1、第六章 直升機6.1直升機的歷史直升機的歷史6.2直升機的結構直升機的結構6.3直升機的原理直升機的原理6.4直升機的分類直升機的分類回總目錄退出6.1 直升機的歷史 古老的神話故事訴說著人類早年的飛行古老的神話故事訴說著人類早年的飛行夢，而夢想的飛行方式都是原地騰空而起，夢，而夢想的飛行方式都是原地騰空而起，像現代直升機那樣既能自由飛翔又能懸停于像現代直升機那樣既能自由飛翔又能懸停于空中，并且隨意實現定點著陸。例如阿拉伯空中，并且隨意實現定點著陸。例如阿拉伯人的飛毯，希臘神的戰車，都是垂直起落飛人的飛毯，希臘神的戰車，都是垂直起落飛行器。行器。 可以說直升機的構想源于我們中國。我國東晉時，民

2、間就有種叫“飛螺旋”的玩具，又稱“竹蜻蜓”。 “竹蜻蜓”是借雙手搓送的力量產生升力而垂直上升的，這與直升機借旋翼產生升力而垂直上升的基本原理完全一致。直升機的淵源直升機的起源 “竹蜻蜓”于14世紀傳到歐洲，帶去了中國人的創造。歐洲人將它作為航空器來研究和發展。 15世紀達芬奇的畫是世界上最早的直升機設計方案圖。因此， “竹蜻蜓”和達芬奇的畫被公認是直升機發展史的起始點。直升機的發展（1） 1813年年“英國航空之父英國航空之父”喬治喬治凱利凱利在其在其成功發明、試驗了滑翔機后自制了一架直升成功發明、試驗了滑翔機后自制了一架直升機，但因為直升機自身不帶動力裝置，因此機，但因為直升機自身不帶動力裝

3、置，因此實驗失敗了。實驗失敗了。直升機的發展（2） 1826年法國人年法國人阿阿米柯特米柯特制造了一架直制造了一架直升機模型。它由一個升機模型。它由一個汽缸引擎驅動，但旋汽缸引擎驅動，但旋翼全速轉動時，整個翼全速轉動時，整個模型只做上下晃動，模型只做上下晃動，沒有產生升力，但對沒有產生升力，但對直升機的發展是一個直升機的發展是一個較大的刺激。較大的刺激。直升機的發展（直升機的發展（3 3） 1842年，英國人年，英國人鮑恩鮑恩的工程師的工程師用表的發條作動力設計出一個用表的發條作動力設計出一個“竹竹蜻蜓蜻蜓”。當發條上緊后，將。當發條上緊后，將“竹蜻竹蜻蜓蜓”放手，它就螺旋上升。幾年后，放手，

4、它就螺旋上升。幾年后，皮樂利用鮑恩的原理制造了幾個直皮樂利用鮑恩的原理制造了幾個直升機模型，經實驗，這些模型上升升機模型，經實驗，這些模型上升的高度能達的高度能達27米。米。直升機的發展（直升機的發展（4 4） 隨著生產力的發展和人類文明的進隨著生產力的發展和人類文明的進步，直升機的發展史由幻想時期進入了步，直升機的發展史由幻想時期進入了探索時期。探索時期。 19071907年法國人年法國人柯紐柯紐制造了一架大型直升制造了一架大型直升機有兩個旋翼分別裝機有兩個旋翼分別裝在駕駛員前后。該直在駕駛員前后。該直升機上升高度雖只有升機上升高度雖只有幾米，但柯紐仍成為幾米，但柯紐仍成為駕駛直升機升空第一

5、駕駛直升機升空第一人。人。直升機的發展（直升機的發展（5 5） 19091909年，美國年，美國柏里勒柏里勒父子先造了一架父子先造了一架同軸式直升機，之后又造了一架雙旋翼并同軸式直升機，之后又造了一架雙旋翼并列式直升機。因為他們造的直升機成功地列式直升機。因為他們造的直升機成功地解決了反扭矩問題，于解決了反扭矩問題，于19231923年獲得專利。年獲得專利。直升機的發展（6） 20世紀20年代，西班牙科學家西爾西爾華華設計了一架自動陀螺機，它對旋翼機的產生有重要意義，因此是直升機發展史上一次重大的技術突破。旋翼機的由來 在一次飛行中，一架飛機因為失去動力而墜毀。西爾華設想如果把類似竹蜻蜓的旋翼

6、裝在定翼機上，借它前進的速度與風的影響來轉動旋翼，旋翼必可產生升力，即使飛機失去的動力也可安全降落，幾經試驗，證明他的設想是可能的，這就是旋翼機的由來了。直升機的發展（7） 1937年德國福克?？瞬┦恐圃炝艘患茈p旋翼并列式直升機，其最大特點是在操縱上可完全改變旋翼的角度，可以做前后左右的飛行，可以說該機具有現代直升機優點的雛形。直升機的發展（8） 福克式直升機試飛成功后，美國飛機設計師西柯爾西柯爾基立即到德國參觀了那架飛機，并于1939年設計出一架VS-300型直升機，試飛也非常成功，飛行時間甚至超過了?？耸街鄙龣C。 至此，直升機已經初具形態，發展也日趨成熟。總目錄6.2 直升機的結構機載設備

7、燃油箱起落架機身減速器旋翼槳轂傾斜器發動機尾槳傳動裝置減速器減速器 直升機一般為齒輪傳動式主減速器，它有發動機的功率輸入端以及與旋翼、尾槳附件傳動軸相聯的功率輸出端，是直升機上主要傳動部件之一，也是傳動裝置中最復雜、最大、最重的一個部件。 結構目錄旋翼旋翼 旋翼系統中，槳葉是提供升力的重要部件，對槳葉設計除去氣動力方面的要求之外，還有動力學和疲勞方面的要求。旋翼槳葉的發展是建立在材料、工藝和旋翼理論基礎上的。結構目錄槳轂槳轂 旋翼系統由槳葉和槳轂組成。旋翼旋翼系統由槳葉和槳轂組成。旋翼形式是由槳毅形式決定的。它隨著材料、形式是由槳毅形式決定的。它隨著材料、工藝和旋翼理論的發展而發展。到目前工藝

8、和旋翼理論的發展而發展。到目前為止，已在實踐中應用的旋翼形式有為止，已在實踐中應用的旋翼形式有鉸鉸接式接式、蹺蹺板式蹺蹺板式、無鉸式無鉸式和和無軸承式無軸承式。結構目錄鉸接式鉸接式 鉸接式（又稱全鉸接鉸接式（又稱全鉸接式）旋翼槳轂是通過槳式）旋翼槳轂是通過槳轂上設置揮舞鉸、擺振轂上設置揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸來實現槳葉鉸和變距鉸來實現槳葉的揮舞、擺振和變距運的揮舞、擺振和變距運動。典型的鉸接式槳轂動。典型的鉸接式槳轂鉸的布置順序（鉸的布置順序（ 從里向從里向外）是由揮舞鉸、擺振外）是由揮舞鉸、擺振鉸到變距鉸，如圖所示。鉸到變距鉸，如圖所示。 40年代中期，全鉸式旋年代中期，全鉸式旋翼得到廣泛應用

9、。翼得到廣泛應用。萬向節式萬向節式/ /蹺蹺板式旋翼蹺蹺板式旋翼 40年代中期，貝爾公司發展了萬向接頭式旋翼，50年代中期又把萬向接頭式進一步發展成蹺蹺板式。雖然這兩種族翼形式除了貝爾公司外很少采用，但僅僅Bell 47型 及 UHl系列直升機產量就很大，應用也很廣泛。萬向節式萬向節式/ /蹺蹺板式旋翼蹺蹺板式旋翼Bell47UH-l 這兩種槳轂形式與鉸接式相比，這兩種槳轂形式與鉸接式相比，其優點是槳轂構造簡單，去掉了擺振其優點是槳轂構造簡單，去掉了擺振鉸、減擺器，兩片槳葉共同的揮舞鉸鉸、減擺器，兩片槳葉共同的揮舞鉸不負擔離心力而只傳遞拉力及旋翼力不負擔離心力而只傳遞拉力及旋翼力矩，軸承負荷比

10、較小，沒有矩，軸承負荷比較小，沒有“地面共地面共振振”問題。問題。 但是，這種旋翼操縱功效和角速但是，這種旋翼操縱功效和角速度阻尼比較小，穩定性較差。度阻尼比較小，穩定性較差。無鉸式無鉸式 經過長期的理論與試經過長期的理論與試驗研究，驗研究，60年代末及年代末及70年年代初無鉸式旋翼進入了實代初無鉸式旋翼進入了實用階段。帶有無鉸式旋翼用階段。帶有無鉸式旋翼的直升機如德國的的直升機如德國的BO105，英國的英國的“山貓山貓”(WG13)等，它們取得了成功并投等，它們取得了成功并投入了批生產。入了批生產。無軸承式無軸承式 無軸承旋翼就是取消了揮舞鉸、擺振鉸和變無軸承旋翼就是取消了揮舞鉸、擺振鉸和變

11、距鉸的旋翼，槳葉的揮舞、擺振和變距運動都距鉸的旋翼，槳葉的揮舞、擺振和變距運動都以槳葉根部的柔性元件來完成。如美國以槳葉根部的柔性元件來完成。如美國RAH-66科曼奇直升機?？坡嬷鄙龣C。 傾斜器傾斜器 自動傾斜器是直升機操縱系統的一自動傾斜器是直升機操縱系統的一個主要組成部分，旋翼的操縱都要通個主要組成部分，旋翼的操縱都要通 過過它來實現。下圖所示為某直升機的自動它來實現。下圖所示為某直升機的自動傾斜器。傾斜器。結構目錄 自動傾斜器由兩個斜盤組成（即固定斜盤自動傾斜器由兩個斜盤組成（即固定斜盤和旋轉斜盤），分別用藍色和紅色表示和旋轉斜盤），分別用藍色和紅色表示 發動機（發動機（1 1） 直升

12、機的動力裝置大體上分為兩類，直升機的動力裝置大體上分為兩類，即航空活塞式發動機和航空渦輪軸發動即航空活塞式發動機和航空渦輪軸發動機。在直升機發展初期，均采用技術上機。在直升機發展初期，均采用技術上比較成熟的航空活塞式發動機作為直升比較成熟的航空活塞式發動機作為直升機的動力裝置。但由于其振動大，功率機的動力裝置。但由于其振動大，功率質量比和功率體積比小、控制復雜等許質量比和功率體積比小、控制復雜等許多問題，人們就利用已經發展起來的渦多問題，人們就利用已經發展起來的渦輪噴氣技術尋求性能優良的直升機動力輪噴氣技術尋求性能優良的直升機動力裝置，從而研制成功直升機用渦輪鈾發裝置，從而研制成功直升機用渦輪

13、鈾發動機。動機。 發動機（2）活塞式發動機（早期直升機/小型直升機）美國蜂鳥 260L 發動機（3）渦軸發動機（見第九章）直9WE型武裝直升機直升機 尾槳（1） 尾槳是用來平衡反扭矩和對直升機進行航向操縱的部件。旋轉著的尾槳相當于一個垂直安定面，能對直升機航向起穩定作用。尾槳的結構形式有蹺蹺板式、萬向接頭式、鉸接式、無軸承式、“涵道尾槳” 式等等。機載設備 直升機機載設備是指在直升機上為直升機機載設備是指在直升機上為保障飛行、完成各種任務的設備和系統保障飛行、完成各種任務的設備和系統的總稱。直升機機載設備品種繁多，包的總稱。直升機機載設備品種繁多，包括電氣、顯示和控制、導航、通信及電括電氣、顯

14、示和控制、導航、通信及電子對抗、故障診斷等。隨著現代直升機子對抗、故障診斷等。隨著現代直升機技術發展，機載設備的地位越來越重要。技術發展，機載設備的地位越來越重要。機載設備性能的優劣已成為現代直升機機載設備性能的優劣已成為現代直升機先進與否的重要標志之一，先進的機載先進與否的重要標志之一，先進的機載設備在提高直升機的使用效能和保證經設備在提高直升機的使用效能和保證經濟性、安全性方面具有不可替代的突出濟性、安全性方面具有不可替代的突出作用。作用。結構目錄燃油系統燃油系統 渦輪軸發動渦輪軸發動機的燃油系統由機的燃油系統由燃油泵、燃油濾、燃油泵、燃油濾、噴油嘴等組成，噴油嘴等組成，以保證發動機在以保

15、證發動機在各種工作狀態和各種工作狀態和各種飛行條件下各種飛行條件下所需要的燃油流所需要的燃油流量。量。結構目錄起落架（起落架（1 1） 直升機起落裝置的主要作用是吸收直升機起落裝置的主要作用是吸收在著陸時由于有垂直速度而帶來的能量，在著陸時由于有垂直速度而帶來的能量，減少著陸時撞擊引起的過載，以及保證減少著陸時撞擊引起的過載，以及保證在整個使用過程中不發生在整個使用過程中不發生“地面共振地面共振”。此外，起落裝置往往還用此外，起落裝置往往還用 來使直升機具來使直升機具有在地面運動的能力，有在地面運動的能力， 減少滑行時由于減少滑行時由于地面不平而產生的撞擊與顛簸。地面不平而產生的撞擊與顛簸。

16、在陸地上使用的直升機起落裝置有在陸地上使用的直升機起落裝置有輪式起落架輪式起落架和和滑橇式起落架滑橇式起落架。結構目錄輪式起落架滑橇式起落架機身 機體用來支持和固定直升機部件系統，把它們連接成一個整體，并用來裝載人員、物資和設備，使直升機滿足既定技術要求。機體是直升機的重要部件。上圖為 UH60A直升機的機身分段圖。結構目錄傳動裝置 在直升機上傳動裝置可分為傳動軸和聯軸節。 總目錄6.3 直升機的原理 6.3.1 空氣動力學原理空氣動力學原理 6.3.2 飛行原理飛行原理6.3.3 直升機的操縱直升機的操縱6.3.1 空氣動力學原理空氣動力學原理 當氣流流過一定的氣流通道時，它的速度、壓力一定

17、遵守伯努力方程。 伯努力方程： Const=P1+1V12/2=P2+2V22/2 由方程可見，方程總等于常數，假設流過通道前后的氣流密度不變，當壓力P上升時，速度V會下降；當壓力P下降時，速度V會上升。 因此，對直升機而言由旋翼帶動空氣向下運動，每一片旋翼葉片都產生升力，這些升力的合力就是直升機的升力。6.3.2飛行原理飛行原理 旋翼拉力是保持直升機飛行的基本因旋翼拉力是保持直升機飛行的基本因素，飛行員操縱直升機改變飛行狀態也是素，飛行員操縱直升機改變飛行狀態也是靠改變旋翼拉力的大小和方向來實現的?？扛淖冃砝Φ拇笮『头较騺韺崿F的。因此，研究直升機飛行必須首先研究旋翼因此，研究直升機飛行必

18、須首先研究旋翼拉力的產生及其變化規律。拉力的產生及其變化規律。槳葉的揮舞運動槳葉的揮舞運動槳葉的揮舞運動槳葉的揮舞運動 直升機飛行時會受到重力、升力、拉力、阻力和反扭矩。直升機的飛行（1）重力升力拉力阻力反扭矩靠尾槳來平衡。 直升機的飛行（2） 在以上力和力矩的配合下直升機才在以上力和力矩的配合下直升機才能進行懸停、垂直飛行、前后飛行、側能進行懸停、垂直飛行、前后飛行、側飛等飛行。飛等飛行。 總目錄 6.3.6.3.3 3直升機的操縱直升機的操縱腳踏板：腳踏板：調頭調頭總距桿：總距桿：升降升降 周期變距桿：周期變距桿：前后左右前后左右總目錄總目錄最大平飛速度最大平飛速度巡航速度巡航速度使用升限

19、使用升限最大爬升速度最大爬升速度航程航程續航時間續航時間垂直爬升速度垂直爬升速度懸停升限懸停升限6.4 直升機的分類按飛行用途分按飛行用途分按結構形式分按結構形式分按起飛重量分按起飛重量分按飛行用途分武裝直升機 軍用 運輸直升機 戰斗勤務直升機 通用運輸直升機 旅客運輸直升機 公共服務直升機 民用 特種直升機 起重直升機 教練直升機按結構形式分 平衡旋翼反扭矩的不同方式：單旋翼式、雙旋翼式（含縱列式、橫列式、共軸式、交叉式）、多旋翼式。 驅動旋翼的不同方式：機械驅動、噴氣驅動。 提供升力及推進力的不同方式：正常形式、帶翼式、傾轉旋翼式、復合式。 現在又發展了單旋翼無尾槳式直升機。按起飛重量分

20、小型直升機 最大起飛重量小于2t 輕型直升機 最大起飛重量大于2t小于4t 中型直升機 最大起飛重量大于4t小于10t 大型直升機 最大起飛重量大于10t小于20t 重型直升機 最大起飛重量大于20t單旋翼帶尾槳直升機單旋翼帶尾槳直升機旋翼反作用扭矩靠尾槳推力平衡。旋翼反作用扭矩靠尾槳推力平衡。優點：構造優點：構造簡單，操縱系統簡單，操縱系統簡單，成本較低。簡單，成本較低。缺點：尾部缺點：尾部螺旋槳造成功率螺旋槳造成功率損失，重心定位損失，重心定位范圍窄，尾部長，范圍窄，尾部長，尺寸大。尺寸大。共軸式雙槳直升機共軸式雙槳直升機兩個旋轉方向相反的旋翼安裝在一根軸兩個旋轉方向相反的旋翼安裝在一根軸

21、上，旋翼的反作用扭矩相互平衡。上，旋翼的反作用扭矩相互平衡。優點：機身優點：機身短外形好，正面短外形好，正面阻力小，外廓尺阻力小，外廓尺寸小。寸小。缺點：操縱缺點：操縱系統及傳動系統系統及傳動系統復雜，旋翼有相復雜，旋翼有相互干擾，方向穩互干擾，方向穩定性不夠。定性不夠。縱列式雙槳直升機縱列式雙槳直升機兩個旋翼安裝在機身的前后端，后面的兩個旋翼安裝在機身的前后端，后面的旋翼通常高于前面旋翼的旋轉平面。旋翼通常高于前面旋翼的旋轉平面。優點：縱向穩定優點：縱向穩定性好，重心定位范圍性好，重心定位范圍廣，重量效率高，機廣，重量效率高，機身有效容積大。身有效容積大。缺點：傳動系統缺點：傳動系統復雜，平飛時誘導損復雜，平飛時誘導損失大，利用旋翼自轉失大，利用旋翼自轉進行滑翔降落困難。進行滑翔降落困難。并列式雙槳直升機并列式雙槳直升機兩個旋翼位于機身兩側并在同一平面兩個旋翼位于機身兩側并在同一平面內，轉向相反。內，轉向