問(wèn)與答

“鐵血戰(zhàn)士”問(wèn)：

卡-28直升機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)懸停轉(zhuǎn)向的?

答：我們首先要了解一下單旋翼直升機(jī)的轉(zhuǎn)向原理。發(fā)動(dòng)機(jī)向旋翼輸出功率驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)，功率是以扭矩的形式輸出的。單旋翼直升機(jī)只有一副主旋翼，產(chǎn)生的扭矩需要通過(guò)尾槳來(lái)平衡。如果沒(méi)有尾槳。主旋翼產(chǎn)生的扭矩會(huì)使得機(jī)體向反方向旋轉(zhuǎn)，這個(gè)原理和一個(gè)人站在船上用槳向某個(gè)方向撥動(dòng)水面時(shí)船會(huì)向反方向轉(zhuǎn)動(dòng)是一樣的。單旋翼直升機(jī)的尾槳高速旋轉(zhuǎn)，在尾部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向力，該側(cè)向力相對(duì)于直升機(jī)重心會(huì)形成一個(gè)力矩。該力矩就平衡了主旋翼產(chǎn)生的扭矩。一般單旋翼直升機(jī)尾部都很長(zhǎng)，一個(gè)重要原因是使得尾槳產(chǎn)生的側(cè)力有較長(zhǎng)的力臂，這樣可以用較小的側(cè)力產(chǎn)生足以平衡主旋翼扭矩的力矩。從圖中可以看到，尾槳產(chǎn)生的側(cè)力會(huì)使得直升機(jī)側(cè)移，這需要通過(guò)自動(dòng)傾斜器傾轉(zhuǎn)主旋翼升力方向來(lái)平衡該力。

卡28是共軸直升機(jī)，和單旋翼直升機(jī)相比，共軸雙旋翼直升機(jī)沒(méi)有尾槳。機(jī)體尾部較短，結(jié)構(gòu)緊湊。不管是共軸雙旋翼還是單旋翼直升機(jī)，都是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼旋轉(zhuǎn)與空氣作用產(chǎn)生升力。共軸雙旋翼直升機(jī)中，發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩副主旋翼旋轉(zhuǎn)，這兩副旋翼轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)向相反。在平衡狀態(tài)下。每副旋翼消耗的功率近似相等。上下兩副旋翼產(chǎn)生的扭矩大小相等，方向相反，因此相互抵消，直升機(jī)機(jī)體不會(huì)旋轉(zhuǎn)。如果要向某個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，只需重新分配上下旋翼的功率就能實(shí)現(xiàn)。功率的重新分配是通過(guò)改變上下旋翼總距來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂改變總距就是同時(shí)改變一副旋翼中所有槳葉的槳距。

改變總距重新分配兩副旋翼的功率通常有兩種方式：全差動(dòng)和半差動(dòng)。

全差動(dòng)就是上下兩副旋翼同時(shí)改變相同總距，但是大小相反。比如上旋翼增加。則下旋翼就減少。增加總距會(huì)使得旋翼拉力增加，減少總距會(huì)使得旋翼拉力減少，上下旋翼拉力一增一減，保持總拉力基本不變。增加總距扭矩增加，減小總距扭矩減小，這樣上下旋翼扭矩就不再平衡，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)體轉(zhuǎn)向。

半差動(dòng)就是僅改變一副旋冀的總距，這樣上下旋翼扭矩不再平衡，機(jī)體會(huì)旋轉(zhuǎn)。半差動(dòng)會(huì)引起兩副旋翼總拉力發(fā)生變化，因此需要調(diào)整旋翼總距(同時(shí)增加或者減少兩副旋翼槳距)來(lái)使得直升機(jī)的升力重新達(dá)到平衡。這是一個(gè)耦合的操作。

linlijun_2004問(wèn)：

低緯度發(fā)射火箭可以減輕發(fā)射質(zhì)量、增加有效載荷以及增加航天器的壽命，請(qǐng)介紹一下增加壽命的原因?

答：同一運(yùn)載火箭在不同緯度的發(fā)射場(chǎng)，其發(fā)射載荷的能力是不同的，緯度越低運(yùn)載能力就越高。所以，為了措載盡可能多的有效載荷，火箭發(fā)射場(chǎng)多選擇在靠近赤道的低緯度地區(qū)。把發(fā)射場(chǎng)建在靠近地球赤道的位置可以起到事半功倍的效果，主要原因有兩個(gè)：第一，被發(fā)射衛(wèi)星的飛行速度是由運(yùn)載火箭的速度與地球速度的轉(zhuǎn)動(dòng)分疊疊加起來(lái)形成的，在運(yùn)載火箭的速度一定的情況下，發(fā)射場(chǎng)的緯度越低，地球的轉(zhuǎn)動(dòng)速度越大，從而可使被發(fā)射衛(wèi)星的軌道速度越大。如果從赤道向東發(fā)射衛(wèi)星，則能最大限度地利用地球的轉(zhuǎn)動(dòng)能量，這實(shí)質(zhì)上是借助地球的自轉(zhuǎn)力來(lái)提高衛(wèi)星的飛行速度，從而可以節(jié)省火箭的推力以攜帶更大的載荷。第二。從赤道或靠近赤道的發(fā)射場(chǎng)向東發(fā)射地球靜止軌道衛(wèi)星時(shí)，可使衛(wèi)星的飛行軌道與最終軌道處于或靠近同一平面內(nèi)，這樣可以節(jié)省衛(wèi)星機(jī)動(dòng)到地球靜止軌道位置所需要的大量能量，節(jié)省寶貴的衛(wèi)星推進(jìn)劑，大大延長(zhǎng)衛(wèi)星運(yùn)行壽命。所以，在選擇發(fā)射場(chǎng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選擇在低緯度地區(qū)，最好是建在赤道附近。這樣既能借力，又可省力。例如，從北緯5.2度的法屬圭亞那庫(kù)魯航天中心發(fā)射同樣質(zhì)量的地球靜止軌道衛(wèi)星，要比從北緯28.2度的美國(guó)卡納維拉爾角發(fā)射節(jié)省15％的推進(jìn)劑。還有一個(gè)方式是建立海上發(fā)射平臺(tái)。在海上發(fā)射的好處在于它可以避免火箭飛越有人居住的地區(qū)。更主要的是海上發(fā)射平臺(tái)可根據(jù)需要移動(dòng)，發(fā)射位置能靈活選擇，不過(guò)這種方式多以發(fā)射小型衛(wèi)星為主。福建泉州的趙振華問(wèn)：

聽說(shuō)有一種扇翼飛機(jī)，能介紹一下它的基本原理嗎?

答：介紹扇翼飛機(jī)，首先要介紹一下馬格努斯效應(yīng)。當(dāng)氣流沿著一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)平面流過(guò)時(shí)。就會(huì)在物體上產(chǎn)生一個(gè)垂直于氣流流向的作用力。例如，一個(gè)水平放置的圓柱，當(dāng)它按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，如果氣流沿著其橫截面方向從左向右流過(guò)，就會(huì)在該圓柱上產(chǎn)生一個(gè)垂直向上的作用力。這個(gè)現(xiàn)象是在1853年被德國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家蓋斯泰夫·馬格努斯發(fā)現(xiàn)的，所以被人們稱為馬格努斯效應(yīng)。

在2005年的巴黎航展上，英國(guó)發(fā)明者展出了一架扇翼飛機(jī)，就是利用馬格努斯效應(yīng)研制而威的。該機(jī)在機(jī)翼前緣安裝類似“松鼠籠”的風(fēng)扇，這些風(fēng)扇由連接發(fā)動(dòng)機(jī)的帶狀傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)。可從機(jī)翼前緣抽入空氣，經(jīng)旋轉(zhuǎn)加速后射入后部機(jī)翼表面，從而用很小的功率產(chǎn)生強(qiáng)大的升力。

本欄解答洪江新友

責(zé)任編輯寒蘭