直升机原理

直升机原理

（1）直升机飞行原理和结构与飞机不同飞机靠它的固定机翼产生升力，而直升机是靠它头上的桨叶（螺旋桨）旋转产生升力。

（2）直升机的结构和飞机不同，主要由旋翼、机身、发动机、起落装置和操纵机构等部分组成。根据螺旋桨个数，分为单旋翼式、双旋翼式和多旋翼式。

（3）单旋翼式直升机尾部还装有尾翼，其主要作用：抗扭，用以平衡单旋翼产生的反作用力矩和控制直升机的转弯。

（4）直升机最显眼的地方是头上窄长的大刀式的旋翼，一般由2～5片桨叶组成一副，由1～2台发动机带动，其主要作用：通过高速的旋转对大气施加向下的巨大的力，然后利用大气的反作用力（相当与直升飞机受到大气向上的力）使飞机能够平稳的悬在空中。直升机主要由机体和升力（含旋翼和尾桨）、动力、传动三大系统以及机载飞行设备等组成。旋翼一般由涡轮轴发动机或活塞式发动机通过由传动轴及减速器等组成的机械传动系统来驱动，也可由桨尖喷气产生的反作用力来驱动。目前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双旋翼直升机，其中又以单旋翼直升机数量最多。

直升机的最大速度可达300km/h以上，俯冲极限速度近400km/h,使用升限可达6000m（世界纪录为12450m）,一般航程可达600～800km左右。携带机内、外副油箱转场航程可达2000km以上。根据不同的需要直升机有不同的起飞重量。当前世界上投入使用的重型直升机最大的是俄罗斯的米-26（最大起飞重量达56t，有效载荷20t）。

直升机的突出特点是可以做低空（离地面数米）、低速（从悬停开始）和机头方向不变的机动飞行，特别是可在小面积场地垂直起降。由于这些特点使其具有广阔的用途及发展前景。在军用方面已广泛应用于对地攻击、机降登陆、武器运送、后勤支援、战场救护、侦察巡逻、指挥控制、通信联络、反潜扫雷、电子对抗等。在民用方面应用于短途运输、医疗救护、救灾救生、紧急营救、吊装设备、地质勘探、护林灭火、空中摄影等。海上油井与基地间的人员及物资运输是民用的一个重要方面。

目前直升机相对飞机而言，振动和噪声水平较高、维护检修工作量较大、使用成本较高，速度较低，航程较短。直升机今后的发展方向就是在这些方面加以改进。

原理：现代直升机尽管比竹蜻蜓复杂千万倍，但其飞行原理却与竹蜻蜓有相似之处。现代直升机的旋翼就好像竹蜻蜓的叶片，旋翼轴就像竹蜻蜓的那根细竹棍儿，带动旋翼的发动机就好像我们用力搓竹棍儿的双手。竹蜻蜓的叶片前面圆钝，后面尖锐，上表面比较圆拱，下表面比较平直。当气流经过圆拱的上表面时，其流速快而压力小；当气流经过平直的下表面时，其流速慢而压力大。于是上下表面之间形成了一个压力差，便产生了向上的升力。当升力大于它本身的重量时，竹蜻蜓就会腾空而起。直升机旋翼产生升力的道理与竹蜻蜓是相同的。

直升机发动机驱动旋翼提供升力，把直升机举托在空中，主发动机同时也输出动力至尾部的小螺旋桨，机载陀螺仪能侦测直升机回转角度并反馈至小螺旋桨，通过调整小螺旋桨的螺距可以抵消大螺旋桨产生的不同转速下的反作用力。

通过称为“倾斜盘”的机构可以调整直升飞机的旋翼的螺距，从而在旋转面上可以产生不同象限上的升力差，以此升力差来实现改变直升飞机的飞行方向，同时，直升飞机升空后发动机是保持在一个相对稳定的转速下，控制直升飞机的上升和下降是通过调整螺旋桨的总螺距来得到不同的总升力的，因此直升机实现了垂直起飞及降落。

螺距：指螺旋桨在自己本身根轴上的偏转角度，转速固定的情况下，通过调整螺距可以更有效的操纵螺旋桨的升力或推进力，甚至得到反推力或者反升力。直升机原理 直升飞机高度的灵活性意味着它几乎可以飞到任何地方。 但是，这也意味着要驾驶它是非常复杂的。 飞行员必须具有三维观念，并且必须始终使用双臂和双腿才能使直升飞机停留在空中！ 驾驶直升飞机需要经过长期大量培训以及高度注意力集中。

在要想了解直升机原理以及它是如何做出复杂飞行动作的，将直升飞机的能力与火车、汽车和飞机的能力进行比较会有所帮助。 通过比较，您会知道为何直升飞机具有如此强大的功能！

如果您进过火车的驾驶室，就会知道，驾驶火车相当容易。 毕竟火车只有两个行驶方向，不是向前就是向后。 火车上有一个制动器，但没有转向机构。 是铁轨将火车带到它需要到达的地方。

由于火车只有两个行驶方向，因此用一只手就可以驾驶火车。

当然，汽车可以像火车一样向前和向后行驶。 当在任一方向行驶时，您还可以向左或向右转弯：

要使汽车转向，就需要使用方向盘，驾驶员可以将它顺时针或逆时针旋转。 驾驶员可以用一只手和一只脚来驾驶汽车。

任何参加过飞行员培训或见过飞行员驾驶舱的人都知道，飞机的驾驶比汽车要复杂得多。 但其实它们也是很相似的：

飞机可以向前运动并左右转向。 另外它还具有上升和下降的能力。 但它无法向后飞行。因此，飞机具有五个不同运动方向，而汽车仅有四个。上升和下降能力是飞机的一个全新特色，它是飞机区别于汽车的特点之一。要控制飞机的向上和向下运动，需要用一个操纵杆取代方向盘，或者使方向盘能够向内和向外运动（除了顺时针和逆时针旋转之外）。在大多数飞机上，飞行员还通过两个踏板来操纵方向舵。因此，飞行员是用一只手和两只脚来驾驶飞机的。

直升飞机可以完成飞机所无法完成的三件事情：

直升飞机可以向后飞行。 整个直升飞机可在空中旋转。 直升飞机可在空中静止盘旋。 对于汽车或飞机来说，它们必须在移动中才能转向。而直升飞机则可以向任一方向侧向移动，也可以旋转360度。这些额外的运动自由度以及掌握这些运动需具备的技巧，正是直升飞机让人兴奋同时操作起来又很复杂的原因。操纵直升飞机时，一只手要握住周期变距操纵杆，它用于控制直升飞机的侧方向（包括向前、向后、向左和向右）。另外一只手握住总距操纵杆，它用于控制直升飞机的向上和向下运动（还控制发动机转速）。飞行员的双脚放在用于操纵尾旋翼的踏板上，尾旋翼可使直升飞机围绕自身的轴在任一方向上旋转。 驾驶直升飞机需要使用双手和双脚！本文中，您将了解到直升飞机的相关信息，包括它的各种能力以及它是如何做出众多令人惊异的事情的！直升飞机具有其他飞机所不具备的一些独特能力。 下面的视频中展示了直升飞机的几种能力。 直升飞机的特征就是能够在地面上方的某一点盘旋。在盘旋时，直升飞机还可以围绕它的轴旋转，这样飞行员就可以查看任意方向上的情况。

直升飞机的另一个独特之处是能够向后飞行。 同样，直升飞机还可以侧向飞行。

由于直升飞机可以向后和侧向飞行，因此它可以做出一些有趣的表演。 在下面的视频中，一架直升飞机正在表演原地旋转，它在垂直于地面向下飞行的同时，自身进行360度旋转：

向前飞行的直升飞机还可以停止在半空中，并非常快速地盘旋，正像在下面的视频中所看到的那样：

所有这些动作对于飞机来说都是不可能做到的，飞机必须在向前飞行时才能从机翼获得升力（有关详细信息，请参见飞机如何飞上蓝天）。

您可以通过考虑前面所介绍的直升飞机的各种能力，开始了解直升飞机是如何飞行的。 让我们纵览一下直升飞机的各种能力，看一看它们是如何影响直升飞机的设计和控制的。

感谢Raleigh Helicopters我在此向Raleigh Helicopters公司总裁格伦·布朗以及本文视频中的飞行员兼演示人员Ellen Turcio表示感谢。他们二人提供了极大的帮助，并在我撰写本文过程中给予了鼎力支持。如果您处于北卡罗莱纳州罗利市区，并需要直升飞机服务或指导，那么您可以与Raleigh Helicopters公司联系，电话（919）497-1870。想像一下，我们要制造一架可轻而易举腾空而起的飞行器。 我们暂时不要担心如何降落，如何升到空中是我们关心的问题。如果您想通过桨叶提供向上的力，那么要产生升力，桨叶必须处于运动之中。 桨叶通过将空气下压并利用由此获得的作用力产生升力（有关详细信息，请参见[/url]飞机如何飞上蓝天，该文章详细解释了桨叶是如何产生升力的）。 旋转运动是保持桨叶处于连续运动状态的最简单方式。您可以将两个或更多桨叶安装在中心轴上并使轴旋转，这与吊扇上的叶片十分相似。直升飞机桨叶的形状与飞机螺旋桨的形状很相似，但直升飞机旋翼上的桨叶一般窄而薄，因为它们必须十分快速地旋转。 直升飞机的旋转桨叶总成称为主旋翼。如果在轴上为主旋翼桨叶提供一个微小的迎角并使轴旋转，桨叶就开始产生升力。 为了使轴旋转，就需要某种类型的发动机。 往复式汽油发动机和燃气涡轮发动机是两种最常见的发动机。 在离地前，发动机的传动轴通过变速器连接到主旋翼轴上。在离地后，发动机将与主旋翼轴同步运转。 这样，在没有任何阻力的情况下，机身将在与主旋翼旋转方向相反的方向上旋转。 为抑制机身旋转，您需要对它施加力。

向机身施加力的方式通常是在长尾桁上安装另外一组旋转桨叶。 这些桨叶称为尾旋翼。 尾旋翼的作用类似于飞机螺旋桨。通过在侧面产生推力，抵消发动机使机身旋转的趋势，尾旋翼可抑制机身旋转。通常，尾旋翼由一个长传动轴驱动。该轴经由主旋翼变速器、尾桁一直延伸到尾旋翼处的一个小型变速器。

这样就可以得到与下图类似的直升飞机：

为了对灵活直升飞机进行操纵，主旋翼和尾旋翼都需是可调节的。 以下两节将介绍如何对其进行调节。

调节尾旋翼非常简单，您只需改变尾旋翼桨叶的迎角，就可以通过尾旋翼使直升飞机在主传动轴所在轴线上旋转。

直升飞机原理

直升机能飞上天的原理是什么呢？要想理解它必须先理解1600年伯努利发现的"伯努利原理"。如果知道了这个原理就能知道直升机升天的原理了。所谓"伯努利原理"就是类似空气或水的流体流速快，流体产生的压力就会变弱。所以水流动时如果一边的水势强，另一边弱那么水势弱的一边压力就大，水势强的一边压力就小。如果在它们之间放入树叶，树叶就会顺着水势强的一边。因为水势弱的一边压力大，水势强的一边就把树叶推向弱的一边。

半圆模样的木板经过大气时同样如此。把半圆圆的一面朝上放置以后，如果把半圆向前移动就把空气分成了上下两股气流。向上的空气就会沿着半圆圆的一边流动，向下的空气就会沿直线流动。因为半圆的长度更长，向上的空气流动更快。下面流动较慢的空气就被流动快的空气－压力较弱的－上方推动做半圆运动。这种力被称为"举力"。飞机能飞上天也是有了这种力的缘故。因为飞机的机翼上部旋转出的是流线型，所以就能很容易的上升。

直升机上升的原理稍微复杂一些。因为它虽然利用了举力但是和流线型的机翼产生的举力是不同的。直升机的旋转机翼上部和下部是一样的。那么是如何产生举力的呢？直升机改变旋转机翼的角度就产生了举力。

这可以坐在车上体会到。汽车行驶时把旁边的车窗放下后把手略微伸出窗外。如果把水平伸开的手稍微向前倾斜就能感到手在上升。在水平面上倾斜后接受风的上下面积不同就产生了举力。利用这个原理直升机把中央螺旋桨的机翼角度倾斜后使之旋转就产生了举力。

想要改变直升机方向时只要改变机翼面的角度就行了。这可以从陀螺上得到验证。轻轻拨动沿反时针方向急速旋转的陀螺的右边就会发现陀螺会向前旋转。陀螺旋转时同时进行两边的旋转运动。一种是自己沿着轴旋转的运动，另一种是沿着轴周围旋转的运动。一般旋转式这两个运动会保持均衡，如果拨动旋转的陀螺的一边，破坏了这种平衡，那么为了保持平衡陀螺就会反射似地向前旋转。物理学家们把这种作用称为"旋进性(Gyroscopic Precession)"（陀螺进动）。直升机向前飞行就是依据这个原理。直升飞机的升力大部分是利用向下推动空气产生的向上的反作用力而得到的，部分是利用旋翼上下空气流速差而得到。

为防止螺旋桨旋转而产生的方向力矩使得直升飞机自旋，在直升机尾部增加一产生水平方向推力的小旋翼，或者另外再增加一副螺旋桨，两副螺旋桨旋转方向相反，转速相同。 升机的前飞

直升机的前飞，特别是平飞，是其最基本的一种飞行状态。直升机作为一种运输工具，主要依靠前飞来完成其作业任务。为了更好地了解有关直升机前飞时的飞行特点，从无侧滑的等速直线平飞人手，有关上升率Vy不为零的前飞(上升和下降)留在下一节介绍。 直升机的水平直线飞行简称平飞。平飞是直升机使用最多的飞行状态，旋翼的许多特点 在乎飞时表现得更为明显。直升机平飞的许多性能决定于旋翼的空气动力特性，因此需要首 先说明这种飞行平飞时力的平衡

X轴：T2=X身

Y轴： T1=G

Z轴：T3约等于T尾

其中 Tl， T2， T3分别为旋翼拉力在 X， Y，Z三个方向的分量。 对于单旋翼带尾桨直升机，由于尾桨轴线通常不在旋翼的旋转平面内，为保持侧向力矩 平衡，直升机稍带坡度角 r，故尾桨推力与水平面之间的夹角为 y，T尾与T3方向不完全 一致，因为 y角很小，即cosr约等于1，故Z向力采用近似等号。

平飞需用功率及其随速度的变化

平飞时，飞行速度垂直分量 Vv=0，旋翼在重力方向和Z方向均无位移，在这两个方向的分力不做功，此时旋翼的需用功率由 三部分组成：型阻功率——P型；诱导 功率——P诱；废阻功率——P废。其中第三项是旋翼拉力克服机身阻力所消 耗的功率。

从上图可以看出，旋翼拉力的 第二分力 T2可平衡机身阻力 X身。对旋翼而言，其分力T2在X轴方向以速度V作位移。显然旋翼必须做功，P =T2V或P废=X身V，而机身废阻X身 在机身相对水平面姿态变化不大的情况 下，其值近似与V的平方成正比，这样废阻功平飞需用功率随速度的变化

率P废就可以近似认为与平飞速 度的三次方成正比，如上图中的点划线③所示。

平飞时，诱导功率为P诱=TV，其中T为旋翼拉力， vl为诱导速度。当飞行重量不变时，近似认为旋翼拉力不变，诱导速度271随平飞速度 V的增大而减小，因此平飞诱导功率 P诱随平飞速度V的变化如上图中细实线②所示。

平飞型阻功率尸型则与桨叶平均迎角有关。随平飞速度的增加其平均迎角变化不大。所以P型随乎飞速度V的变化不大，如图中虚线①所示。

图中的实线④为上述三项之和，即总的平飞需用功率P平需随平飞速度的变化而变化。 它是一条马鞍形的曲线：小速度平飞时，废阻功率很小，但这时诱导功率很大，所以总的乎 飞需用功率仍然很大。但比悬停时要小些。在一定速度范围内，随着平飞速度的增加，由于 诱导功率急剧下降，而废阻功率的增量不大，因此总的平飞需用功率随乎飞速度的增加呈下 降趋势，但这种下降趋势随 V的增加逐渐减缓。速度继续增加则由于废阻功率随平飞速度 增加急剧增加。平飞需用功率随 V的增加在达到平飞需用功率的最低点后增加；总的平飞 需用功率随 V的变化则呈上升趋势，而且变得愈来愈明显。

直升机的后飞

相对气流不对称，引起挥舞及桨叶迎角的变化

直升机的侧飞

侧飞是直升机特有的又一种飞行状态，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，因此左侧飞和右侧 飞受力各不相同。向后行桨叶一侧侧飞，旋翼拉力向后行桨叶一例的水平分量大于向前行桨叶一侧的尾桨推力，直 升机向后方向运动，会产生与水平分量反向的空气动力阻力Z。当侧力平衡时，水平分量等于尾桨推力与空气动力 阻力之和，能保持等速向后行桨叶一侧侧飞。向前行桨叶一例侧飞时，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，直升机向民桨推力方向一例运动，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。

螺旋桨转转，飞机就飞了.竹蜻蜓。说白了就是螺旋桨把它上面的空气吹做了，气压变小，周围的气压不变，所以就形成了一个向上的推力，把飞机推上了天！