挥舞铰和摆振铰是直升机旋翼系统中的重要部件。当风迎面吹来时,迎风面的桨叶会上升;当桨叶上升后,挥舞铰夹角会使迎角减小,导致叶片升力降低,桨叶开始下降。反之,桨叶下降时迎角增加,升力上升,桨叶又开始上升。这个动态平衡过程很有必要,因为直升机旋转中,桨叶受力很不均匀——比如当桨叶与突风成90度时速度是V+W,成270度时是V-W(V是圆周速度,W是突风速度)。这种受力不均会导致飞行不稳定,所以必须安装挥舞铰来平衡各桨叶的受力。
直升机螺旋桨的工作原理是什么?螺旋桨产生的升力如何计算?
直升机螺旋桨产生的升力,其原理本质上是空气浮力。具体计算方法是:单位时间内螺旋桨向下排出的空气流量,换算成空气体积,再根据空气密度计算空气质量,这个质量对应的重力就是升力。比如直径1米的螺旋桨,升力大小与桨叶面积、转速都有关,但转速不是越高越好,过高的转速可能导致真空效应,反而使升力下降,实际设计需要参考专业的空气动力学知识。
直升机要保持飞行稳定,主要依靠几个巧妙的设计。第一个关键部件就是尾部旋翼。想象一下,如果主旋翼顺时针旋转,没有平衡措施的话,整个机身就会朝相反方向旋转。这时候,在尾部加装一个垂直的尾旋翼,让它转动时向机身右侧吹风,这个作用力就能让机身顺时针旋转。通过调节尾旋翼的转速和桨叶迎角,就能精确地抵消主旋翼产生的旋转力矩,让机身保持稳定不打转。
关于船用螺旋桨的大小确定,这通常需要根据船的实际吃水量来定制。螺旋桨不能太大也不能太小:太大对动力系统要求太高,太小又浪费效率。我小时候家里做过土法制船,记得桨叶角度一般设计成36度到39度的斜向放置。制作材料常用合成钢,硬度较强,即使碰到礁石也不易损坏,万一损坏了还能用‘绣补法’修复。