直升機航母系統替代方案

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直升機航母系統替代方案
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縱觀直升機的歷史,經常提出各種載體系統設計,但只有其中一種成為經典,並隨後得到了重大發展。為螺旋槳驅動、葉片設計、功能等提供不同選項的其他解決方案無法與之競爭。通常,一個大膽項目的這種結果是由於客觀的缺點和問題。

技術經典

經典的直升機方案提供了幾個相當簡單的解決方案。在機器的機身中放置了一個帶有齒輪箱的動力裝置,該齒輪箱向主旋翼和尾旋翼提供扭矩。大直徑的主旋翼基於斜盤,它提供升力和/或機動的變化,並且還有幾個高縱橫比的葉片。

這種設計相對簡單,開發良好,易於重建和擴展以滿足現有要求。此外,它沒有一些缺點,例如需要密封管道中的接頭或存在葉片重疊的風險。

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但是,也有缺點。經典方案的直升機在與轉子葉片周圍流動的細節相關的水平飛行速度上有限制。在某些模式下,可能會出現其他負面現象,例如渦環。對於單個主旋翼,您必須設計一個長而堅固的尾梁來容納尾旋翼。

經典方案的發展導致了多旋翼直升機的出現,其縱向、橫向或其他方式放置了多個軸承系統。同軸方案已變得普遍,其中兩個傳統外觀的螺釘組裝在單個襯套上。此外,經典的支撐系統及其許多單元成為幾種替代設計的基礎。

噴氣螺旋槳

單旋翼直升機面臨著反扭矩的問題,已經提出了各種解決方案來解決這個問題。早在 30 年代,帶有噴氣驅動的轉子的想法幾乎同時出現在多個國家/地區。這種螺旋槳未連接到機身內部的發動機,因此不會迫使其沿相反方向旋轉。

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噴氣轉子的特點是葉片尖端有自己的發動機。螺旋槳可由緊湊型渦輪螺旋槳發動機或沖壓噴氣發動機驅動。還已知將壓縮氣體從機身中的燃氣渦輪發動機供應到噴嘴或葉片中的燃燒室的設計。

噴氣旋翼的想法在五六十年代受到了很多關注;在不同的國家製定了一些試點項目。它們作為 Dornier Do 32 或 B-7 ML 型輕型車輛提供。邁爾和休斯 XH-17 重型運輸直升機。然而,這些樣品都沒有超越小規模生產。

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噴氣螺旋槳的主要問題是輪轂的複雜性。通過它,壓縮氣體和/或燃料必須供應到活動葉片,這需要傳輸和密封裝置。在葉片本身上,必須放置一種或另一種發動機,這對其設計提出了新的要求。事實證明,使用這些功能構建穩健的設計太困難了,而且預期的收益無法證明這一努力是值得的。

交叉刀片

三十年代,提出了所謂的方案。同步直升機。這個概念建議使用兩個雙葉轉子,其輪轂與車軸外傾角保持最小距離。螺旋槳必須相互旋轉,齒輪箱的特殊設計排除了葉片的重疊。

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同步直升機載體系統能夠產生所需的升力並以與經典方案相同的模式提供飛行。它的優點是能夠增加整體推力和提升能力,推力矢量的擴大增加了懸停等模式下的穩定性。在這種情況下,兩個螺旋槳的反作用力矩相互補償,無需轉向系統。

然而,同步直升機並沒有被廣泛使用。在 30 年代,這種設備由德國 Flettner 公司生產,自 1945 年以來,其他國家就開始討論這個話題。美國公司 Kaman Aerosystems 的直升機最為人所知。直到某個時候,同步直升機的需求量很大,但隨後方向就消失了--現在該系列中只有一個樣本。一直以來,此類的串行機器不超過 400-500 台。

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同步直升機的主要缺點是變速箱的複雜性,它將扭矩傳遞給兩個間隔很近的螺旋槳。事實證明,具有相同特性的單轉子驅動器要容易得多。此外,一對雙葉螺旋槳的推力潛力有限。因此,現代“重型”同步直升機 Kaman K-Max 的起重不超過 2700 公斤,在這方面比許多經典方案的直升機都遜色。

旋轉和停止

結合旋轉螺旋槳和固定翼的想法是眾所周知的。在這種情況下,主旋翼的旋轉用於起飛和加速。在一定的速度下,螺旋槳必須停止,它的葉片必須變成固定的機翼。這允許開發高飛行速度,但需要開發和實施新的解決方案。

以西科斯基 X-Wing 項目為例,該項目自 70 年代中期開始開發以補充 S-72 直升機。後者是一架帶有主旋翼和尾旋翼的直升機,配備了一個小型後掠翼的發達機翼。在機身側面有一對燃氣渦輪發動機,為軸提供動力(用於螺旋槳)並產生噴氣推力(用於高速飛行)。

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X-Wing 航母系統配備了一個盤式整流罩轂,該盤式整流罩配備了一個僅具有共同螺距的斜盤。我們使用了具有垂直對稱輪廓的矩形刀片。在葉片的前緣和後緣,有用於將壓縮空氣從壓縮機釋放到外部的開口。由於康達效應,空氣應該“拉長”葉片的輪廓,幫助它產生升力。根據供應空氣的方式,葉片在旋轉和靜止位置時可以同樣有效地工作。

X-Wing 系統在風洞中成功測試,甚至安裝在經驗豐富的 S-72 上。然而,在計劃的飛行前不久,1988 年,NASA 和 DARPA 下令停止工作。有了所有預期的好處,不尋常的載體系統太複雜了。此外,該項目歷時10餘年,造價超過了允許的限度。出於這個原因,X-Wing 概念沒有進一步發展。

飛行中的鏡頭

目前,法國公司 Conseil & Technique 正在研究具有不尋常載體系統的輕型空中出租車直升機的概念。螺旋槳的擬議設計在起飛和著陸模式下產生的升力方面輸給了傳統的設計,但不同之處在於更加簡單和在水平飛行中產生更大推力的能力。還說明了降低噪音的能力。

直升機航母系統替代方案
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原來的螺旋槳是建立在一個透鏡盤的基礎上的,它佔據了 70% 的掃掠面積。建議沿機翼邊緣安裝機翼的短葉片。沒有報告放置斜盤的可能性;可以通過改變速度來進行牽引力控制。

測試表明,在水平飛行過程中,圓盤部分會產生顯著的升力,因此整個結構在特性上繞過了傳統設計的螺旋槳。此外,可以將攻角提高到 25°,而不會阻止流動。根據計算,正在開發的飛機將能夠達到高達 200 公里/小時的速度。

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Conseil & Technique 公司的項目仍處於研究和設計開發階段。或許,在不久的將來,它會在模型上進行測試,之後可能會出現一款成熟的實驗性多旋翼直升機。目前尚不清楚這種替代設計是否能夠解決所有任務並在航空業中找到一席之地。

尋找替代品

直升機數十年的存在和積極運行已經展示了載體系統經典設計的所有優點。嘗試創建與其相似性最小的替代方案尚未取得特別成功。然而,科學家和工程師並沒有停止工作,繼續尋找有前途的想法。

目前正在創建另一個此類項目,其結果將在不久的將來變得清晰。同時,很明顯,沒有一個新的軸承系統能夠對總體狀況產生顯著影響,經典方案及其發展的各種變體將在航空技術中保持一席之地。然而,新的發展--在足夠完善的前提下--可以找到它們的利基,在那裡它們的優勢將是最合適和最有利可圖的。

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