运输机构机械动图,运输机构造

1. 直升机是怎么解决扭矩这个问题的？
2. AG600已经完成了陆上首飞，为什么水上首飞还能吸引国人的关注？

直升机是怎么解决扭矩这个问题的？

一般的直升机靠尾巴上的螺旋桨来平衡扭矩。

如果直升机只有头顶上一个螺旋桨的话，那么螺旋桨转动，机身也会缓慢沿螺旋桨的反方向旋转。那么，这时候，直升机尾巴上的螺旋桨就起到作用了，它就是来平衡扭矩，防止直升机机身转动的。我们在电影里看到很多直升机尾巴被削掉后会转着圈的坠落，就是这个道理。

当然，还有一种直升机，那就是共轴双旋翼直升机，它有两个旋翼，反向旋转，可以自己抵消掉扭矩。

藤子不二雄二位老师问：“啥叫扭矩？啥叫角动量守恒？我们耳朵不太好看不见。”

当然，哆啦A梦来自未来，也许竹蜻蜓已经使用了逆天的超微型静音桨尖喷气动力系统。这个后面说。

在现实世界中，第二大困扰直升机设计师的技术难题恐怕就是如何平衡旋翼带来的扭矩了。（第一大问题是旋翼的复杂流场，这个以后说）。

什么是扭矩问题呢？绝大部分的直升机的结构差不多，就是机身装发动机，发动机通过轴把动力传递给头顶上呼啦啦转的大风扇（旋翼）。旋翼旋转产生升力，直升机就拔地而起了。

这时，飞机——旋翼是一个整体结构。根据角动量守恒定律，在一个系统在没有外界动量改变的情况下，动量保持不变。直升机的发动机高速旋转，带动旋翼转动。这是额外增加的动量，而驾驶员和乘客显然不能一边转圈圈一边谈笑风生。为了让平衡这种动量，必须带进来一股新的，与旋翼旋转增加的动量大小相等方向相反的动量。

从宏观上看，这需要一股对抗直升机扭转的力量，所以也叫反扭矩。

现代直升机之父伊戈尔西科尔斯基不是第一个让直升机飞起来的人，但是他设计制造试飞的VS-300直升机却用不同以往的方式实现了扭矩的平衡。

西科尔斯基在飞机后部安装了一根尾巴，在尾巴末端装了两个小螺旋桨，一个朝上吹，可以解决如何让直升机低头抬头的问题。另一个朝侧面吹，用来对抗机身的扭转趋势。通过改变这个螺旋桨的转速，直升机还能很方便的实现左右旋转的控制。

目前，从只能带一个人的超轻型直升机

到可以吊起一架大型客机的超重型直升机

图注：UH-60M作为单旋翼带尾桨常规布局直升机的代表，其尾桨旋转，起到了平衡主旋翼反扭矩的作用

扭矩是一个物理学术语，具体到直升机上，其扭矩效应具体而言是因为直升机飞行主要依靠旋翼产生的拉力，当旋翼由发动机通过减速器和传动轴带动旋转时，旋翼给空气以作用力矩(或称扭矩)，空气必然在以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼，这就是反扭矩，而且还会再通过旋翼将这一反作用力矩（反扭矩）传递到直升机机体上。如果不***取措施予以平衡，那么这个反作用力矩就会使直升机逆旋翼转动方向旋转。直观体现出来就是直升机开始旋转，摇头转向。这样直升机就没法飞了。

图注：横列双旋翼直升机代表，米里设计局的米-12

为了解决扭矩问题，或者术语称为平衡“反作用力矩（或反扭矩）”，主要是通过直升机的总体布局设计来解决，经过多年发展，公认两种比较好的解决方案为：

单旋翼带尾桨布局。该布局因为在直升机中应用最为广泛，最为常见，因此也常被称作“直升机常规布局”。在单旋翼带尾桨布局中，在直升机尾部伸出来一个尾梁，上面装一个可以旋转的尾桨，空气对主旋翼形成的反作用力矩，由尾桨旋转产生的拉力(或推力) 相对于直升机机体重心形成的偏转力矩予以平衡。这种方式虽然需要一个较长的传动轴从发动机那里将一部分功率传到尾桨推动尾桨转动，需要消耗一部分功率，但构造上比较简单。单旋翼的代表作很多，最典型的比如西科斯基UH-60M“黑鹰”通用运输直升机。必须指出的是，世界上现在绝大多数直升机都***用单旋翼带尾桨的常规式布局。

图注：卡曼公司K-MAX交叉双旋翼直升机

双旋翼式布局。双旋翼布局就是在直升机上装两副旋翼，两副旋翼是彼此相反方向转动的，也称“对转”。双旋翼式布局具体根据旋翼布置的相对位置不同，又分为很多种，可以是共轴式双旋翼（两副旋翼共用一个转动轴），也可以是纵列式双旋翼或者横列式双旋冀(含交叉双旋翼)，通过发动机驱动传动装置使两副旋翼彼此向相反方向转动，空气对其中一副旋冀的反作用力矩，正好为另一副反转旋翼的相反方向的反作用力矩所平衡。共轴双旋翼直升机的代表是俄罗斯卡莫夫设计局设计的一系列直升机产品，比如卡-27“蜗牛”直升机；纵列双旋翼的代表是美国“支奴干”CH-47重型直升机；横列双旋翼目前没有现役型号，代表作是苏联时期由米里设计局研发的米-12直升机，它也曾经是世界上最大的直升机，最大起飞重量达105吨；交叉双旋翼的代表，是美国卡曼直升机公司研制的一系列产品，比如K-MAX直升机。

***600已经完成了陆上首飞，为什么水上首飞还能吸引国人的关注？

***600世界上最大的水陆两用飞机，具体性能指标很多媒体都有了详细的报道，之所以会出现陆上已经实现首飞，而再次进行水上试飞时还会引起人们的关注，主要就是水上起飞即有少见的新鲜感又有陆上起降所没有的技术难度。譬如发动机是如何避免吸入水花的，这就使得大家想一睹为快。

这次***600的水上试飞进行的相当的顺利，远观好似一只巨大的鲲鹏滑翔与碧波之中，随着速度的加快，终究一跃而起直插蓝天。呈现在人们眼前的这一幕还是很令人激动的，毕竟它可是完全的中国制造。

水陆两用飞机属于执行特殊任务的特殊装备，对于中国这样一个需求多样的大国来说研制它还是很有必要的。***600可以执行常规的灭火救援任务，也可以执行特殊环境下的军事任务，在这方面有和没有可是有着天壤之别的。

既然***600已经圆满的完成了水上起飞的实验，那么我们就祝福它早日量产服务于祖国建设的方方面面，加油世界一流的中国水陆飞机。

水上起降有什么难？这个就是我的专长了，我来回答一下这个问题。

我们知道，起降过程是一架飞机在整个飞行任务中最危险的过程，最主要的原因就是接近地面的地方气流条件非常复杂，各个方向的风都有，而且，起飞和落地的一瞬间，飞机要承受巨大的惯性载荷，各方面的因素都给机体强度还有操控性带来很大的不确定性。

我们知道，水也是一种性质跟空气完全不同的流体，而且流体的一大性质就是不稳定，更加不用说飞机是在两种性质完全不同的流体之间运动了，所以很多物体在水-空气的交界位置运动的时候会有很大的不稳定性，比如说快艇在水面行驶的时候就算你速度不变，也会发生剧烈的颠簸，这就是所谓的“海豚跳”【如下图所示】，可是快艇个头小，颠两下还挺***的，而***600可是个大家伙，你敢让他这么颠吗？

而飞机如果像上图的快艇那样前后摇动起来，这就是发生了所谓的“纵摇”，这个时候机体会面临巨大的颠簸，一方面是飞机的各个部件要承受很大的交替载荷，带来结构的疲劳损伤；另一方面是飞机的发动机因为转子转动速度很快，要承受很大的陀螺力矩，所以飞机机体和发动机都承受着巨大的压力，非常危险。

我们看一下下面这个动图，虽然***600是经过工程师的精心设计，也有经验丰富的试飞员驾驶，但还是可以看到***600在快要起飞的瞬间会在水面上颠簸、前后摆动。我不说不知道，但是只要说出来，大家肯定就可以感受到其中的危险。

由于水面上的空气潮湿度大，水比热容大，而且水在流动的时候也会携带大量的热量，所以水面上的风向、风力之类的参数还有变化规律跟陆地上相差较多。而气流不稳定不仅会吹歪飞机、造成飞机的颠簸，还会造成飞机螺旋桨推力的不稳定【专业术语叫做1P载荷，这在涡桨发动机设计里面是个非常重要的概念】。

比如说被称为飞机起降杀手的侧风，就更加有可能在水面上出现。下图就是普通飞机起飞时突然遭受到侧风的影响，要知道，对于涡桨发动机而言，这种影响更为显著。

我们知道，一定速度运动的物体停下来的时间决定了这个物体收到的力的大小，也就是说，在水面上起降，因为不同的环境所以飞机会受到跟地面上起降不一样的惯性力。

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