! R- J( [6 f2 F1 d ; U" }8 {1 [3 s& Q) P直升机的奥妙和局限全在旋翼上。在旋翼的转动中,前行侧桨叶线速度与前进速度叠加,实际相对速度大于前进速度或桨叶线速度。在后行侧则相反,相对速度是桨叶速度减去前行速度。在极限时,前行侧叶尖速度与前行速度的叠加可以达到音速,引起激波。这不仅极大增加阻力,还可能造成结构损坏。后行侧则相反,在极限情况下,叶尖速度与前行速度之差可以低于翼型的失速速度,桨叶失去产生升力的能力。实际上,叶尖发生失速时,内段早就失速了。也就是说,在极端情况下,这将导致升力不平衡,直升机立刻倾翻,可能失事。实际上,桨叶内段失速时逐渐向叶尖扩散的,飞行员应该早就感到升力不平衡的开始了,还盲目加速的话,这是自寻死路了。& d; V2 s. ^" o0 X* L
$ o2 R# I# N$ a) w6 M/ ~; ~0 G“前行叶尖超音速”一般发生在“后行桨叶失速”之后,所以后者成为直升机前行速度的极限,导致常规直升机的速度很难超过400公里/小时,实际上在250-300公里/小时级就到头了。比如,AH-64“阿帕奇”的最高速度为261公里/小时。! z z3 O& s' y5 S2 L
* c0 ]( J2 T% w1 R4 h0 {7 A' M6 v为了提高直升机的速度,人们想了很多办法,倾转旋翼(包括连发动机短舱一起倾转,如贝尔V-22;或者只倾转旋翼,发动机固定,如贝尔V-280)是流行的思路,在平飞状态下,旋翼成为螺旋桨,彻底消除“后行桨叶失速”问题。另一个流行思路是复合旋翼,在平飞中用机翼产生大部分升力,用推力发动机产生推力,旋翼减速甚至怠速旋转。7 g& ?7 M2 D5 ^! E: g
4 y& x3 A; N9 M% \; q7 ~倾转旋翼有很多优点,但最大的缺点就是:这是能垂直起落的固定翼飞机,并不适合做直升机特殊机动,如悬停、侧飞、倒退等。倾转旋翼不是不能做这些机动,只是做得吃力,有很多限制。比如说,在悬停中,“挑扁担”式的升力在前后左右都必须精确平衡,一有风吹草动,就容易失衡。旋翼也需要在升力所需要的大直径、低转速、柔性桨叶和推力所需要的小直径、高转速、刚性桨叶之间折中,最后实际上两头不讨好。在垂直起落和悬停时,旋翼转速太高,下洗气流太集中、太强烈,很容易进入涡流环状态。平飞时又阻力太大,速度真的快了还有桨叶颤振问题。 * d Y4 J& c) p 4 I: C4 X' Y- E+ N: R) {倾转旋翼还有占地很大的问题。旋翼在两侧翼尖位置,旋翼桨盘还要继续向外延伸。美国陆军下一代武侦直计划(FARA)里,明确排除了倾转旋翼,就是因为不可能满足在狭窄街巷里使用的要求。 [/ p* A4 g: _1 r' ?; C2 \( Z L0 o5 s
复合旋翼的优点是保留了传统直升机的特殊机动能力,占地也比较小,但最大速度不如倾转旋翼。这依然是速度大大提高的直升机。5 r) }- U) `6 {! K: _
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空客RACER正是复合直升机,但还是蛮有特色的复合直升机。/ b4 S7 V& Y8 k- l) W% K8 a
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在外观上,最大特征就是两侧的推进螺旋桨。实际上,另一个不大容易看出来的特色是非对称尾撑,截面形状有点像机翼,在旋翼下洗气流作用下,产生横向的“升力”,用作反扭力。旋翼出力越大,反扭力越大。尾撑反扭力不够,两侧推进螺旋桨还可差动转动,提供不对称推进力,这是额外的反扭力,用于补足尾撑反扭力不足的部分。 ' G2 r# R5 O6 l1 V & {8 T# W+ L0 f" f; c4 N
9 K; i8 \# v# K( M) R+ T, S推进螺旋桨安装在搭接翼的翼尖,搭接翼不仅改善受力,本身也相当于双翼,在不高的速度下就能提供充足的升力。上翼还对机舱提供一点对螺旋桨噪声的瓶壁。 & a' h2 e, l4 C1 W & {) V% h7 z- @9 b1 RRACER的前身是X3。5 s( R. Y4 `8 s