FAA旋翼机飞行手册缺20章

FAA 旋翼机飞行手册

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第15章自旋翼机介绍

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目录

自旋翼机的类型..............................15-1

构成要素....................................15-2

机身........................................15-2

动力装置....................................15-2

旋翼系统....................................15-2

尾翼面......................................15-2

起落架......................................15-3

机翼........................................15-3

＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊1923年1月9号，历史第一次有正式记载的自旋翼机飞行。这架由Juan de la Cierva设计的飞行器中引入了旋翼技术从而使得旋翼飞行器向前飞行成为可能。在那之前的旋翼飞行器设计者都被飞行器开始向前飞行时的滚转力矩问题困扰。滚转力矩问题是流过桨盘的气流造成的，使得前

行桨叶升力增加，后行桨叶升力减小。Cierva的成功设计C.4中引入了铰接旋翼，通过铰链连接旋翼并允许桨叶上下挥舞。这个解决方法允许前行桨叶向上运动，减小攻角和升力，同时后行桨叶向下摆动，增加攻角和升力。从而通过桨盘产生无关气流的平衡升力。这一突破为15年后开发的现代直升机的成功提供了帮助(更多信息详见《第三章》) 1931年4月2日，Pitcairn PCA-2型自旋翼机获得了第410号飞机型号合格证(TC, Type Certificate)成为美国第一获得执照的旋翼飞行器。单词“Autogyro”就是用来描述这种类型的飞行器的，直到FAA后来指定了另外一个单词“Gyroplanes”（自转旋翼飞行器）来描述这类飞行器。根据定义，自旋翼机是通过自由旋转的旋翼获得升力的飞行器。还有几种飞行器使用了自由旋转的旋翼来获得纯粹形式的直升机所无法达到的性能。“gyrodyne”是一种能够进行悬停和自旋巡航的混合型的旋翼飞行器。这种类型飞行器的第一个成功的实例是British Fairy Rotodyne, 在1958年获得运输类(Transport Category)的执照。在十九世纪六七十年代，自旋翼机的数量随着McCulloch J-2和Umbaugh 获得执照而增加了。Umbaugh后来发展成为Air & Space 18A。

有一些正在开发中的飞行器使用了自由旋转的旋翼以获得旋翼起飞性能和固定翼的巡航速度。

自旋翼机操作简单，具有内在的安全性和突出的点到点短距(Short field)起飞降落能力。

[自旋翼机的类型]

由于自由旋转的旋翼不需要反扭矩设备，所以单旋翼是自旋翼机的主流配置。反向旋转(Counter-rotating)的旋翼并不能提供任何特殊的优点。自旋翼机旋翼系统的桨叶数量可以是任意的，但是最常用的是配置两片和三片桨叶的系统。自旋翼机的推进系统既可以是拉式的也可以是推式（tractor）的也可以是拉式的（pusher），即发动机可以安装在飞机前端拉动整个飞行器飞行，也可以安装在后端推动飞行器在空气中前进。

动力装置可以是活塞的(reciprocating)也可以是涡轮的（turbine）.

早期的自旋翼机常常是从拉式配置中衍生出来，旋翼用来替代固定翼或者和固定翼同时存在，协同工作。推式配置由于尾舵放置在螺旋桨滑流中，通常操作更为灵活，飞行员也具有更好的视野。

图15-1 自旋翼机可以具有机翼，可以是推式或者拉式结构，可以是涡轮动力也可以是螺旋桨动力的。左图为Pitcairn PCA-2,右图为Air & Space 18A

当旋翼头的直接控制（direct control）技术完善以后，就开发出了跳跃起飞（跳飞，jump takeoff）的自旋翼机。在一定的条件下，这些自旋翼机具备垂直起飞并转为前飞的能力。

自旋翼机后来的发展包括保持直接控制的旋翼头和利用固定翼来减轻旋翼载荷，以提高飞行速度。

[构成要素]

虽然自旋翼机的设计各种各样，但是大多数的基本构成要素是相同的。一架具备基本功能的自旋翼机包括：机身，动力装置。旋翼系统，尾平面和起落架。如图15-2所示。还有

一些可选的配件，如机翼，在一些设计中用以达到特殊的性能目标。

图15-2 典型的自旋翼机包含5个主要部分，有些设计含有第六部分：机翼

[机身]

机身提供为其他部件的安装结构。可以是焊接的管材，钣金，复合材料，甚至只是将管材简单的用螺栓连接在一起。也可以使用一些构成方法的搭配组合来实现。已经应用了很

多年，具有最高的强度/重量比（strength-to-weight ratios，比强度）机身是由碳纤维（carbon fiber）材料结构或者焊接管材结构。

[动力装置]

动力装置提供向前飞行的推力，在飞行时和旋翼系统独立无关。然而在地面上时发动机可以被用来作为旋翼系统预旋（prerotate）的动力。经过很多年的发展，有很多种的发动机型号被应用到自旋翼机上。汽车发动机，船用发动机，ATV(All Terrain Vehicle,沙滩车)发动机，经过认证的航空发动机等被不同的自旋翼机设计采用过。获得认证的自旋翼机必须使用FAA认证的发动机。一台新的经过认证的飞机发动机比任何的其他发动机都要贵。这些额外增加的价格是自制自旋翼机选择其他发动机的主要原因。

[旋翼系统]

旋翼系统提供自旋翼机必须的升力和控制能力。全铰接(fully articulated)和半刚体跷跷板式(semi-rigid teetering)旋翼系统是最常见的系统。《第5章—主旋翼系统》详细解释了这些旋翼系统。带桨毂倾斜控制的跷跷板桨叶是自制旋翼机的主要选择。这个系统还可以加入总距控制以改变旋翼桨叶的桨距。只要桨叶具备足够的惯量和总距