基本介紹
- 中文名：共軸式旋翼
- 外文名：coaxial rotors
- 全稱：共軸式雙旋翼
- 特點：兩副旋翼上下共軸安裝，旋向相反
- 一級學科：航空科技
- 二級學科：航空器
簡介,共軸式雙旋翼直升機,總體結構特點,主要氣動特性,
簡介
共軸式旋翼，兩個旋翼上下排列在同一個軸上，轉向相反，兩副旋翼產生的扭矩在航向不變的飛行狀態下相互平衡，通過所謂的上下旋翼總距差動產生不平衡扭矩可實現航向操縱，共軸雙旋翼在直升機的飛行中，既是升力面又是縱橫向和航向的操縱面。
共軸式雙旋翼直升機
總體結構特點
共軸式直升機與單旋翼帶尾槳直升機的主要區別是採用上下共軸反轉的兩組旋翼用來平衡旋翼扭矩，不需尾槳。在結構上，由於採用兩副旋翼，與相同重量的單旋翼直升機相比，若採用相同的槳盤載荷，其旋翼半徑僅為單旋翼直升機的70%。單旋翼直升機的尾槳部分必須超出旋翼旋轉面，尾槳直徑約為主旋翼的16% ～ 22%，這樣，假設尾槳緊鄰旋翼槳盤，則單旋翼直升機旋翼槳盤的最前端到尾槳槳盤的最後端是旋翼直徑的1.16 ～ 1.22倍。由於沒有尾槳，共軸式直升機的機身部分一般情況下均在槳盤面積之內，其機體總的縱向尺寸就是槳盤直徑。這樣，在槳盤載荷、發動機和相同的總重下，共軸雙旋翼直升機的總體縱向尺寸僅為單旋翼直升機的60% 左右。
共軸式直升機的機身較短，同時其結構重量和載重均集中在直升機的重心處，因而減少了直升機的俯仰和偏航的轉動慣量。
在10t 級直升機上，共軸式直升機的俯仰轉動慣量大約是單旋翼直升機的一半，因此，共軸式直升機可提供更大的俯仰和橫滾操縱力矩。並使直升機具有較高的加速特性。
由於沒有尾槳，共軸式直升機消除了單旋翼直升機存在的尾槳故障隱患和在飛行中因尾梁的振動和變形引起的尾槳傳動機構的故障隱患，從而提高了直升機的生存率。
由於採用上下兩副旋翼，增加了直升機的垂向尺寸，兩副旋翼的槳轂和操縱機構均暴露在機身外。兩副旋翼的間距與旋翼直徑成一定的比例，以保證飛行中上下旋翼由於操縱和陣風引起的極限揮舞不會相碰。兩旋翼間的非流線不規則的槳轂和操縱系統部分增加了直升機的廢阻面積，因而，共軸式直升機的廢阻功率一般來說大於單旋翼帶尾槳直升機的廢阻功率。
共軸式直升機一般採用雙垂尾以增加直升機的航向操縱性和穩定性。
一般來說，共軸式直升機繞旋翼軸的轉動慣量大大小於單旋翼帶尾槳直升機，因而，航向的操縱性好於單旋翼帶尾槳直升機，而穩定性相對較差；由於共軸式直升機的機身較短，故增加平尾面積和採用雙垂尾來提高直升機的縱向和航向穩定性。共軸式直升機的垂尾的航向操縱效率只在飛行速度較大時方起作用。
主要氣動特性
共軸式直升機具有合理的功率消耗（無用於平衡反扭矩的尾槳功率消耗），優良的操縱性、較小的總體尺寸等特點。與單旋翼帶尾槳直升機相比，共軸式直升機的主要氣動特點為：共軸式直升機具有較高的懸停效率；沒有用於平衡反扭矩的尾槳功率損耗；尾槳在起飛、懸停狀態下的功率消耗為7% ～ 12%；空氣動力對稱；具有較大的俯仰、橫滾控制力矩。共軸式雙旋翼之間產生的氣動干擾，主要表現為上下旋翼尾渦的相互影響。
據卡莫夫設計局資料稱，通常共軸雙旋翼直升機的懸停效率要比單旋翼帶尾槳直升機高出17% ～ 30%。由於上述的原因，在相同的起飛重量、發動機功率和旋翼直徑下，共軸式直升機有著更高的懸停升限和爬升率。
共軸式直升機的另一個重要特性是隨著升限增高，其航向轉彎速度保持不變甚至有所增加。這是由於共軸式直升機不需要額外的功率用於航向操縱，因而改善了航向的操縱效率。增加同樣的拉力所需的扭矩增量隨懸停高度的增加而增加，因此，對單旋翼直升機來說，為平衡反扭矩所需的尾槳功率也需要增加，在尾槳功率供應不足的情況下使航向操縱效率減小。而共軸式直升機不存在這樣的問題。
共軸雙旋翼的平飛氣動特性與單旋翼也有不同，資料表明，在相同拉力和旋翼直徑下，剛性共軸雙旋翼的誘導阻力比單旋翼低20% ～ 30%。
由於操縱系統部分和上下旋翼槳轂這些非流線形狀部件的數量和體積大於單旋翼直升機並暴露在氣流中，因而共軸式直升機的廢阻面積大於單旋翼直升機。共軸式直升機在懸停、中低速飛行時的需用功率小於單旋翼直升機，隨速度增加，需用功率逐漸增大至大於單旋翼直升機，這一特性決定了共軸式直升機有較大的實用升限、較大的爬升速度、更大的續航時間。而單旋翼直升機則有較大的平飛速度、較大的巡航速度和飛行範圍。由於共軸式直升機具有特殊的操縱系統構件，兩旋翼必須保持一定的間距，因此要將廢阻面積降低到單旋翼直升機的水平很困難。
共軸式直升機在各種飛行狀態下均不同程度地存在著氣動干擾，表現為上旋翼對下旋翼的下洗流的影響以及下旋翼對上旋翼的流態的影響，實驗和理論研究表明，在懸停和小速度前飛狀態下，旋翼的相互影響使得下旋翼的下洗速度比單旋翼的要大得多，而上旋翼的下洗速度與單旋翼幾乎相同，略大一些。上旋翼的滑流流管在下旋翼處收縮至Rs(Rs<R)，即下槳盤只在半徑Rs以內的區域受到上旋翼下洗流的影響，而上槳盤完全處於受下槳盤作用的滑流里。在垂直爬升時，由於上下旋翼的氣動干擾，每組旋翼的軸向速度包括直升機的爬升速度、自身誘導速度和來自另一旋翼的誘導干擾速度。
