雙槳共軸直升機

美國宣布研製共軸式高速直升機X2後，在新聞界產生很大反響，引起世界航空專家的關注是，共軸式直升機一直是俄國人獨占領域，是卡氏直升機家族的拿手絕活，美國等西方國家多年來無人涉足。這一次，一向以生產單旋翼直升機而著稱的美國西科斯基公司，突然宣布發展共軸式直升機。在共軸式直升機領域同俄國人較起勁來，估計對俄國人的心理衝擊不小。

基本介紹

• 中文名：雙槳共軸直升機
• 外文名：Two coaxial helicopter
• 性質：直升機
• 國籍：美國
• 特點：雙槳共軸

發展歷程

卡52雙槳共軸直升機

實際上美國在共軸雙旋翼直升機的起步並不晚，美國西科斯公司的創始人西科斯基早在1909年就開始建造他的第一架共軸雙旋轉翼直升機，與其它直升機先驅們一樣，他所面臨的引擎馬力不足及有效控制直升機等問題一直無法獲得解決，因此他在1910年放棄直升機轉而往固定翼飛機的建造方面發展。1938年，已經在美國聯合直升機公司工作多年的西科斯基組建專門的公司研製直升機，單旋轉翼直升機就是在此時期，因為西科斯基的成功變成美國軍方直升機型式的主流。但是西科斯公司本身卻一直沒有放棄

對共軸直升機技術的研究。上世紀70年代，同樣採用同軸共槳的 S-69（軍用代號 XH-59A）就參加了 LHX（實驗輕型直升機計畫）競爭。在2005年，西科斯基公司展示過它的共軸式“X2技術起重直升機”(X2 Technology Crane)。X2高速直升機是在相同技術概念下發展的攻擊型直升機。

就在美國軍方因單旋翼直升機的成功而逐步放棄共軸直升機的發展時，前蘇聯卻在該領域獲得了相當大的成功。1949年，由卡莫夫直升機公司製造為前蘇聯海軍研製的卡-10輕型直升機問世，它奠定了前蘇聯共軸直升機的基礎。根據軍方的需要，卡莫夫在卡-10的基礎上增大了機體，結構設計也更加複雜，得到了新型的卡-15（1953年）、卡-15M（1956年），作戰型的卡-25（1961年）、卡-27（1973年）和卡-28；運輸/戰鬥型卡-29（1976年）。從卡-15的研製成功，標誌著前蘇聯實用型岸基直升機時代的開始，卡-15與其發展型在海軍和國內服役長達20年之久。而令人感到有趣的是，難道只有俄國血統的人對雙槳共軸直升機的研發具有天份？因為西科斯基公司的主要創始人之一西科斯基是俄裔美國人。

特點

直升機雙槳共軸式布局的優點

直升機雙槳共軸式布局的優點很多：

方便的維護無尾槳結構。由於上下旋翼反向旋轉，形成了直升機水平方向的力矩平衡，所以雙槳共軸直升機不需要尾槳來平衡直升機水平方向上的力矩。前蘇軍在阿富汗的作戰經驗表明，作戰中損失的蘇軍直升機有30%與尾槳有關。主要是：尾槳的彈傷或異物損傷；承載的尾梁損傷；長距離的尾槳傳動軸系損傷等。共軸式直升機因取消了尾槳，所以不僅和與尾槳有關的損傷無緣，而且也可節省尾槳所耗用的額外功率。這帶來了更方便的維護和更強的生存能力，比如俄國的卡-50機身後半部分的結構主要是出於氣動布局的需要，即便該部分被擊毀，直升機依然可以進行正常的飛行。

氣動特性對稱，機動性好。在使用相同發動機的情況下，兩副共軸式旋翼的升力比單旋翼/尾槳布局的旋翼升力大12%。共軸式旋翼氣動力對稱性顯然優於單旋翼式，不存在各軸之間互相交連的影響，機動飛行時易於操縱。改變航向時，共軸式直升機很容易保持直升機的飛行高度，這在超低空飛行和飛越障礙物時尤其可貴，對飛行安全有重要意義。

外廓尺寸緊湊。在提供同樣升力的情況下，共軸直升機的外廓尺寸自然要比單翼直升機要小，因此雷達識別特徵和目視識別特徵就小，便於隱蔽；外廓尺寸小，受彈面就小，戰鬥損傷機率也小。由於共軸雙槳沒有尾槳，短短的尾撐用於支持垂直安定面，後者在前飛中提供像固定翼飛機一樣的氣動控制，減小周期距控制的負擔。由於共軸雙槳的機身短，受側風影響較小。共軸雙槳的振動也由於兩副反轉的旋翼而較好地對消了，平穩性和懸停性好。共軸雙槳在同等升力下，旋翼直徑可以較小，直升機總尺寸較緊湊，"占地面積"較小，特別適合海軍上艦的需要。所以卡莫夫直升機公司研製的“卡”系列共軸直升機幾乎獨占了俄國海軍市場。

現在國際無人直升機發展方向趨於認同共軸式直升機，它在相同級別的發動機下，有效載荷較單槳直升機更大，更安全，體積相對較小，也便於更小的場地起降，適合更小的地面車輛進行運載。瀋陽通飛航空科技設計的直升機就採用同軸雙層主旋翼反向轉動的工作方式，在為直升機提供升力的同時，克服了單旋翼直升機的反扭力，使飛行姿態更穩定；因反扭力對等，可避免傳統直升機發動機15%的尾槳功率損耗；採用同時變換主旋翼的硬槳，避免了直升機急轉彎時的打槳意外；複合了推進式尾旋翼或雙層尾旋翼用來提升直升機的飛行速度或戰損時的安全係數，可比傳統單旋翼直升機的安全性增加400%；甚至可在低空發動機熄火的情況下，亦可不依靠飛行經驗就能使共軸直升機的平穩著陸，提高了發動機熄火後迫降的生存機率。

直升機雙槳共軸式布局的缺點

但是雙槳共軸直升機的缺點也是致命的。

共軸雙槳用套筒軸驅動上下兩副反轉的旋翼，同樣有串列雙槳的上下旋翼之間的間距問題，間距小了，上下旋翼有可能打架；間距大了，不光阻力高，對驅動軸的剛度要求也高，而大功率的套筒軸本來在機械上就難度很大。套筒軸不光要傳遞功率，還要傳遞上面旋翼的總距、周期距控制，在機械設計上有相當的難度。共軸式雙旋翼直升機兩副旋翼一上一下，平常飛行時不會相碰。但是在某些特殊的情況下，如在飛行中遇到突然變風，機動超過極限值，槳葉變形或損壞時，作用在槳葉上的氣動力、離心力和重力就會失去原來的平衡，從而偏離正常的運行軌跡而發生碰撞。由於非對稱升力的緣故，反向旋轉的上下旋翼的旋轉平面有在一側“碰撞”的傾向，這進一步增加了對上下旋翼之間間距的要求，並且帶來如果向有“碰撞”傾向一側轉彎時，必須比向另一側轉彎要輕柔。比如卡-50在向左做上升轉彎時，必須十分謹慎，否則就會發生上下旋翼打架這樣嚴重的事故，從而引起機毀人亡。這也是為什麼看起來技術更加先進的，軍方也十分有好感的卡-50，卻競爭不過米-28N的主要原因之一。

雙槳共軸直升機這一固有缺欠是因為現役直升機目前採用的是“柔性槳葉”。直升機為了補償左右的升力不均勻，和減少槳葉的疲勞，槳葉在翼根要採用一個容許槳葉載迴轉過程中上下揮舞的鉸鏈，這個鉸鏈稱為揮舞鉸（flapping hinge，也稱垂直鉸）。槳葉在前行時，升力增加，槳葉自然向上揮舞。槳葉在後行時，槳葉的升力不足，自然下垂。由於離心力使槳葉有自然拉直的趨勢，槳葉不會在升力作用下無限升高或降低，在傳統直升機機械設計上也採取措施，保證槳葉的揮舞不至於和機體發生碰撞。就這樣直升機在飛行時，槳葉在環形過程中，不斷升高、降低，翼尖離圓心的距離不斷改變，就像花樣滑冰運動員經常把雙臂張開、收攏，以控制旋轉速度。要是一個手臂張開，一個手臂收攏，就會失去平衡東倒西歪了，不可能在原地旋轉。而為了補償槳葉上下揮舞所造成的科里奧利效應，所以槳葉在水平方向也要前後搖擺。槳葉在旋轉中容許上下揮動和前後擺動，這種槳葉稱為柔性槳葉（articulated rotor）。除了用機械鉸鏈容許槳葉在環形過程中相對於其他槳葉有一定的揮舞外，材質也必須具有彈性，這就是為什麼直升機停在地面時，槳葉總是“耷拉”著的原因。這樣旋翼一旦旋轉起來，由於槳葉有一定彈性，所以會呈一定範圍的上下揮舞。這樣，如果上下旋翼間隔太小的話，上下兩個擁有自由度的槳葉很容易發生碰撞。