直升机是如何飞行的?原理很多人不知道
直升机的飞行非常自由,与固定翼飞机相比,它不需要专门的跑道,也不需要空旷的飞行空间,可以在各种稀少的地点垂直起飞和降落,可以自由地穿梭于高山和峡谷之间。直升机以其独特的飞行特性,在人类生活中起着不可替代的作用。
那直升机怎么能在任何方向上都能自由飞行呢?这一问题的答案在于直升机的旋翼系统,它是直升机区别于固定翼飞机的主要标志,也是直升机能自由飞行的关键。
此为国产大型民用直升机AC313主旋翼的一片桨叶,桨叶轮廓上凸下平。在直升机旋转旋翼时,每个旋转旋翼上的空气流速快压强较小,而在下一个旋翼上的空气流速慢压强较大,因此上下形成的压差产生升力,当整个旋翼产生的升力大于直升机自重时,直升机便开始上升。
普通直升机的尾翼上还会有一个尾桨,那又是干什么的呢?结果证明,根据牛顿第三定律,“力的作用是互相作用的”,发动机推动旋翼旋转,旋翼也会对机体产生反作用,即反扭矩,反扭矩使机体向旋转的旋翼相反的方向旋转。并且,在机尾安装一个能向侧面产生推力或拉力的尾桨,利用尾桨转动产生的力,可以平衡由主旋翼产生的反力矩,从而保证直升机在飞行中的稳定性。
直升飞机的主旋翼上每一片桨叶,即迎角,在水平方向上都有斜度,可以操纵,并且由旋翼产生的升力也会随迎角而变化,一般迎角越大,升力越大。
如果升力大于直升机的重量,直升机将上升,而小于直升机将下降,此时直升机正好相等,并悬停在空中。当直升机桨叶旋转时,形成一个旋转平面,即桨盘面,通过控制桨盘面的前、后、左、右等各个方向的倾斜,就能改变旋翼的拉力方向,从而实现直升机在不同方向的飞行。直升飞机的桨盘控制是一个非常复杂的问题,为了实现对桨盘角的控制,工程师们发明了绞链机构,将桨叶-桨毂进行周期性地改变,使桨叶面向各个方向倾斜,这样直升机就可以在前后左右任意方向飞行。
另外,还可以调整尾桨迎角,从而调整尾桨产生的力的大小,当尾桨产生的力大于或小于平衡反力矩所需的力时,直升机的左右转向就可以实现。
根据直升机飞行背后的物理原理,我们知道,驾驶直升机的挑战是很大的,因为桨叶的微小调整会导致直升机姿态的巨大变化,在航空人的努力下,直升机通过先进的自动控制系统越飞越好,飞得更快更高更灵活!
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