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為何當前直升機旋翼多為鉸接式?貝爾直升機專家:因為懶

事實上,在直升機的早期研製工作中,直升機發明家就開始考慮將剛性槳葉應用到直升機旋翼中,然而在當時,這個想法卻始終沒能實現。

假如強行要給當時的直升機裝上剛性旋翼的話,可能出現的場景是這樣的:一架裝配有剛性槳葉的直升機旋翼剛轉起來突然就折斷了,槳葉高速飛出去削了一片人;或者是,一架裝配有剛性槳葉的直升機終於克服重重困難起飛了,然後駕駛員用力地一推桿,結果槳葉先是一動不動,幾秒種後,直升機一個側翻——機毀人亡。

這一切的根源就在於直升機旋翼在高速旋轉過程中會產生巨大的離心力,離心力將會作用在槳葉根部,隨著直升機的周期旋轉,產生極大的交變力矩,損壞槳葉,以當時的工業技術水平,完全無法研製出質量合格並且操縱性能良好的旋翼。

因此,當時聰明的發明家們,就想到可以在直升機根部設置一系列鉸鏈來連接旋翼槳葉和槳轂頭,他們發明了揮舞鉸擺振鉸來解決旋翼的揮舞彎矩力和擺振彎矩力,這樣才實現了第一台旋翼機的真正飛行。

那時候,自轉旋翼機的研究比直升機更熱門,鉸接式旋翼的研製工作也是首先在自轉旋翼機上展開的,而隨著時代的發展,具有優秀的垂直升降和懸停性能的直升機,吸引了所有人的目光,發明家和工程師開始把目光轉向直升機的研製。

首當其衝需要被研製的就是直升機最重要的氣動部件——直升機旋翼。

貝爾直升機專家說:之所以發明家從自轉旋翼機轉到直升機的研製上之後,仍然使用著鉸接式旋翼的方案,就是因為工程師們懶。他們懶得思考直升機和自轉旋翼機的差異,思維惰性使得他們默認直升機的旋翼就應該是鉸接式旋翼,這導致後續的直升機型號研製深受其影響。然而事實上,全鉸接式旋翼顯然是無法滿足現代旋翼飛行器的要求的。

那麼現代的直升機旋翼有什麼要求呢?

隨著人們對直升機操縱性、穩定性、振動水平、易用性、維護性以及載重能力的要求提升,旋翼的構型也發生了不小的變化,算上全鉸接式槳葉目前主要有四種旋翼形式:

全鉸接式槳葉

半鉸接式/半剛性槳葉

無鉸式剛性槳葉

無軸承槳葉

其中剛性槳葉在高速旋翼飛行器上應用廣泛,也是未來的發展趨勢,剛性槳葉的優點有:

機械結構簡單(無揮舞鉸和擺振鉸,僅保留變距鉸)

穩定性好(Neutral Stability)

提升了操縱響應的效率

增大了直升機重心範圍(類似於揮舞鉸偏置量的作用)

由於剛性旋翼優勢突出,而且現在的複合材料技術也能滿足它對材料剛度的需求,因而在後續的直升機機型研製中,我們會看到越來越多的剛性槳葉設計,而結構複雜、操縱響應滯後嚴重的全鉸接式旋翼結構將會慢慢淡出舞台(當然,這仍會是不短的一段時間,畢竟一架直升機使用壽命還是相當可觀的)。


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