直升机的原理

1、作者:直升机的原理年级：专业:学号:摘要：先是直升机的一般介绍，包括直升机构造、旋翼、尾桨、垂尾与短翼；接着介绍 其飞行的方式，有悬停及垂直飞行、水平飞行、自转飞行、盘旋与螺旋飞行、机动飞行、特 殊飞行以及起飞、爬升和下降、着陆；然后是平衡、稳定性和操纵性与操作系统、动力和传 动系统。关键词：螺旋桨、尾桨、旋翼、空气力学。引言：全人类都怀着翱翔天空的梦想，自从莱特兄弟发明飞机后，其在人类 的不断努力下变得越来越先进。众所周知，一般的飞机需要一片平整的草地才可 以起飞，还要对飞机的滑跑速度、重量和对跑道的冲击等等的要求有增无减。现 代战斗机和其他高性能军用机对平整、坚固的长跑道的依赖，日益成为现

2、代空军 的致命的软肋。为了摆脱这一困境，从航空先驱的时代开始，人们就在孜孜不倦 地研究能够像鸟儿一样腾飞的具有垂直/短距起落能力的飞机。于是一种崭新的飞机产生了，叫做直升机。真正地实现了摆脱需要平地起飞 所谓软肋和具有垂直或短距起落能力的飞机。于是，人们很好奇那些发明直升机 的专家，这些飞机为什么可以起飞的？其实呢，发明直升机的灵感就来源于我 们中国小孩儿时玩的“竹蜻蜓”，外国科学家就把这个的原理搬到飞机上。当然， 一成不变的照搬肯定行不通的，这其中还要克服许许多多的难题，例如：飞机身 不随机翼转动、机身外表设计、等等符合空气力学的情况。自己也对直升机很好奇，为什么直升机会起飞呢？先是通过查资

3、料得知直升 机是由螺旋桨、发动机，交换器、尾翼螺旋桨、驾驶舱、起落架、操作系统（武 装直升机还有火力系统）。了解这些构造之后，很容易就知道给直升机提供上升 力的就是旋翼，由此可知旋翼是直升机的关键部位。它由数片（至少两片）桨叶 和浆毂构成，形状像细长机翼的桨叶连接在浆毂上。浆毂安装在旋翼轴上，旋翼 轴方向接近于铅垂方向，一般由发动机带动旋转。旋转时，桨叶与周围空气相互 作用，产生气动力。而旋翼的空气动力特点是：1.产生向上的升力用来克服直升 机的重力。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转， 仍了产生一定升力，减缓直升机下降趋势。2.产生向前的水平分力克服空气阻力 使直升机

4、前进，类似于飞机上推进器的作用。3.产生其他分力及力矩对直升机； 进行控制或机动飞行，类似于飞机上各操纵面的作用。按旋翼分类有双旋翼直升 机、横列式双旋翼直升机和共轴式双旋翼直升机。之所以有不同种类的旋翼布局 形式是因为平衡旋翼轴带动旋翼转动工作时，空气作用其上的反作用力矩所采用 的方式不同而形成的。前面的旋翼提供上升力，那么尾桨就是控制机身平衡的重 要部位，为了直升机上升后不会打转转，尾桨的设计重要慕容置疑。直升机飞行 主要靠旋翼产生的拉力。当旋翼由发动机通过旋转轴带动旋转时，旋翼给空气以 作用力矩，空气必然在同一时间以上相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼， 从而再通过旋翼将这一反作用力矩

5、传递到直升机机体上。如果不采取措施予平 衡，那么这个反作用力矩就会使直升机逆旋翼转动方向旋转。这样子看起来，尾 桨的作用就很大。直升机尾桨就像一个旋转平面垂直于旋翼转速平面的小螺旋 桨，工作时产生拉力（推力）。尾桨的作用可以概括为以下三点：1.尾桨产生的 拉力通过力臂形成偏转力矩，用以平衡旋翼的反作用力矩（既反扭转）；2.相当 于一个直升机的垂直安定面，改善直升机的方向稳定性。而且，可以通过加大或 减少尾桨的拉力来实现直升机的航向操纵；3.某些直升机的尾轴向上斜置一个角 度，可以提供部分升力，也可以调整直升机重心范围。尾桨和旋翼的动力均来源 发动机；发动机产生的功率通过传动系统，按需要再传给旋

6、翼和尾桨。而尾桨也 通常包括常规尾桨、涵道尾桨和无尾浆系统等三种类型。接下来就讨论直升机的飞行原理与方式。直升机飞行性能分为垂直飞行性能 和前飞性能两类。垂直飞行性能是定常状态时，不同高度的垂直上升速度；前飞 性能与固定翼飞机的飞行性能相似。直升机的前飞是其最基本的一种飞行状态， 从“直升机基本原理”这本书可知，它的飞行原理是要使旋翼旋转平面倾斜，使 旋翼总空气动力矢量倾斜得出水平分力。旋转平面倾斜是靠周期性改变浆距得到 的。这说明，旋翼每片桨叶的浆距在每一转动周期中（每转一周），先是增大到 某一数值，然后下降到某一最小值，继而反复循环，这就是前飞时旋翼桨叶的工 作原理。另外，还有直升机的起飞

7、、着陆。其起飞时旋翼由初始安装角，在达到 额定转速时，通过提升总距杆，增加旋翼额迎角，增加旋翼的升力，从而使直升 机起飞，同时尾桨提供反扭矩，保持直升机的平衡。而着陆是从一定高度下降， 减速、降落到地面直至运动停止的过程称为着陆，是起飞的逆过程。除此之外， 还有自转、盘旋、螺旋飞行，而自转原理与静止空气中垂直自转是一样的，前飞 时，经过浆盘的来流角改变。由于后行桨叶迎角更大些，对整个浆盘来说，自转 部分将沿桨叶后行方向移动。自转最长航时对应下降最小，速度点对应下降率曲 线的最低点。使用最大飞行可达到最大航程，当直升机飞行中停车自转时，自转 下降过程中，势能转化成动能释放出来。直升机的机动飞行按

8、其飞行轨迹可分为：水平面内的机动，如加速和减速、 盘旋、转弯、水平“8”字机动、蛇形机动等；铅垂平面内的机动，如急跃升和 俯冲；空间立体机动，如盘旋下降、战斗转弯，跃升中的回转和转弯。垂直机动 飞行通常需要变化高度、速度、总距以及飞行姿态和曲率半径。直升机的侧飞，是直升机的特殊飞行，它与悬停、小速度垂直飞行及后飞一 起是实施某些特殊作业不可缺少的飞行性能。一般侧飞是在悬停基础上实施的飞 行状态。其特点是要多注意侧向力的变化和平衡。由于直升机机体的侧向投影面 积很大，机体在侧飞时其空气动力阻力特别大，因为此直升机侧飞速度通常很小。 由于单旋翼带尾桨直升机的侧向受力是不对称的，因此左侧飞和后侧飞受

9、力各不 相同。像后行桨叶一侧侧飞，旋翼拉力向后行桨叶一侧的水平分量大于前行桨叶 一侧的尾桨推力，直升机向后方向运动，会产生于水平分量反向的空气动力阻力。 当测力平衡时，水平水平分量等于尾桨推力与空气阻力之和，能保持等速向后行 桨叶一侧侧飞。向前行桨叶一侧侧飞时，旋翼拉力的水平分量小于尾桨推力，在 剩余尾桨推力作用下，直升机向民浆推力方向一侧运动，空气动力阻力与尾桨推 力反向，当侧力平衡时，保持等速向前行桨叶一侧飞行。直升机的操作性和稳定性。首先直升机的操作系统是指传递操纵指令、进行 总距操纵、变距总距操纵来实现直升机的升降运动；通过变距操作来改变直升机 的飞行方向。固定翼航空器的飞行升力源自固定在机身的机翼。当固定翼航空器 向前飞时，机翼与空气之间发生相对运动，进而产生升力。直升机的升力产生原 理与机翼相似，只不过这个升力是来自于要固定轴旋转的“旋翼”。旋翼不像飞 机那样依靠整个机体向前飞行来使机翼与空气产生相对运动，而是依靠自身旋转 产生于空气的相对运动。但是，在旋翼提供升力的同时，直升机机身也会因反扭 矩的作用而具有向反方向旋转的趋势。对于单旋翼直升机，为了平衡反扭矩，常 见的做法是以另一个小型旋翼，既尾桨，在机身尾部产生抵消反向运动的力矩。 对于多旋翼直升机，多采用旋翼之间反向旋翼方向的方法来抵消反扭矩的作用。综上原理可知，直升机飞