旋翼機

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更新時間: 2013-09-04

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自轉旋翼機(英文:Autogyro或Gyroplane)常被簡稱為旋翼機或自旋翼機,是旋翼航空器的一種,介於飛機和直升機之間。旋翼機大多以尾槳提供動力前進,用尾舵控制方向。它的旋翼沒有動力裝置驅動,僅依靠前進時的相對氣流吹動旋翼自轉以產生升力。旋翼機不能垂直上升和懸停,必須像飛機一樣滑跑加速才能起飛。旋翼機的結構相對簡單,安全性亦較好,一般用於旅遊或體育活動。

旋翼機 -簡介
旋翼機旋翼機

旋翼機是一種利用前飛時的相對氣流吹動旋翼自轉以產生升力的旋翼航空器。 

旋翼機和直升機在外形上很相似,它們頭頂都有一副大直徑的旋翼。二者最大的區別在於產生升力的方式不同。直升機的旋翼與發動機傳動系統相連,既能產生升力,又能提供飛行的動力。旋翼機的旋翼不與發動機傳動系統相連,在旋翼機飛行的過程中,由前方氣流吹動旋翼旋轉產生升力,因此須具有前進的速度,才能使旋翼自轉以產生升力,而前進的動力是由發動機提供的。在飛行中,旋翼機同直升機最明顯的分別為直升機的旋翼面向前傾斜,而旋翼機的旋翼則是向後傾斜的。 

旋翼機的起飛方式有滑跑起飛和垂直起飛兩種。其中,大部分旋翼機需要滑跑加速才能起飛。旋翼機著陸時,只需關掉發動機,靠旋翼自轉下滑便可接近地面,最後通過飛行員的操縱安全地滑翔降落。

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旋翼機 -飛行原理

旋翼機通常由發動機驅動的獨立水平螺旋槳產生推進力升空和前進。正常飛行時旋翼機的旋翼被前進時的相對氣流吹動而自旋,從而產生將機身維持在空中的升力。由於原理上就像是一個橫放的風車,所以最初發明時也被稱為風車飛機。這種航空器飛行時通常阻力比較大,速度較慢。但飛行安全好,尺寸小。不會出現失速現象,出現空中發動機「停車」故障后可以自旋滑翔降落。這是旋翼航空器(包括直升機在內)獨有的安全特性。

由於旋翼在飛行時無動力驅動,旋翼機無法像直升機一樣垂直上升和懸停,而必須像固定翼飛機一樣不斷向前飛才能產生升力。雖然現在部分型號的旋翼機可以用離合器在起飛時供應動力給主旋翼(預旋)使其短暫變成直升機,但還是需要一小段起飛跑道,起飛之後依然靠空氣作用力驅動。

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旋翼機 -製造歷史
「先驅 01」新概念旋翼機「先驅 01」新概念旋翼機

1923年,西班牙工程師謝巴研製出第一架成功的旋翼機──「風車飛機」。

1928年,謝巴親自駕駛旋翼機成功橫越英吉利海峽。此後,英美一些公司開始製造旋翼機,用於搜索和測量。隨著直升機的出現和普及,旋翼機逐漸被其所取代。

2012年11月,中航工業直升機公司在第九屆中國航展上首次公開展出了「先驅01」新概念高速直升機模型。「先驅 01」新概念高速直升機採用共軸式剛性旋翼加尾推力槳布局,前三點式起落架,單台發動機布置。具備直升機的懸停、低速、機動以及固定翼飛機的大速度前飛能力。

旋翼機 -結構
旋翼機旋翼機結構

自旋翼機的設計各種各樣,但是大多數設計的基本構成要素是相同的。一架具備基本功能的自旋翼機通常包括:機身,動力裝置,旋翼系統,尾翼和起落架五個部分。另外,還有一些部分是可選的,如機翼。

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機身提供其他部件的安裝結構。基本的要求是具有很高的比強度(strength-to-weight ratios)。機身的常見材料是鋁合金管材和複合材料。

動力裝置提供自旋翼機向前飛行的推力,在飛行時和旋翼系統獨立無關。

旋翼系統提供自旋翼機飛行所必須的升力和控制能力。常見的是帶槳轂傾斜控制的蹺蹺板式旋翼,也可以採用全鉸式旋翼。

尾翼提供穩定性和俯仰,偏航控制,和固定翼飛機的尾翼類似。

起落架提供在地面上的移動能力,類似於固定翼飛機的起落架。常見為前三點式(tricycle)的或者是后三點式(conventional)。

機翼不是自旋翼機必須的組成部分,但是增加機翼可以提供額外的穩定性和升力,提高巡航速度。例如美國新研製的「卡特旋翼機」(CarterCopter)」由於增加了附加的固定機翼,從而在性能上有較大的改進,可以達到較高的巡航速度和短距起降的能力。

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旋翼機 -優勢
安全
旋翼機旋翼機

由於旋翼機的旋翼旋轉的動力是由飛機前進而獲得。萬一發動機在空中停車螺旋槳不轉了,此時旋翼機據慣性繼續維持前飛,並逐漸減低速度和高度,就在這高度下降的同時,也就 有了自下而上的相對氣流,旋翼就能可自轉提供升力。這樣,旋冀機便可憑飛行員的操縱安全地滑翔降路。即使在行員不能操縱,旋翼機失去控制的特殊情況下,也會像降落傘-樣的降落,雖然也是粗暴著陸,但不會出現類似秤陀落地的情況。

環保

由於旋翼機的旋翼是沒有動力的,因此它沒有由於動力驅動旋翼系統帶來的較大的振動和噪音,也就不會因這種振動和噪音而使旋翼、機體等的使用落命縮短或增加乘員的疲勞。

易降落

另外,旋翼機還有個很可貴的特點,就是它的著陸滑跑距離大大地短於起飛沿跑距離,甚至操縱得好可以不滑跑就地著陸,只要一塊比旋翼直徑大一些的地方就可降落,即使不怎麼平也不要緊,甚至可在旅遊船頂篷或甲板上降落。

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穩定性高
,「先驅 01」新概念旋翼機

美國的旋翼機飛行訓練手冊說:「旋翼機的穩定性在所有航空器中最高」。它可自動調節,使機身具有良好的俯仰穩定性、滾轉穩定性和速度穩定性。旋轉起來的旋轉槳盤恰似個大慣性輪,且旋翼沒有周期變距等變化。又由於旋翼視的旋翼安裝角比直升機的要大些,所以具有較好的陀螺效應,穩定性較高。

旋翼機的抗風能力較高,而且在起飛時,它還喜歡有風。對常規的旋翼機來說,風有利於旋翼的起動和加速旋轉,可以縮短趙-它滑跑的躍離,當達到足夠大的風速時,一般的旋翼機也可以垂直起飛。一般來說,旋翼機的抗風能力強於同量級的固定翼飛機,而大體與直升機的抗風能力相當,甚至「在湍流和大風中的飛行能力超出直升機的使用極限」。

性價比高

旋翼機的性能價格比是很高的,它有許多寶貴性能,價格卻比較便宜,約為同量級直升機的五分之一到十分之一,相當子-輛中等偏上的小汽車的價錢。前面所提到的那種由小火筋驅動旋翼而垂直起飛,由汽油發動機和螺旋槳使其前-迄的「直升旋翼機」,其每磅有效載荷的價格也只有普通直升機中最便宜的三分之一。

由於旋翼機沒有尾梁、沒有尾傳動系統及減速器自動傾斜器,絕大部分旋翼機也沒有主旋翼傳動系統、主減速器等,結構簡單,所以不僅價格低,而且故障率也低。此外使用維護簡單方便。所需費用也低。

旋翼機 -類型
旋翼機旋翼機

旋冀機可分為兩類,一類是需要滑跑起飛的,這種比較簡單,大量的是這一類。另一類是可垂直起飛的,其起飛方法有三種:一種是帶動力驅動它的旋翼;第二種是用預轉旋翼並使其達到正常飛行轉速的一定倍數,然後突然脫開離合器,同時使旋翼獎葉變距而得到較大的升力跳躍起飛;第三種則是由旋翼翼尖小火箭驅動旋翼旋轉而提供升力來實現垂直起非這種垂直起飛的過程,一般都是由自動程序控制來完成的。

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