名词:直升机（helicopter）、旋翼（rotor）、悬停、与康达效应 (Coanda

帅哥

　一、直升机（helicopter） 　　直升机（helicopter），是以动力驱动的旋翼作为主要升力来源，能垂直起落的重于空气的航空器。直升机属于旋翼航空器，装有一副或几副类似于大直径螺旋桨的旋翼。旋翼安装在机体上方近于铅垂的旋翼轴上，由动力装置驱动，能在空气中产生向上的升力。旋翼受自动倾斜器操纵又可产生前后左右的水平分力。因此直升机既能垂直上升下降、空中悬停，又能向前后左右任一方向飞行。直升机的应用几乎已遍及军用和民用的各个领域。军用方面，可用于通信联络、侦察巡逻、后勤支援、空降登陆、反潜扫雷 、对地攻击 、战场救护 、空中指挥等，其中反坦克的武装直升机已成为部队重要装备；在民用方面可用于短途运输、医护救灾 、森林防火 、地质勘探、空中摄影、喷洒农药、吊装设备、电缆检修、交通指挥、牧群监视、科学考察、海上打捞等，以及吊装桥梁和工程设备等。 　　直升机是飞机的一种，其最大特点是以一个或多个大型水平旋转的旋翼提供向上升力。直升机可以垂直升降，也可以停留在半空不动（悬停），或向后飞行，这一突出特点使得直升机在很多场合大显身手。 　　军用直升机具有出色的反坦克能力。直升机的缺点是旋翼阻力大，速度低，耗油量高，航程短，在战场上的雷达反射面积大，易遭受地面单兵作战武器的袭击。 　　二、飞行原理 　　普通固定翼飞机飞行浮力源自固定在机身上的机翼。当定翼飞机向前飞，机翼与空气的相对运动产生向上升的浮力。直升机的浮力也来自相同的原理；但是直升机上的机翼并不是固定在飞机上，随着飞机向前运动；而是在机顶上旋转。所以直升机上的"螺旋桨"其实是旋转中的机翼，正确名称为"旋翼"。当旋翼提供浮力的同时，也会令飞机与旋翼作相反方向旋转，必须以相反的力平衡。多数做法是以小型的螺旋桨或风扇在机尾作相反方向的推动，也有新型直升机是靠在尾部吹出空气，用附壁效应产生的推力平衡，好处是大幅减少噪音，而且也可以避免尾部螺旋桨碰损的可能性，提高飞机安全性。部分大型直升机则使用向不同方向旋转的旋翼，互相抵消对机体产生的旋转力。 　　三、历史 　　* 第一架直升机是由俄罗斯人伊戈尔伊万诺维奇西科斯基发明的，于1939年9月14日首飞成功，代号VS-300。随后美国陆军决定大量采购直升机，西科斯基公司大量转产直升机，成为着名的直升机制造公司。 　　四、直升机的分类 　　1. 单旋翼尾桨直升机 　　最常见的直升机类型，一个水平旋翼负责提供飞机升力，尾部一个小型垂直螺旋桨负责抵消旋翼的反作用力。代表型号：苏联米里设计局研制的米-26运输直升机以及美国麦道公司研制的AH-64武装直升机。 　　2. 单旋翼无尾桨直升机 　　一个水平旋翼负责提供飞机升力，并从尾部吹出空气，用附壁效应产生的推力抵消旋翼的反作用力。代表型号：美国麦道公司生产的MH-6直升机。 　　3. 双旋翼直升机 　　纵列式 　　两个旋翼前后纵向排列，旋转方向相反，多见于大型运输直升机。代表型号：美国波音公司制造的CH-47"支努干"运输直升机。 　　4. 共轴式 　　两个旋翼上下排列在同一个轴上，并且没有尾桨，优点是稳定性好，但技术复杂，因而较为少见。代表型号：苏联卡莫夫设计局研制的卡-50武装直升机。 　　5. 侧旋翼直升机 　　又称为倾斜旋翼直昇机，结合了固定翼飞机和直升机两者特点的溷合技术直升机。起飞时采用水平并置的双旋翼，飞行中将旋翼向前旋转90度变成两个真正的螺旋桨，按照普通固定翼飞机的模式飞行。这样做的好处是可以减小飞行阻力，提高飞行速度，最高可以超过600公里/小时，同时省油，提高航程，缺点是结构复杂，故障率高，因而极为少见。代表型号：美国贝尔公司和波音公司联合制造的V-22运输直升机。 　　五、旋翼（rotor） 　　旋翼（rotor），是直升机和旋翼机等旋翼航空器的主要升力部件，旋翼又称升力螺旋桨。 　　在20世纪50年代中期以前,第1代直升机的旋翼桨叶一般是由管式钢梁、木质骨架和蒙布组成的溷合式结构。50年代末到60年代初的第2代直升机旋翼广泛使用以铝合金压制梁为基本结构的金属桨叶。60年代末到70年代初的第3代直升机旋翼以复合材料（玻璃钢为主）桨叶为标志。第4代直升机旋翼的桨叶和桨毂将用更先进的复合材料来制造。 　　旋翼（rotor）由桨毂和数片桨叶构成。桨毂安装在旋翼轴上，形如细长机翼的桨叶则连在桨毂上。桨叶旋转时与周围空气相互作用,产生沿旋翼轴的拉力（这是主要的）,如果相对气流的方向或各片桨叶的桨距不对称于旋翼轴，还产生垂直于旋翼轴的分力。在直升机上，旋翼轴方向近于垂直，因此旋翼首先具有机翼的功能，产生向上的力。其次还具有类似于飞机推进装置的功能，产生向前的力。它还具有类似于飞机操纵面的功能，产生改变机体姿态的俯仰力矩或滚转力矩。 　　六、旋翼的种类 　　一副旋翼最少有两片桨叶,最多可达7片。旋翼直径最小约5米，最大达35米。 按桨叶与桨毂连接方式的不同，旋翼大体上分为铰接式、无铰式、半无铰式和无轴承式4种： 　　①铰接式旋翼：桨叶通过水平铰、垂直铰与桨毂相连接。在一般情况下，桨叶除旋转运动外，还有绕水平铰的上下挥舞运动、绕垂直铰的前后摆动（摆振运动）及通过操纵轴向铰的变距运动（见自动倾斜器）。这种型式的旋翼桨叶根部的弯曲载荷较小，但结构复杂，维护不便。 　　②无铰式（固接式）旋翼：取消水平铰和垂直铰，但仍有轴向铰。桨叶在挥舞方向和摆振方向相对于桨毂是固支的。桨叶的挥舞运动和摆振运动表现为桨叶根部（或桨毂支臂）的弯曲变形。与铰接式相比，它的结构简单，但桨叶和桨毂的弯曲载荷较大。从70年代初开始，由于在旋翼上应用了疲劳强度较高的复合材料和钛合金，这种型式的旋翼增多。 　　③半无铰式（半固接式）旋翼：它的特点是只有两片桨叶，彼此连成整体，共用一个中心水平铰，没有垂直铰（好像一个跷跷板，常称跷跷板式旋翼），但仍有轴向铰。这种型式旋翼的结构也比较简单，但操纵性较差。 　　④无轴承式旋翼：这种型式的旋翼不仅没有水平铰和垂直铰，连轴向铰也被取消。桨叶的变距运动靠桨叶根部（或桨毂支臂）的扭转变形来实现。它的结构简单，但要求桨叶根部的材料既有很高的弯曲强度和刚度，又有很低的扭转刚度。70年代以来，在采用先进复合材料桨叶基础上，无轴承式旋翼的研究已有一定进展，但仍处于试验阶段。 　　以上4种型式的旋翼是典型的分类,实用中还有许多中间型式，如法国"海豚"直升机的星型柔性旋翼，就是一种介乎铰接式与无铰式之间的型式，即所谓有弹性约束的铰接式旋翼。 　　七、悬停 　　在航空领域，悬停是指航空器在一定高度上保持空间位置基本不变的飞行状态。具有这种飞行能力的航空器目前主要是直升机，这是它与固定翼航空器之间的一个重要差别。尽管有些固定翼航空器，如垂直/短距起降机虽然也能够实现短时间悬停，但是由于设计原理上的差异，此类航空器在相同飞行重量下的悬停需用功率比直升机要高很多，而且其下洗气流速度和温度过高，使得航空器下方的环境非常恶劣，很难进行对机身下方环境有要求的大量空中作业项目。直升机所具有的这种飞行能力使其应用范围变得十分广泛，不但可以适应各种复杂的起降环境，而且还可以从事各种各样的空中作业项目，甚至有些只能依靠直升机来完成。这种独特的飞行能力也是直升机虽然在速度和可靠性上远不如飞机，但却没有遭到淘汰的重要原因。 　　悬停，是直昇机最主要的飞行特色，也是直昇机的最基本科目，因为不管是从事巡航飞行、搬运还是其他任务，绝大部分飞行都是「起于悬停、止于悬停」，所以这是每个直昇机驾驶员的基本练习科目。由于悬停时，直升机需要消耗比巡航飞行还要高的功率，发动机的负担比较重，所以起飞时的悬停阶段常被用来检查发动机工作情况，以确保飞行安全。 　　悬停可分为两类，一种为有地效悬停，另一种为无地效悬停。所谓地效是指地面效应，即当直升机距离地面比较近时，其旋翼下洗气流会受到地面的影响，地面阻碍造成的流场变化使旋翼消耗的诱导功率（用于加速流经旋翼的空气）减小，也就是说此时直升机保持悬停所需功率要小于没有地面效应的时候。所以在有地效时，直升机能在更高的高度上保持悬停，这也是具体直升机的有地效升限高于无地效升限的原因。一般情况下，直升机在起飞和着陆过程中的悬停均为有地效悬停。 　　八、康达效应 (Coanda Effect) 　　* 康达效应 (Coanda Effect), 亦称附壁作用或柯恩达效应。流体（水流或气流）有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体-{表面}-流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。这种作用是以罗马尼亚发明家亨利康达为名。亨利康达发明的一架飞机（康达-1910）曾经因这种效应堕毁，之后他便致力这方面的研究。 　　实验演示 　　打开水龙头，放出小小的水流。把小汤匙的背放在流动的旁边。水流会被吸引，流到汤匙的背上。这是附壁作用及文土里效应(Venturi Effect)作用的结果。文土里效应令汤匙与水流之间的压力降低，把水流引向汤匙之上。当水流附在汤匙上以后，附壁作用令水流一直在汤匙上的凸出表面流动。 　　在空气动力学中的应用 　　附壁作用是大部分飞机机翼的主要运作原理。附壁作用的突然消失是飞机失速的主要原因。 　　部分飞机特别使用引擎吹出的气流来增加附壁作用，用以提高昇力。美国波音的 YC-14 及前苏联的安-72都是把喷射发动机装在机翼上方的前面，配合襟翼，吹出的气流可以提高低速时机翼的升力。波音的 C-17 运输机亦有透过附壁作用增加升力，但所产生的升力较少。 　　直昇机的「无尾螺旋」(NOTAR) 技术，亦是透过吹出空气在机尾引起附壁作用，造成推力平衡旋翼的作用力。