自轉旋翼機技術知識-推進系統、旋翼系統及預旋

提供者:  來源:河北天啟通宇航空器材科技發展有限公司,法國DTA航空,天啟通宇航空,JRO自轉旋翼機,COMBO(亢保)動力三角翼,旅行者動力三角翼   時間:2022-05-06  

自轉旋翼機技術知識-推進系統、旋翼系統及預旋


有很多種旋翼機設計方案,從業余自制的到獲得 FAA 認證的。同樣。旋翼機上安裝的系統復雜程度也各不相同。為了保證你的飛機的飛行性能,全面地了解飛機上安裝的每個系統的設計和操作就顯得非常重要。

    推進系統

    目前,大多數的旋翼機飛行使用往復式發動機。發動機通常安裝在一個推進器框架內,通過它來驅動一個恒速螺旋槳。業余旋翼機使用的引擎,通常是成熟的動力裝置,它們常見于汽車或其他用途。也有一些業余的內置旋翼機使用 FAA認證的飛機發動機和螺旋槳。汽車發動機,以及一些其他適于旋翼機的動力裝置,都在高轉速下工作。但為了獲得高效率的螺旋槳速度,就需要添加一個減速部件來降低發動機的輸出速度。早期的旋翼機利用現成的飛機引擎,來帶動驅動裝置中螺旋槳。一些業余內置旋翼機仍然使用這種推進結構,而發動機使用認證引擎和非證式引擎的都有。渦輪螺旋槳和純噴氣發動機也可以用于旋翼機的推進,但現在已經不再使用。

    旋翼系統

    半剛性旋翼系統

    任何可能自動旋轉的旋翼系統都可能用于旋翼機。由于其簡單性,半剛性的“蹺頭”系統應用最為廣泛。該系統在大部分業余旋翼機中都可以看到。[圖18-1]在這種系統中,旋翼頭安裝在主軸上,主軸可以傾斜來方便控制。旋翼葉片安裝在葉轂板上,葉轂板可以改變葉片槳距調整數。葉轂板形成槳葉錐角,錐角大小由葉片突起的重量、旋翼轉速和負載來確定。這最大限度地減小了葉轂板所承受彎矩,并且不需要像更復雜旋翼系統那樣加裝一個圓錐鉸,它常用在更復雜的旋翼系統中。塔塊為 undersling 和搖晃螺栓提供了聯接物。旋翼頭由一個支承節構成,軸承和塔板一起固定在支承節上。主軸(通常是一個垂直取向的螺栓)頭部的旋轉部分固定在非旋轉的轉矩管上,安裝在機身上的扭矩管可以橫向和縱向運動。系統通過扭矩管對飛機進行控制。錐角—旋翼槳葉從旋翼葉轂向上的偏角。undersling—一種通過改變槳葉蹺蹺板高度來保持旋翼主桅軸與每個槳葉的重心距離設計方式??梢远沤^影響旋翼系統速度的科里奧利效應(Coriolis Effect)?!兜谌嘛w行的空氣動力學. 科里奧利效應(角動量守恒定律)》中進一步解釋“懸掛”。

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    全鉸接式旋翼系統

    有些旋翼機使用全鉸接式旋翼系統。如同直升機的旋翼系統,旋翼機上的全鉸接式旋翼系統允許旋翼葉片進行變槳距操縱。由于此系統需要鉸鏈,以保證每個轉子葉片能夠獨立運動,因而是比半剛性的“蹺頭”系統明顯更復雜。[圖 18-2]旋翼機的全鉸接旋翼系統在使用上和直升機上的非常相似。旋翼機中使用全鉸接式旋翼設計有一個重要優勢,即它通常能夠跳躍起飛。要跳躍起飛,旋翼必須具有以下特性,包括擁有總距調節方法,具有足夠慣性的葉片,和一個使轉速能達到約 150%旋翼飛行轉速的預旋機構。

    將高慣性潛力的旋翼葉片結合在一起,在直升機設計中是必不可少的,旋翼機若要實現跳躍起飛,這一點同樣很關鍵。旋翼轂在設計時要求能使旋翼轉速超過正常飛行轉速的 50%,判別一個旋翼頭設計特別是對于能跳躍起飛的旋翼機,這一點與直升機非常相似。

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    預旋器

    旋翼機在起飛前,旋翼必須達到足夠的轉速,從而形成必要的升力。在最初級的旋翼機上,首先用手旋轉葉片完成這個步驟。然后讓槳盤向后傾斜使飛機滑行,這樣氣流通過該系統并使其加速到飛行轉速。較為先進的旋翼機則使用一個預旋器,通過這個機械裝置使旋翼獲得所需要的起飛轉速。許多預旋器僅能夠實現起飛所需的一部分轉速,其余部分需要在滑行或起飛滑跑過程中獲得。各種各樣的預旋系統都能夠使用,因此你需要完全熟悉與自己飛機相關的預旋器的特點和技術。

    機械預旋器

    機械預旋器通常包括離合器或用于嚙合的皮帶、傳動系,有些還有變速器,用于將發動機的動力傳輸到旋翼。在許多旋翼機上,摩擦驅動器和柔性纜一起使用,并與齒輪和齒圈聯接。[圖 18-3]

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     在跳躍起飛的旋翼機上使用的機械預旋器,可能會被視為類似直升機的主旋翼傳動系統,但卻只有當飛機牢牢在地面上時才運轉。旋翼機不具有像直升機的反扭矩設備,因此需要與地面接觸時才能抵消由預旋系統產生的扭力。如果旋翼機設計了跳躍起飛能力,在起飛前旋翼的轉速必須保證,其能量能夠支撐飛機通過起飛的加速階段。這種旋翼系統組合和預旋器只有當飛機在地面上才使用變速器,而在正常飛行時允許變速器從旋翼和發動機之間斷開。

    液壓預旋器

    旋翼機上的液壓預旋器使用發動機的動力來驅動的液壓泵,液壓泵反過來又驅動的與齒輪和齒圈相聯接的液壓馬達。[圖 18-4]該系統在設計時還需要加入某種類型的離合器和壓力調節設備。

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    電子預旋器

    電子預旋器使用類似汽車的起動電機,通過安裝在旋翼頭上的齒輪和齒圈,將轉矩傳遞給旋翼系統。[圖18-5]該系統優點是簡單和易于操作,但依賴于電力。使用“軟啟動”設備,可以減輕旋翼系統在啟動時需要高轉矩的問題。此裝置在電機接受連續電壓之前,為啟動電機提供約 10 秒電脈沖。

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    翼端噴氣

    有些旋翼機將位于旋翼葉片端部噴嘴可用作預旋器,這些噴嘴還可以用于懸停飛行。這類系統不需要變速器或離合器。它還有個優點,即不會對機身產生反向扭矩,且能在飛行中給旋翼提供動力以增加爬升率,甚至能夠懸停。主要的缺點是噴嘴會產生的噪音。不過,在自旋模式下噴嘴可以被關閉。

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