旋翼机构造特点与飞机性能分析

第十六届（２０００）全国直升机年会论文

旋翼机构造特点与飞行性能分析

张克高

（中国民用航空学院）

摘要：旋翼机是近几年国内引进的一种新型超轻型飞机，由于该机型具

备直升机和飞机的某些特征，而且旋翼机是与固定翼飞机和直升机有着不

同特点的另一类航空器。对旋翼机而言，它滑跑起飞时（不能悬停顶杆起

飞），是通过发动机带动旋翼产生升力，其滑跑相对气流是由发动机直接带

动推进螺旋桨旋转，进而驱动旋翼机向前。本文根据旋翼机使用情况，提

供飞行员和地面指挥人员，避免事故。

１ 旋翼机与直升机、飞机，基本构造的差异。

旋翼机直升机飞机垂直安定面和方向舵有无有

水平安定面和升降舵无无有

机翼和付翼无无有

旋翼桨叶有有无

旋翼总桨距无有无

旋翼主轴是否倾斜后倾6-8度前倾4.5度否

尾螺旋桨无有无

推进螺旋桨有无有

２ 旋翼机操纵特点

由于旋翼机是介于直升机和飞机之间的一种航空器，因此其旋翼机操纵上具有某些

特性。

例如：旋翼机起飞时，因没有总桨距不能按直升机正常起飞程序进行起飞，以类似飞机滑跑起飞，由于旋翼机无飞机的机翼，造成旋翼机必定用发动机带动旋翼产生升力，这又类似直升机滑跑起飞。旋翼机起飞升空后，发动机与旋翼脱离。旋翼无动力旋转，起飞过程中旋翼起到飞机的机翼、付翼和升降舵的作出。其操纵环节如下方块图。

３ 旋翼机飞行性能分析

1) 旋翼机起飞阶段飞行性能

旋翼机在起飞阶段飞行员紧握手操纵摩擦离合器，通过软轴和齿轮减速带动旋翼旋转。迎风（刹住机轮），发动机转速保持在1350-1700转/分，发动机带动旋翼转动，随着旋翼转速的增加操纵杆向后拉，在旋翼转速达到150转/分以上时，松开机轮刹车，开始滑跑，随即增大油门，前推杆，滑跑动力移向推进螺旋桨，由于此时发动机和旋翼连接，为克服旋翼反扭矩，需用方向舵保持方向，当旋翼转速达到200转/分时，松开手操纵磨擦离合器。旋翼与发动机脱开，旋翼进入自转状态，操纵杆前推约3-4度，当旋翼转速增至280转/分，在无风条件下，两个中等重量的人需40英里（65公里）/小时的地面速度升空，双人正常爬升空速为55-70英里/小时。油门加满，发动机5800转/分。

2) 旋翼机爬升阶段飞行性能

爬升空速55-65英里/小时（25-30米/秒），发动机5800转/分，旋翼处于风车状态，其受力状态如下：

图1 旋翼机受力

旋翼机爬升条件是：Y1》=G P》G2+Y2 旋翼旋转方向如图2

前行桨叶气动力与来流角和攻角之间的关系；由图3可知来流角?越大升力越大，但超过临界来流角，升力不但不能增加反之减少。其表达如下式：

升力增加A： La Sin（?a-?a）=Da Cos（?a-?a）

升力减少B：Lb Sin（?b-?b）=Db Cos（?b-?b）

V

图2 旋翼旋转方向

4 旋翼机操作限制

空速限制：在任何条件下，不得超过165公里/小时的速度。

旋翼转速限制：

1) 旋翼转速低于150转/分，以发动机全功率起飞，会导致旋翼上下震动，甚至会造成旋翼打地。飞行时旋翼转速不能低于270转/分但绝不容许超过395转/分；

2) 少于一个G 载荷系数，会使旋翼转速下降，如不及时增加旋翼转速，会引发旋翼振动。

5 旋翼机事故分析

旋翼机是属于一般范畴内的飞行器，不是提供特技飞行表演的，所有的飞行动作必须是正常的飞行，急剧的坡度转弯不得超过60度，应避免突然拔起或下滑。俯冲不可超过地平线的45度。

无论是新学员还是由飞过“运—五” 、“初教-6”等飞行员，在操纵旋翼机时，必需

了解旋翼机构造特点，及飞行性能特性，否则会造成不可挽回的损失。

图 3

例如：某型旋翼机单人左坐（右坐无平衡配重）试飞时，2边爬升旋翼振动，上下挥舞，引发旋翼打坏垂直方向舵，造成飞行事故。旋翼机所受力和力矩如图4所示：

X 轴

Z轴

图4 力与力矩

旋翼机由于左坐单独飞行，必然形成一个附加的力矩MX，为保持旋翼机的平衡，飞行员向右压杆M`X=YZ*A=MX Y=YY+YZ A：分力YZ到重心距离。此时升力下降，如果飞行员欲继承增速向左压杆并蹬左舵向左转弯，造成迎面气流下降，引起升力Y的下降，导致转速的下降，旋翼的振动。为克服惯性力升力Y的分量YZ使力矩MX增加，拉力P产生一个附加的低头力矩，当飞行员为克服旋翼机向左下方偏斜时，由于旋翼转速的下降，正常修整飞机姿态已不起作用，因此猛拉杆，旋翼桨盘后倒过大，旋翼打尾面造成事故。

参考资料

[1] GEOGE H. SAUNDERS DYNAMICS OF HELICOPTER FLIGHT 1975

[2] JOHN B. HODSON JOYS OF THE GYROPLANE THE ROLLS-ROYCE MAGAZINE 1984 3

[3] 张克高编航空器概论中国民航学院 1997年 11月

[4] 泰克—150 空中摩托（学名旋翼机）使用说明书。

[5] 汤镇南旋翼机的飞行特点及其应用南京航空学院直升机研究所

[6] USSR MOSCOW HELICOPTER MN—17 SERVICE MANUAL

旋翼机构造特点与飞行性能分析

作者：张克高

作者单位：中国民用航空学院

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