复合式双桨共轴无人直升机布局的优势.doc

复合式双桨共轴无人直升机布局的优点

复合式双桨共轴直升机布局的优点很多：
复合了尾桨的共轴直升机使飞行时多了一份安全的保障。由于上下旋翼反向旋转，形成了直升机水平方向的力矩平衡，所以双桨共轴直升机可不需要尾桨来平衡直升机水平方向上的力矩。前苏军在阿富汗的作战经验表明，作战中损失的苏军直升机有30%与尾桨有关，主要是：尾桨的弹伤或异物损伤；承载的尾梁损伤；长距离的尾桨传动轴系损伤等。共轴式直升机的设计师直升机的升力产生与尾桨有关的损伤无缘，同时复合的尾桨角度为0度，飞行是可以大大节省尾桨所耗用的额外功率。即使在尾桨故障发生时，它仍可用主旋翼来实现大转弯角度的安全返航，当一层主旋翼发生故障是，它仍可以像正常的单旋翼直升机一样工作，这带来了更强的生存能力，比如俄国的卡-50机身后半部分的结构主要是出于气动布局的需要，即便该部分被击毁，直升机依然可以进行正常的飞行。气动特性对称，机动性好。在使用相同发动机的情况下，两副共轴式旋翼的升力比单旋翼/尾桨布局的旋翼升力大12%。共轴式旋翼气动力对称性显然优于单旋翼式，不存在各轴之间互相交连的影响，机动飞行时易于操纵。

改变航向时，共轴式直升机很容易保持直升机的飞行高度，这在超低空飞行和飞越障碍物时尤其可贵，对飞行安全有重要意义。因升力大，在提供同样引擎的情况下，共轴直升机的外廓尺寸自然要比单翼直升机要小，因此雷达识别特征和目视识别特征就小，便于隐蔽；外廓尺寸小，受弹面就小，战斗损伤概率也小。由于复合式共轴双桨尾桨距为0度，可减小周期距控制的负担。同时共轴双桨直升机受侧风影响较小。共轴双桨的振动也由于两副反转的旋翼而较好地对消了，平稳性和悬停性好。共轴双桨在同等升力下，旋翼直径可以较小，直升机总尺寸较紧凑，"占地面积"较小，操作更安全。目前由沈阳通飞航空科技有限公司研制的复合式共轴直升机设计多次在国际飞行器设计大赛上获奖，并有望近期内进入通航领域推广销售。
直升机双桨共轴式布局的缺点：但是传统双桨共轴直升机的缺点也是致命的。共轴双桨用套筒轴驱动上下两副反转的旋翼，同样有串列双桨的上下旋翼之间的间距问题，间距小了，上下旋翼有可能打架；间距大了，不光阻力高，对驱动轴的刚度要求也高，而大功率的套筒轴本来在机械上就难度很大。套筒轴不光要传递功率，还要传递上面旋翼的总距、周期距控制，在机械设计上有相当的难度。共轴式双旋翼直升机两副旋翼一上一下，平常飞行时不会相碰。但是在某些特殊的情况下，如在飞行中遇到突然变风，机动超过极限值，桨叶变形或损坏时，作用在桨叶上的气动力、离心力和重力就会失去原来的平衡，从而偏离正常的运行轨迹而发生碰撞。由于非对称升力的缘故，反向旋转的上下旋翼的旋转平面有在一侧“碰撞”的倾向，这进一步增加了对上下旋翼之间间距的要求，并且带来如果向有“碰撞”倾向一侧转弯时，必须比向另一侧转弯要轻柔。比如卡-50在向左做上升转弯时，必须十分谨慎，否则就会发生上下旋翼打架这样严重的事故，从而引起机毁人亡。这也是为什么看起来技术更加先进的，军方也十分有好感的卡-50，却竞争不过米-28N的主要原因之一。双桨共轴直升机这一固有缺欠是因为现役直升机目前采用的是“柔性桨叶”。直升机为了补偿左右的升力不均匀，和减少桨叶的疲劳，桨叶在翼根要采用一个容许桨叶载回转过程中上下挥舞的铰链，这个铰链称为挥舞铰（flappinghinge，也称垂直铰）。桨叶在前行时，升力增加，桨叶自然向上挥舞。桨叶在后行时，桨叶的升力不足，自然下垂。由于离心力使桨叶有自然拉直的趋势，桨叶不会在升力作用下无限升高或降低，在传统直升机机械设计上也采取措施，保证桨叶的挥舞不至于和机体发生碰撞。就这样直升机在飞行时，桨叶在环形过程中，不断升高、降低，翼尖离圆心的距离不断改变，就像花样滑冰运动员经常把双臂张开、收拢，以控制旋转速度。要是一个手臂张开，一个手臂收拢，就会失去平衡东倒西歪了，不可能在原地旋转。而为了补偿桨叶上下挥舞所造成的科里奥利效应，所以桨叶在水平方向也要前后摇摆。桨叶在旋转中容许上下挥动和前后摆动，这种桨叶称为柔性桨叶（articulatedrotor）。除了用机械铰链容许桨叶在环形过程中相对于其他桨叶有一定的挥舞外，材质也必须具有弹性，这就是为什么直升机停在地面时，桨叶总是“耷拉”着的原因。这样旋翼一旦旋转起来，由于桨叶有一定弹性，所以会呈一定范围的上下挥舞。这样，如果上下旋翼间隔太小的话，上下两个拥有自由度的桨叶很容易发生碰撞，解决的办法通常是采用刚性主旋翼，或者直接选用尾旋翼来实现航向控制，主旋翼单纯的为升力提供做功，这样就可以大大避免碰撞的产生，复合了尾桨的共轴直升机就可以完全解决传统共轴直升机的安全隐患。