基本介紹
概念釋義,參數特點,研究現狀,尾槳噪聲,旋轉噪聲,寬頻噪聲,脈衝噪聲,
概念釋義
直升機飛行時，旋翼旋轉的反作用扭矩會使直升機向與旋翼旋轉的相反方向轉動，尾槳產生的拉力可抵消這種轉動而實現航向穩定。改變尾槳拉力的大小，可以操縱航向。尾槳槳葉多為2～6片；槳盤直徑最小約1米，最大可達6米以上。有少數直升機的尾獎安裝在一個具有流線型的環形通道內，這種尾槳直徑小，槳葉數多，稱為涵道尾槳，與常用的尾槳相比，尺寸小，使用安全，但直升機在懸停和低速飛行時，其氣動效率較低。
參數特點
雖然尾槳與旋翼工作特點相似:都是由旋轉產生空氣動力，在直升機前匕時都處於周向氣流不對稱的斜流中工作;而且在外形上兩者也類似，但它們的具體結構參數卻有較大差別。首先，尾槳和旋翼的槳尖速度基本相同，大約都在180~240米/秒，但尾槳的直徑卻遠小於旋翼直徑，尾槳直徑大約是旋翼的1/6~1/5，因而尾槳的轉速遠遠大於旋翼的轉速，單位質量產生的離心力也就要大得多，這樣尾槳的錐度角要小於旋翼。錐度角小，使一階諧波的哥氏力較小，所以由哥氏力引起的尾槳旋轉面內的受力問題不像旋翼那么嚴重;其次，尾槳槳葉的弦展比遠大於旋翼，外形上是短而寬的，所以尾槳在旋轉面內的承彎能力相對地就比旋翼強。基於以上兩個特點，為了簡化槳毅構造，尾槳一般都不設擺振鉸;最後，直升機航向操縱和平衡反扭矩只需增減尾槳推力或拉力，因此尾槳只有總距操縱而沒有周期變距操縱。
典型構造型式
20世紀60年代以後多採用金屬或複合材料的槳葉。實際套用的尾槳型式有“蹺蹺板”式、鉸接式、萬向接頭式、無軸承式和涵道風扇式。輕型直升機上常用的雙葉尾槳多為蹺蹺板式。雙葉以上的尾槳以鉸接式較多，結構與鉸接式旋翼類似，不過一般不帶垂直鉸。個別直升機採用萬向接頭式尾槳。80年代有些直升機採用全複合材料無軸承式尾槳，結構與無軸承式旋翼類似。此外，少數直升機使用涵道風扇式尾槳，槳葉短而片數多，整個尾槳安裝在流線型的環形通道內。這種型式的尾槳尺寸小，使用安全，但懸停及低速飛行時氣動效率較低。少數單旋翼直升機不用尾槳，而用尾部側向噴氣或其他方法實現航向穩定和操縱功能。
重型直升機尾槳特點
對於常規的單旋翼帶尾槳的重型直升機，因為發動機驅使旋翼的輸出功率較大，從而導致產生的反扭矩非常大，所以重型直升機的尾槳需要產生相對較大的拉力或推力。統計典型的單旋翼帶尾槳的重型直升機如圖所示，由圖可知重型直升機的尾槳具有如下特點:尾槳直徑較大，可以達到旋翼直徑的1/4;槳葉片數也相對較多，一般不少於4片。因此，重型直升機的尾槳一般採用多葉鉸接式，不可能採用“蹺蹺板式”、涵道尾槳、無軸承式或其它構型。
典型單旋翼帶尾槳重型直升機及其部分參數
典型單旋翼帶尾槳重型直升機及其部分參數研究現狀
與旋翼相比，尾槳一直以來都沒有獲得其應有的重視。由於尾槳和旋翼的諸多相似性，現階段在進行尾槳設計時，大多情況下把尾槳看作是一個小“旋翼”，因而大部分的設計工作都是以參考旋翼為主，尤其是尾槳的動力學設計，從而導致針對尾槳的系統研究和工作遠沒有旋翼那么多，這一點可以從其相關研究文獻資料比較少這一狀況得出。如前所述，雖然尾槳工作原理與環境，甚至外形上與旋翼類似，但它決不等同於旋翼，在結構參數上是有其特點的。而且不僅在結構上，尾槳在其動力學設計方面，如氣動環境和振動特性等是有其獨特之處的。例如，尾槳的氣流環境在某些時示狀態會受到旋翼下洗流和發動機廢氣的較大影響，這就給尾槳氣動力的計算帶來了極大困難;另外，由於尾梁支持剛度的各向異性，當尾槳由於不平衡或不同錐而出現不平衡的離心力時，這個不平衡的力會引起尾梁支持系統的振動，從而反過來構成對尾槳的基礎激振力，這會造成尾槳的動不穩定性。因此，應當針對尾槳做一定的系統研究，而不應當只是簡單地把其視作簡化和縮小了的旋翼。當然，直升機經過這幾十年的發展，尾槳設計方面也已形成了一些設計準則或規範「創，但大多還是實驗結果或經驗性的東西，還沒有形成一套完善的設計理論，部分還處在知其然而不知其所以然的狀態。其中針對尾槳動力學設計方面的系統研究尤其缺乏，現有的一些研究都只是針對具體的工程問題，以及諸如尾槳失效和尾槳降噪等熱點問題。國外理論研究狀況雖然也大體如此，但他們已經成功研製了一些如前面所述型號的重型直升機，在實際工作中已積累了相當豐富的經驗，可以在一定程度上彌補理論研究的不足，而國內的情況則是理論和經驗都有所缺欠。
尾槳噪聲
直升機的噪聲源主要包括:旋翼噪聲、尾槳噪聲、發動機噪聲、齒輪箱及傳動機構噪聲、機體氣動噪聲等。旋翼尾槳噪聲可分為旋轉噪聲、寬頻噪聲和脈衝噪聲。
旋轉噪聲
旋轉噪聲是由作用在槳葉上的載荷以及槳葉厚度所引起的(一般把厚度噪聲也歸於旋轉噪聲之中)。當槳葉旋轉時，給空氣以作用力，力場隨槳葉一起旋轉。因此，當槳葉通過時，槳盤平面上任何固定點的空氣都將受到一個周期變化力的作用，從而形成對周圍空間的周期性壓力擾動，產生噪聲。槳葉厚度所引起的噪聲，槳葉在旋轉過程中首先將槳盤上的空氣被擠向兩側，無法填回來，由此產生了空氣體積的脈動，形成厚度噪聲。旋轉噪聲是一種純粹的周期性聲壓擾動，其頻譜是由槳葉通過頻率及各階諧波頻率上的離散線所組成，它是旋翼/}槳噪聲低頻部分的主要來源。
寬頻噪聲
寬頻噪聲比旋轉噪聲頻率高，主要是作用在槳葉上的力隨機脈動所引起的.飛行中槳葉的來流是擾動的氣流，這種擾動主要來自先行槳葉的尾流和大氣紊流.擾動的來流在槳葉上引起升力和阻力隨機波動，從而產生寬頻噪聲，隨著來流紊流度的增加，載荷的波動加大，因而噪聲更大.當隨機渦從槳葉翼型的後緣脫落時，會形成頻帶較寬的後緣噪聲。此外，翼型表面上的紊流附面層，以及紊流尾跡與後緣的干擾，會在翼型表面引起局部的壓力起伏，也產生寬頻噪聲。寬頻噪聲的頻率取決於槳葉與氣流的相對速度，而旋轉槳葉的周向速度是沿著槳葉展向連續變化的。因此，旋翼/}槳旋轉所產生的寬頻噪聲呈明顯的連續譜。
脈衝噪聲
脈衝噪聲是指出現在某些飛行條件下，由旋翼尾槳所產生的一種尖銳的、節拍與槳葉通過頻率相同的拍擊聲或爆裂聲，這種噪聲是直升機特有的，它是一種周期的、脈衝的聲壓擾動。嚴重的脈衝噪聲通常發生在下述兩種不同的飛行條件下:一種是低功率下降飛行中由於槳渦干擾引起的脈衝噪聲（lade-Vortex Interaction Noise，簡稱BVI噪聲)；另一種是大速度飛行時前行槳葉葉尖區域進入跨音速，由於壓縮性和厚度影響而引起的脈衝噪聲。其中，BVI噪聲是一種非常強的脈衝噪聲，一旦出現就成為直升機的主要噪聲。
槳渦干擾噪聲是幅值很高的脈衝噪聲，相對於孤立旋翼槳下的載荷噪聲和厚度噪聲，這種干擾噪聲要突出得多。當BVI出現時，將引起槳葉剖面迎角大的改變，從而導致槳葉載荷的脈動。由於噪聲對載荷隨時間變化很敏感，因而BVI發生時會導致噪聲水平明顯的提高。因此，槳渦干擾噪聲是旋翼尾槳噪聲的重要組成部分。
