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航空知識(shí):直升機(jī)原理(3)直升機(jī)的反扭矩

  直升機(jī)飛行主要靠旅翼產(chǎn)生的拉力。當(dāng)旋翼由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)旋 轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),旋翼給空氣以作用力矩(或稱扭矩),空氣 必然在同一時(shí)間以大小相等、方向相反的反作用 力矩作用于旋翼(或稱反扭矩),從而再通過(guò)旋 翼將這一反作用力矩傳遞到直升機(jī) 機(jī)體上。如果不采取措施予以平衡,那么這個(gè)反作用力矩就會(huì) 使直升機(jī)逆旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)。如右圖所示。

旋翼的布局形式

  旋翼之所以會(huì)出不同的布局型式,主要是因平衡旋翼軸帶動(dòng)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)工作時(shí),空氣作用其上的反作用力矩所采取的方式不同而形成的。

   為了平衡這個(gè)來(lái)自空氣的反作用力矩,有兩種常見(jiàn)的辦法,組合 形成了現(xiàn)代多種旋翼布局型式,見(jiàn)下圖。

  1.單旋翼帶尾槳布局。空氣對(duì)旋翼形成的反作用力矩,由尾槳產(chǎn)生的拉力(或推力) 相對(duì)于直升機(jī)機(jī)體重心形成的偏轉(zhuǎn)力矩予以平衡如上圖的a。這種方式目前應(yīng)用較廣 泛,雖然層槳工作需要消耗一部分功率,但構(gòu)造上比較簡(jiǎn)單。

  2.雙旋翼式布局。由于在直升機(jī)上裝有兩副旋翼,可以是共軸式雙旋翼,也可以是縱 列式雙旋翼或者橫列式雙旋冀(含交叉雙旋翼),通過(guò)傳動(dòng)裝置使兩副旋翼彼此向相反方向 轉(zhuǎn)動(dòng),那么,空氣對(duì)其中一副旋冀的反作用力矩,正好為另一副旋翼的反作用力矩所平衡, 見(jiàn)圖2.1—20中的b、 c、 d、 e。 

直升機(jī)尾槳

(作用)尾槳像一個(gè)旋轉(zhuǎn)平面垂直于旋翼轉(zhuǎn)速平面的小螺旋槳,工作時(shí)產(chǎn)生拉力(或推力)。 尾槳的作用可以概括為以下三點(diǎn):

  1.尾槳產(chǎn)生的拉力(或推力)通過(guò)力臂形成偏轉(zhuǎn)力矩,用以平衡旋翼的反作用力矩 (即反扭轉(zhuǎn));

  2.相當(dāng)于一個(gè)直升機(jī)的垂直安定面,改善直升機(jī)的方向穩(wěn)定性。而且,可以通過(guò)加大 或減小尾槳的拉力(推力)來(lái)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的航向操縱;

  3.某些直升機(jī)的尾軸向上斜置一個(gè)角度,可以提供部分升力,也可以調(diào)整直升機(jī)重心 范圍。 尾槳和旋翼的動(dòng)力均來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī);發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng),按需要再傳給旋翼和尾槳。

  尾槳的旋轉(zhuǎn)速度較高。直升機(jī)航向操縱和平衡反作用力矩,只需增加或減小尾槳拉力 (推力),對(duì)尾槳總距操縱是通過(guò)腳蹬操縱系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

(類型)尾槳通常包括常規(guī)尾槳、涵道尾槳和無(wú)尾槳系統(tǒng)等三種類型。

  1.常規(guī)尾槳 這種尾槳的構(gòu)造與旋冀類似,由槳葉和槳轂組成。常見(jiàn)的有蹺蹺板式、萬(wàn)向接頭式和鉸 接式。

  2.涵道層槳 這種尾槳由兩部分組成:一部分是置于尾斜梁中的涵道;另一部分是位于涵道中央的轉(zhuǎn) 子。其特點(diǎn)是涵道尾槳直徑小、葉片數(shù)目多。涵道尾槳的推力有兩個(gè)來(lái)源:一是涵道內(nèi)空氣對(duì) 葉片的反作用推力;二是涵道唇部氣流負(fù)壓產(chǎn)生的推力。涵道尾槳的構(gòu)造如下圖所示。

  3.無(wú)尾槳系統(tǒng) 無(wú)層槳系統(tǒng)主要是用一個(gè)空氣系統(tǒng)代替常規(guī)尾槳,該系統(tǒng)由進(jìn)氣口、噴氣口、壓力風(fēng) 扇、帶縫尾梁等幾部分組成,如下圖所示。

  壓力風(fēng)扇位于主減速器后面,由尾傳動(dòng)軸帶動(dòng),風(fēng)扇葉片的角度可調(diào),與油門總距桿聯(lián) 動(dòng)。尾梁后部有一可轉(zhuǎn)動(dòng)的排氣罩與腳蹬聯(lián)動(dòng)。工作時(shí)風(fēng)扇使空氣增壓并沿空心的尾梁向后流動(dòng)。飛行中,一部分壓縮空氣從尾梁側(cè)面的兩道細(xì)長(zhǎng)縫中排出,加入到旋翼下洗流中,造 成不對(duì)稱流動(dòng),使尾梁一例產(chǎn)生吸力,相當(dāng)于尾部產(chǎn)生了一個(gè)側(cè)向推力以平衡旋翼的反作用力矩(見(jiàn)上圖);另一部分壓縮空氣由尾部的噴口噴出,產(chǎn)生側(cè)向報(bào)力,以實(shí)現(xiàn)航向 操縱,噴氣口面積由排氣罩的轉(zhuǎn)動(dòng)控制,受駕駛員腳蹬操縱。

(總結(jié))以上各型尾槳都各有其特點(diǎn): 常規(guī)尾槳技術(shù)發(fā)展比較成熟,應(yīng)用廣泛,缺點(diǎn)是受旋男下 洗流影響,流場(chǎng)不穩(wěn)定,裸露在外的槳葉尖端易發(fā)生傷人或撞擊地面障礙物的事故;涵道層槳優(yōu)點(diǎn)是安全性好,轉(zhuǎn)于槳葉位于涵道內(nèi),旋翼下洗流干擾、 影響較輕,且不易發(fā)生傷人接物的事故,缺點(diǎn)是消耗功率比較大;無(wú)尾槳系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是安全可靠、振動(dòng)和噪聲水平低,前飛時(shí)可以充分利用垂直尾另的作用、減小功率消耗,缺點(diǎn)是懸停時(shí)需要很大功率,目前已進(jìn) 入實(shí)用階段。


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