[科普中国]-桨尖喷气旋翼

简介

为了有效地驱动旋翼旋转，常规直升机采用了活塞发动机或者涡轮轴发动机提供动力，发动机产生的动力通过连接于旋翼的转动轴进行传递，这种驱动力以一种力矩的形式进行传递。而这种驱动力矩诱导机体产生了一个等大反向的扭转力矩。为了平衡这种诱导扭矩，这种常规直升机在尾部增加了尾桨（图1），靠这种尾桨产生的扭矩达到平衡的目的。

与常规桨叶驱动系统不同，桨尖喷气旋翼（图2）使用了另外一种驱动方法，它在旋翼的尖端喷出高压气体，驱动桨叶旋转。这样，就不会产生对于机体的扭矩了，进而尾桨也可以取消，整个直升机的整体构造就显得更加紧凑，直升机驱动系统的复杂性也大大简化，由于尾桨的参与发生的一些事故也就可以避免。与此同时，桨尖动力型旋翼的使用也带来了另外一些问题，其中一个很主要的缺陷是它的驱动系统的低效性且噪声非常大，不过这种轻型直升机在重量上弥补了这个缺陷。2

性能特点产生翼尖喷流的方式有两种：一是在翼尖安装喷气发动机，如 XH-20，H-26，YH-32直升机，这种方式噪声大，耗油率高，且翼尖发动机产生的离心力使旋翼结构强度面临极大挑战，因此没有得到大范围应用。另一种是从喷气发动机或空气压缩机尾部引出气体，气体通过管道流经旋翼桨毂、中空桨叶，最后从旋翼翼尖喷口喷出，产生反作用驱动力，如 XV-1，XV-9A，XV-17以及一些超轻型直升机，这种方式降低了噪声水平与与对结构的要求，是喷气旋翼产生喷流的主要方式，缺点是效率较低，效率的降低增大了动力装置质量与燃油消耗量，抵消了喷气旋翼不需要传动系统与反扭矩系统的优势，因此现代直升机大多采用了轴驱动旋翼，只有少数超轻型直升机仍在使用喷气旋翼。

随着对垂直起降、高速巡航飞行器的需求日益增长，出现了新概念可停转旋翼飞行器，如美国X-50，M-85等，使对喷气旋翼的研究又重新成为热点。此飞行器的旋翼具有两大特点：第一，旋翼采用喷气驱动，在只有单一动力情况下既能满足垂直起降时的功率需求，又能满足高速平飞的推力需求。第二，旋翼可高速旋转为垂直起降提供拉力，又可锁定成固定翼为高亚声速巡航提供升力。

喷气旋翼的特点是发动机喷流属性、管道直径、旋翼参数的高度耦合，旋翼设计参数如相对厚度、弦长、直径、转速既影响拉力与扭矩，也影响翼尖喷流的速度与流量，进而影响旋翼可用功率，因此喷气旋翼比普通旋翼有更为严格的设计约束。国外对喷气旋翼的设计问题研究起步较早，大部分集中于设计方法的论述，对物理模型只有部分描述，难以用于喷气旋翼的完整设计。1

桨尖喷气旋翼主要优点桨尖喷气旋翼主要优点如下：

（1） 机身结构简单紧凑

由于桨尖喷气旋翼旋转动力来自于桨叶本身，因此不会产生反作用力矩，也就不需要用来平衡反扭矩的尾桨，从而使采用桨尖喷气旋翼的直升机机身更加紧凑，大大减轻了直升机的空机重量。

（2） 操纵系统简化

由于桨尖喷气旋翼直升机没有反扭矩，不需要尾桨，也就没有了尾桨传动系统，使直升机的操纵系统更加简单。

（3） 安全性能提高

由于系统的精简也使得直升机的维护更加简单，减低了人为错误发生的可能性，增强了安全性能。

（4） 降低成本

由于操作系统的简化，减少了平时维护的工作量，减少了维护费用，减低使用成本。基于以上讨论，这种型式的直升机具有相当好的发展前景，在国外早在上个世纪此类型直升机就已经研制并投入使用，对于我们来说，通过对这种类型旋翼的将让我们更好的了解它。2