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直升机的旋翼和飞机的螺旋桨看上去差不多,本质上都是靠旋转产生力的部件,但根据用途不同,它们之间还是存在一些区别的,下面我们一起来看看:
▲空客的概念直升机同时具有螺旋桨和旋翼结构
不同尺寸:
从外观上看,两者最明显的区别就是尺寸。
直升机的旋翼往往很大,轻型直升机如罗宾逊R22旋翼长达7.67米,中型直8旋翼长达18米左右,米-26旋翼直径则大到32米。
▲米-26直升机
相比之下,一般固定翼飞机的螺旋桨直径都在5米以下船舶配件船用物资,如C130运输机的螺旋桨直径为4.3米。
▲运输机C130
不同的引擎:
如今,除部分轻型直升机和老式直升机外,所有旋翼均采用涡轴发动机。
它一般配用自由涡轮(即不带动压气机、专门用于输出功率的涡轮),主要用于直升机、垂直/短距起降飞机。
按照涡扇发动机的理论飞机螺旋桨叶片制作,理论上来说,转子直径越大越好,对于同一台核心机,产生相同的循环功率,转子直径越大,转子上产生的升力就越大。
▲涡轴发动机
螺旋桨飞机使用的发动机包括活塞发动机和涡轮螺旋桨发动机。
第二次世界大战前的飞机基本都采用活塞发动机,但这种发动机的效率不高,涡桨发动机的功率重量比(推力重量比)是活塞发动机的2到3倍。
它能在同等质量下提供更大的功率,且发动机截面积较小,在相对较高的速度下耗油率比活塞发动机低,使用较便宜的煤油,因此600-800公里/小时速度范围内的客机、运输机、海岸巡逻机、反潜机等大多采用涡轮螺旋桨飞机。
▲涡桨发动机
不同的升力源:
当直升机旋翼绕旋翼轴线旋转时,每个叶片的作用就如同机翼,而旋翼的横截面形状就是翼型。
翼型弦线与轮毂旋转轴线垂直的平面之间的夹角称为螺距。由于壁面效应(),最靠近叶片的空气紧贴叶片上表面流动。
受叶片上表面形状和叶片螺距的影响,叶片上方的空气会向下加速,因此反作用力会把旋翼向上升起。根据帕努利定理,“流体对周围物质施加的压力与流体的相对速度成反比。”因此,空气对旋翼上表面的作用力小于下表面的作用力,合力必定是向上的,从而产生升力。
随着旋翼转速的增加,升力逐渐增大,当升力超过重力时,直升机垂直上升;升力与重力平衡时飞机螺旋桨叶片制作,直升机在空中悬停;升力小于重力,直升机下降。
螺旋桨飞机利用涡轮螺旋桨发动机产生推拉力,使飞机能够快速滑行并通过两侧机翼产生向上的升力。
飞机上的螺旋桨叶片数取决于发动机的功率。螺旋桨有2叶、3叶、4叶、5叶和6叶。安装在飞机头部的螺旋桨为牵引螺旋桨,安装在飞机尾部的螺旋桨为推力螺旋桨。也有同时配备牵引和推力螺旋桨的飞机。
不同的机制:
飞行时,直升机旋翼利用向下的反作用力带动直升机飞行。直升机旋翼旋转时,还会产生反向扭矩,使直升机整个机体绕旋翼为轴旋转。因此,直升机还需要在尾部安装一个小的尾桨,以产生反向扭矩平衡。
螺旋桨飞机的机翼可以抵消这种反扭矩。
▲空客H160的尾桨