直升机的主旋翼为直升机的上升、悬停提供升力,也可以为直升机前飞、侧飞甚至倒飞提供推动力。但同时直升机的旋翼在旋转时,会给空气扭矩。那么,根据作用与反作用原理,空气必然在同一时间,以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼,这就是所谓的“反扭矩”。这个反扭矩进而又会通过旋翼传递到直升机机体上。如果不对这个反作用力矩加以平衡,其结果将是:旋翼在朝一个方向 旋转产生升力的同时,直升机机体会在“反扭矩”作用下朝另一个方面旋转,显然,直升机的航向根本无法控制。

所以,解决方案之一就是最常规的,单旋翼加装“尾桨”,来平衡这个主旋翼的扭矩。图中的轻型直升机,单旋翼,却没有尾桨。

这种无尾桨直升机,尾梁和机身对接的地方安装有一个可以改变桨叶倾角的风扇,长长的尾梁一侧开开有缝隙,在尾梁的尾端设有一个喷气口。直升机工作时,发动机带动风扇转动,在尾梁内部产生压缩气流,气流从尾梁侧面的缝隙中喷出,和旋翼的尾流汇合形成绕尾梁旋转的气流(环量),从而使尾梁两侧形成压力差,产生侧向力来平衡旋翼的反扭矩。

另外,还有部分气流是从尾部可调节的喷气口喷出,通过调节气流量的大小和方向来实现直升机的方向控制。

这种无尾桨直升机,虽然有着安全可靠、振动小、稳定性好、噪声低等优点,但这种无尾桨直升机的“控制力”有限,无尾桨系统在应用上受到一些限制,普及性不高,多用于轻小型直升机上。


很明显这是美国原麦克唐纳·道格拉斯公司(后并入波音公司)研制的5座轻型通用无尾桨直升机。型号有MD520N和MD900。此架应该是MD520N型。

md520n很明显尾部有排气逢

尾部特写

这种直升机的最大的特点是换装了全新的尾梁,很明显这种尾梁比普通尾梁粗,尾梁前端有可变距风扇,尾梁右下侧有排气缝,尾梁末端装的一个喷气舵来提供平衡旋翼扭矩所需的侧力和控制偏航运动。这种系统叫环量控制尾梁反扭矩系统。

优点:由于这种系统没有远离主机身的高速旋转部件,使传递运动的路径很短,相比于尾桨结构更简单、可靠性更高。由于可变距风扇处于包裹中,避免了类似常规尾桨的桨涡干扰,因而消除了直升机噪声的最大根源,将直升机噪声水平大大降低,从而使直升机能够在人员密集的高层大楼间飞行。被包裹的可变距风扇也不存在类似常规尾桨因前飞或下洗流带来的不平衡入流,从而降低了直升机的振动水平。另外由于取消了尾桨,避免了直升机起飞时对地面人员的威胁和树梢高度飞行时砍击树枝给直升机自身带来的危险。

缺点:由于这种尾梁的风扇不是直接做工,而是通过排气做工效率不如普通尾桨,这也是这种系统没有能够被大规模应用的原因。环量控制尾梁反扭矩系统需要通过优化,实现功率消耗与尾桨相当甚至更少。

目前国际国内对这方面的研究进展缓慢。

另外再介绍几种不用尾梁风扇平衡螺旋桨扭矩的直升机。

前后两个螺旋桨反向旋转平衡旋翼扭矩的支奴干美军螺旋桨交叉旋转的k-max运输直升机,由于螺旋桨安在相互咬合的轴承上所以它们不会碰撞。

卡莫夫的短吻鳄共轴双翼武装直升机

上下旋翼反向旋转平衡扭矩。优点:效率高稳定。缺点:直升机做特殊动作时两个旋翼可能相碰。


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