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——纵列式直升机的优劣点简述——
  
提起直升机你会想到什么那种直升机、或者大多数人首先所能想到的就是单旋翼带尾桨构型的直升机,这也确实是目前世界上应用最广,技术最成熟的一种直升机构型。但是这种构型的直升机并不能满足直升机所需面对的种种任务需求,因而,直升机行业发展至今,业内也无法判定哪种构型是直升机的最佳构型。

  多年来,业内已经对多种直升机构型进行了广泛的测试和研制,包括纵列式、横列式、共轴式以及多旋翼式(三个以上旋翼),甚至还有不少桨尖喷气式构型。但是综合所有的试验和试飞数据,可以说,纵列式直升机是最有可能直接和单旋翼带尾桨构型的直升机进行一争长短的选手。

  纵列式直升机的构型/布局

  构型/布局是谈论一切优势/劣势的前提,我首先总结一下纵列式直升机的构型特征:

  双旋翼前后纵列,由同一组发动机驱动(以保证转速相同,免得击打到对方),反向旋转(抵消反扭矩)

  通过总距杆操纵双旋翼的升力变化

  通过纵向周期变距的配平来抵消纵向挥舞角,使得纵向挥舞的旋翼不至于打到机身(保持合适的桨盘平面和机身间距),同时也可以尽量减小桨毂振动传递到机身上

  通过横向变距实现同向横向挥舞来使得直升机滚转,实现反向的横向挥舞来使得直升机偏航。纵列式直升机前飞既可以通过增大后旋翼的拉力使其低头以获得水平力分量,也可以通过纵向周期变距导致的纵向挥舞角来使桨盘前倾。

  纵列式直升机的优势

  在了解了构型的基础上,很直观就能感受到纵列式的一系列优势:

  单旋翼带尾桨的构型中,尾桨不提供升力却需要消耗大约10%——20%的发动机功率,现在这部分功率完全变为提供双旋翼的拉力;

  与产生同样拉力的单旋翼直升机相比,纵列式直升机的桨叶半径更小,转速会更大,旋翼转速更接近发动机转速,这有利于减轻传动系统的重量。对于单旋翼带尾桨直升机而言,其重心范围往往就只能在主旋翼轴附近很小的范围内变化,而纵列式直升机则有着相对来说极大的重心变化范围。

  对直升机工程师来说,纵列式直升机的设计中只需设计一副旋翼就行了(这是美国著名直升机技术专家Prouty所言,限于他说这句话时的直升机制造水平可以认为这是完全没错的,不过按照现代化的设计理念,显然拥有不同气动布局的双旋翼往往在效率和性能上更有利,当然这只是理论想法,非常需要试验的支撑),而单旋翼带尾桨的直升机则需单独设计主旋翼和尾桨。

  纵列式直升机的劣势

  说完了优点,咱们该说说缺点了:

  单旋翼带尾桨直升机的尾桨能够良好地保持其航向稳定性,并且一般来说单旋翼构型还会装备有垂直安定面(垂尾),同样提升了航向稳定性,纵列式直升机则不存在这样的航向增稳部件;

  纵列式直升机的重量集中在机身中部,因而其航向操纵的滞后性也比较明显;

  由于上述两点原因,纵列式直升机对风向的变化不够敏感,这对于舰艇着陆和能见度较低的接近障碍物机动飞行而言很不利;

  相对大尺寸的单旋翼而言,纵列式双旋翼诱导流经桨盘的空气流量较少,因而需要更大的功率输出才能产生同等大小的拉力。但是侧飞的纵列式直升机则相对来说能诱导更大的空气流量,因而需要较小的功率输出,从而有着更佳的爬升性能;

  纵列式直升机的纵向稳定性也存在一些问题,比如它要低头时,一般会选择增大后旋翼的功率输出,从而使其拉力增大,但与此同时,低头的前旋翼桨盘迎角会变大,拉力因而也会变大,从而阻碍其低头——针对这种情况的一般处理措施是让全机重心前移,使得后旋翼的操纵力臂大一些;

  最后就是振动问题,这也是所有直升机都存在的“缺点”,双旋翼可能更显著一些,从下面一副振动模态图可以看出纵列式直升机的一些典型振动问题。

  总体而言,纵列式直升机重心大、效率高,在货运等方面,比之常规直升机有着天然的优势,所谓物尽其用,后续我们应该做的更多还是扬长避短,在纵列式直升机的研制中,突出其优势,规避其缺点。

  最后就是展望——一种能结合纵列式和单旋翼带尾桨直升机优势的新构型飞行器也值得考虑!

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