直升機是通用航空使用的另一大類航空器。它的祖先是我國古老的兒童玩具——竹蜻蜓。它離地升空的原理比較簡單:把螺旋槳的方向由向前改為向上,使原來產(chǎn)生的向前的推力現(xiàn)在變成向上的升力,升力克服重力后,直升機就被拉向空中。直升機此時所需的升力要比推動飛機前進的推力大許多,因此必須把槳葉造得又大又長才能產(chǎn)生足夠的升力,直升機的螺旋槳于是就被更名為旋翼。旋翼至少有兩片槳葉,多的可達八片,直升機重量越大,要求旋翼的片數(shù)越多。相對來說,直升機升空的問題比較容易解決,但升空后的操縱控制問題卻異常復(fù)雜。以至于直到飛機發(fā)明以后的20多年,第一架真正實用的直升機才誕生。
直升機升空以后,控制方面的第一個問題是:它的頂上有一個大旋翼不斷地向同一方向旋轉(zhuǎn),旋翼對機身產(chǎn)生的反作用力會使機身向相反方向轉(zhuǎn)動。但機身是不能轉(zhuǎn)動的,如果它轉(zhuǎn)起來,機艙里的駕駛員和乘客就會眩暈受不了。怎么辦呢?設(shè)計師們在單旋翼的直升機上加上一個長尾巴,尾巴末端的一側(cè)裝上一個小旋槳,叫做尾槳。尾槳轉(zhuǎn)動起來產(chǎn)生一個不大的推力,正好能夠制止機身的旋轉(zhuǎn)。裝有兩個旋翼的直升機,讓這兩個旋翼旋轉(zhuǎn)的方向相反,產(chǎn)生的反作用力相互抵消,機身就保持不動了。
控制方面的第二個問題是:直升機升空后,如何操縱它駛向前方?解決這個問題經(jīng)歷了艱難而且漫長的時間。直到20世紀30年代才發(fā)明出一套復(fù)雜而又巧妙的機構(gòu),叫做自動傾斜器,才使這一難題得以解決。具體來說:在直升飛機駕駛員的面前設(shè)有兩根操縱桿。一根叫總距桿,它和油門及控制槳葉的槳距(迎角)的機構(gòu)相連。駕駛員控制總距桿使發(fā)動機油門和槳距同時增大,這時升力增大,直升機上升。如果使油門和槳距減小,直升機就下降。另一根操縱桿叫周期變距桿,它和自動傾斜器相連。自動傾斜器通過機械連接可以使每個槳葉在旋轉(zhuǎn)時,周期性地在某一固定的方位上變低或變高。這樣一來就使整個旋翼的旋轉(zhuǎn)平面向某一方向傾斜。周期變距桿前推,旋翼的旋轉(zhuǎn)平面就向前傾斜,所產(chǎn)生的力指向前上方。這個力的向上部分與重力相平衡,向前的分力就推動直升機向前飛行。周期變距桿可以在3600方向上任意推動,因而旋翼的旋轉(zhuǎn)平面也可以向任意方向傾斜。從而直升機就可以整體向任何方向運動,甚至還可以倒退飛行。駕駛員腳下安設(shè)有兩個腳蹬,利用它們來控制后面的尾槳,使它產(chǎn)生的推力變大或變小,以此來控制直升機機頭的轉(zhuǎn)向。
直升機只能使用活塞式發(fā)動機或渦輪軸發(fā)動機,它們給旋翼提供動力。由于旋翼的動力有一大部分用于產(chǎn)生升力,只有剩下的一部分推動直升機向前,因而直升機耗油量大,其經(jīng)濟性及航程遠低于飛機。直升機的旋翼翼尖在飛行速度提高后會出現(xiàn)局部激波,因此它的最高飛行速度都在400千米/小時以下。直升機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,機內(nèi)振動大,維修費用高,這些都是限制它被廣泛使用的不利因素。但是由于它所具有的機動靈活的飛行性能,可以在空中懸停,不需要在很大的場地上起降這些特征,又是其他任何航空器所無法比擬的。因此,它在通用航空中起著非常重要的作用。
來源:中國民航局