为什么直升机没有固定翼飞机飞得快?

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与固定翼飞机不同,直升机在空中飞行所需的上升力和推力都必须依靠旋翼的转动获得。但根据传统旋翼机飞行原理,直升机旋翼速度过快时,前行桨叶常常会产生激波,后行桨叶则会发生失速现象。因而长期以来,传统直升机的最大前飞速度一直都无法突破340千米/小时这一极限。

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为实现速度的突破,国外直升机设计师很早就提出能否改变旋翼既作升力又作推力的传统结构设计,给直升机单独加上推进装置获得推力,由此就产生了复合直升机的概念。该种高速直升机在悬停和低速时以直升机模式工作,速度提高到一定程度后,选一进入自转状态;速度再提高时,旋翼速度降低并逐步卸载,机翼逐步承载。这样桨叶剖面迎角的减小和旋翼转速的下降,分别推迟了后行桨叶的气流分离和前行桨叶的激波失速。让机翼为旋翼卸载是复合式直升机的核心思想,其典型机型有美国的X-2、X-49A,欧洲的X-3和俄罗斯的卡-90等。

但这种设计也只是推迟激波和时速而已,却不能完全消除这些现象,因此,直升机的最大飞行速度还是要比固定翼飞机低得多,美国的X-2高速直升机是世界上最快的直升机,巡航速度可达463千米/小时,为美国现役“黑鹰”直升机速度的两倍,但与超音速的固定翼飞机相比,还是差得远。美国V-22“鱼鹰”倾转旋翼机是一种特殊的直升机,其设计核心思想是,在悬停和低速时以直升机模式工作;速度提高到一定程度后,倾转旋翼成为螺旋桨,成为固定翼飞机模式。即使如此,其最大速度也只有每小时556千米。

拓展知识

直升机作为20世纪航空技术极具特色的创造之一,极大的拓展了飞行器的应用范围。直升机是典型的军民两用产品,可以广泛的应用在运输、巡逻、旅游、救护等多个领域。

1907年8月,法国人保罗·科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年11月13日试飞成功。这架直升机被称为“人类第一架直升机”。这架名为“飞行自行车”的直升机不仅靠自身动力离开地面0.3米,完成了垂直升空,而且还连续飞行了20秒钟,实现了自由飞行。

直升机的最大时速可达300km/h以上,俯冲极限速度近400km/h,实用升限可达6000米(世界纪录为m),一般航程可达600~800km左右。携带机内、外副油箱转场航程可达2000km以上。根据不同的需要直升机有不同的起飞重量。当前世界上投入使用的重型直升机最大的是俄罗斯的米-26(最大起飞重量达56t,有效载荷20t)。当前实际应用的是机械驱动式的单旋翼直升机及双旋翼直升机,其中又以单旋翼直升机数量最多。

固定翼飞机(Fixed-wing plane),常简称为飞机(英文:plane),是指由动力装置产生前进的推力或拉力,由机身的固定机翼产生升力,在大气层内飞行的重于空气的航空器。

1903年12月17日这个寒冷的冬天,来自美国俄亥俄州代顿的自行车制造商莱特兄弟在北卡罗来纳州的基蒂·霍克试飞成功一架结构单薄、样子奇特的双翼飞机--“飞行者一号”。这是人类历史上第一架能够自由飞行 ,并且完全可以操纵的飞机。这一天就成了飞机诞生之日。

变后掠翼飞机,即机翼后掠角在飞行中可以改变的飞机,也属于固定翼飞机。现代超音速飞机广泛采用的小展弦比大后掠机翼,超音速阻力较小,但低速时气动效率低,升力特性不好。用低速性能好的小后掠角的大展弦比机翼又会使超音速性能变坏。变后掠翼飞机通过机翼后掠角的变化可以解决高、低速性能要求的矛盾。

飞机在起飞着陆和低速飞行时用较大的后掠角,这时机翼展弦比最大,因而具有较高的低速巡航效率和较大的起飞着陆升力。在超音速飞行时用较小的后掠角,机翼展弦比和相对厚度随之减小,对于减小超音速飞行的阻力很有利。

此外,超音速轰炸机和强击机作超低空高速飞行时,为了减少不平稳气流引起的颠簸,也要求机翼后掠角小,展弦比小。现代变后掠翼飞机常用于多用途战斗机、歼击轰炸机和战略轰炸机,例如苏联的米格-23战斗机、图-160战略轰炸机,以及西欧的“狂风”和美国的F-14战斗机、B-1战略轰炸机都是变后掠翼飞机。

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