同固定翼飛機相比,
直升機的一大特點就是能夠進行懸停操作。
單旋翼帶尾槳直升機,
只有一套主旋翼系統帶一套尾槳系統的直升機。
這種構型的直升機是目前技術最成熟,
數量也最多的直升機。
直升機在一定高度上,保持航向、
位置不變的飛行狀態稱為懸停,
而這一點是固定翼飛機無法做到的,
也是直升機緊急救援時經常採用的必要方法。
懸停狀態下直升機的受力情況
直升機懸停狀態下的受力分析
1、保持航向不變,尾槳拉力對重心形成的偏轉力矩與旋翼反作用力矩平衡。
2、保持高度不變,主旋翼拉力向上的分力F1應與重力G平衡。
3、靜風條件下懸停,空氣阻力為零,旋翼拉力的縱向分力F2應為0;逆風懸停時,主旋翼拉力的縱向分力F2應平衡於空氣阻力。
4、直升機橫側穩定,需要側向力與力矩都平衡。即主旋翼拉力的橫側分力等於尾槳拉力T尾,左右橫滾力矩相等。
直升機懸停操作特點
直升機懸停時複雜的受力都需要駕駛員的操作輸入來平衡。
1、滯後性。為保持穩定懸停,駕駛員需要時刻對操縱系統進行細微的調節輸入來平衡外界風等因素的干擾。
當改變主旋翼拉力方向時,由於氣流具有保持“原有”狀態的特性,同時旋翼改變氣流方向時還會產生附加渦流,也會阻礙新拉力方向的建立。因此,駕駛員需要對姿態變化有預判並提前給予修正。
2、反覆性。相對於固定翼飛機,直升機的角速度阻尼小,操縱靈敏度高。當飛行狀態發生改變時,由於滯後性,飛行狀態的修正往往超出預期。此時的週期變距杆需要反覆輸入調節來維持穩定懸停。
3、協調性。直升機運動部件多,機械連線複雜。運動狀態的變化同週期變距杆、總距和方向舵的輸入是互相關聯和影響的。調節過程越柔和,越有利於懸停狀態的保持。
直升機的有地效懸停
直升機在接近地面飛行時,被旋翼打向下方的氣流會受到地面阻擋,受到壓縮,形成“氣墊”效應,使主旋翼拉力發生變化的現象叫做地面效應。
地面效應對直升機懸停飛行的影響最為明顯。主旋翼離地越近,地面效應越強。當主旋翼離地高度超出主旋翼直徑時,地面效應基本消失。
充分利用地面效應可以提高直升機載量,提高直升機的靜升限(標準大氣狀態下,直升機能夠進行懸停操作的最大高度)。
由於有地效懸停高度比較低,那麼發生特殊情況時,給駕駛員處置的時間也就很少。值得一提的是低高度懸停時尾槳失效的處置。尾槳失效時,為平衡主旋翼反扭力矩,直升機機身會開始轉動。
此時需要駕駛員及時切斷動力輸出(消除主旋翼反扭力矩),並保持水平姿態落回地面。如果上述操作不當很容易發生直升機側翻。
低高度懸停的另一個難點在於,隨著懸停高度的降低,被地面反彈回來的氣流會反作用到機身,高度越低,地面越不平整影響越大,需要飛行員不間斷地做出調整來保持直升機平穩的懸停。
(作者:張澤禹)