可以造成橫滾.

圖8 縱列雙旋翼直升機(jī)(美國(guó)·CH-47)

圖9 并列雙旋翼直升機(jī)(美國(guó)·V-22)

3.3 多旋翼無(wú)人直升機(jī)

以目前應(yīng)用范圍最廣的四旋翼無(wú)人直升機(jī)為例(見(jiàn)圖10)，它是一種擁有4副旋翼且旋翼呈十字形交叉分布的飛行器.四旋翼飛行器(見(jiàn)圖11)的旋翼于同一高度平面對(duì)稱地分布在機(jī)體的四個(gè)方向，且旋翼的結(jié)構(gòu)和半徑都相同.四個(gè)電機(jī)也對(duì)稱地安裝在飛行器的支架端，支架中間放置飛行控制計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備等.當(dāng)飛行器平衡飛行時(shí)，電機(jī)1和電機(jī)3帶動(dòng)旋翼逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，電機(jī)2和電機(jī)4帶動(dòng)旋翼順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，這樣可使機(jī)身合外力偶矩為零[6].通過(guò)調(diào)節(jié)旋翼轉(zhuǎn)速能夠?qū)崿F(xiàn)升力的變化，進(jìn)而控制飛行器的姿態(tài)和位置.

由上文中工序任務(wù)與質(zhì)量項(xiàng)的關(guān)系可知，非質(zhì)檢類工序不對(duì)應(yīng)質(zhì)量項(xiàng)，而質(zhì)檢類工序?qū)?yīng)一個(gè)或多個(gè)質(zhì)量項(xiàng)，這些關(guān)系可以通過(guò)“任務(wù)視圖節(jié)點(diǎn)與質(zhì)量視圖節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系”得出，因此不再給出。

圖10 四旋翼無(wú)人飛行器

圖11 四旋翼無(wú)人直升機(jī)結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

隨著人類科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)水平的提升，未來(lái)直升機(jī)的種類必將越來(lái)越多、續(xù)航能力必將越來(lái)越持久，同時(shí)穩(wěn)定性和安全性也必將越來(lái)越高.然而無(wú)論技術(shù)如何進(jìn)步，人們?cè)谠O(shè)計(jì)、制造和使用直升機(jī)的過(guò)程中都必須遵循最基本的力學(xué)原理，只有了解和掌握這些基本的力學(xué)原理，我們才能正確地把握直升機(jī)飛行的科學(xué)本質(zhì).