问题

直升机在向前运动时不会受到一个偏转力吗(不是反扭力,详见描述)?

回答
好,我们来聊聊直升机在向前飞行的过程中,到底会不会受到一种“偏转力”,而且这个偏转力还不是我们常说的那个反作用力(反扭矩)。这个问题很有意思,也触及到了直升机飞行控制的一些核心原理。

首先,要明确一点,直升机之所以能悬停、上升、下降、向前、向后、向左、向右飞,主要依赖的就是它的旋翼系统。旋翼旋转产生升力,这是基础。但要实现前进,就需要更精妙的操作。

我们常说的“反扭力”或者“反作用力”,是基于牛顿第三定律的。旋翼向一个方向旋转,反作用力就会试图让机身向反方向旋转。为了抵消这个反作用力,直升机有尾桨(或同轴反转旋翼、涵道风扇等)。尾桨产生的侧向推力,正好抵消了主旋翼带来的反扭矩,使直升机保持姿态稳定。这个我们先放在一边,因为您明确说了不是这个。

那您说的“偏转力”可能指的是什么呢?在直升机向前运动的过程中,确实存在一些力,它们会让直升机的某些部分产生“偏转”的趋势,或者说,需要通过某种方式来“抵消”这种趋势,才能稳定地向前飞行。

我猜您可能是在思考以下几个方面:

1. 旋翼的“前进”运动带来的效应(挥舞和倾斜):

直升机向前飞行,不是靠整个机身“自己”往前跑,而是靠 主旋翼 来实现。为了让升力的一部分指向前方,产生前进的推力,飞行员需要操纵 周期变距。

周期变距是什么? 简单来说,就是主旋翼的每一片桨叶,在旋转的过程中,它的迎角(攻角)是 周期性地改变 的。
当旋翼向前运动时(比如桨叶在六点钟方向),飞行员会指令桨叶的迎角减小,甚至变成负迎角。
当旋翼向后运动时(比如桨叶在十二点钟方向),飞行员会指令桨叶的迎角增大。
在左右两侧,迎角的变化会有一个梯度。

这样做的结果是什么?
倾斜旋翼盘: 这种周期变距会直接导致旋翼盘(主旋翼旋转形成的平面) 整体向前倾斜。旋翼盘的倾斜,意味着产生的总升力矢量不再是完全垂直向上,而是有一个分量指向前方,这就是前进的推力。
挥舞效应: 桨叶在迎角增大时,受到的升力会增大,这会让桨叶向上“挥舞”(向上抬升)。反之,迎角减小,升力减小,桨叶就向下“挥舞”。在向前运动的旋翼区域,桨叶迎角减小,升力减小,所以会向下挥舞;在向后运动的旋翼区域,桨叶迎角增大,升力增大,所以会向上挥舞。这种“挥舞”的幅度,在左右两侧是不对称的,因为两侧的升力在传递到桨毂时,会有不同的作用。

这里是不是有“偏转力”? 严格来说,不是一个“偏转力”直接作用在机身上,而是 旋翼盘倾斜 这个行为本身,就是为了产生前进的力。但是,这种倾斜和桨叶的挥舞,如果控制不好,或者在特定条件下,确实会产生一些非预期的姿态变化,需要飞行员通过其他操纵来纠正。

2. 旋翼盘倾斜和机身姿态的关联:

当旋翼盘向前倾斜时,主旋翼会产生一个指向前方的推力。但同时,这个向前倾斜的旋翼盘,在受力分析上,是有一个“下压力”作用在桨毂上的,这个力如果没有得到妥善处理,是会让直升机在向前飞的时候,机头有一定的向下趋势,或者说,让机身倾向于“跟随”旋翼盘的倾斜角度。

例如: 如果你让旋翼盘向前倾斜了10度来获得前进速度,那么单纯从旋翼升力的矢量分析,会有一个向前的分量,但同时,这个倾斜的升力矢量,也决定了旋翼系(包括桨毂)对机身的连接方式,可能会带来一个让机身“俯冲”的倾向。

飞行员的应对: 为了维持直升机的平飞姿态(机身基本水平),飞行员需要操纵 总距 (改变所有桨叶的迎角,整体增加或减少升力)和 挥舞/倾斜控制(微调旋翼盘的倾斜方向和大小)来抵消这种潜在的姿态变化。

3. 气动耦合效应(更复杂的层面):

更深层次来说,直升机的旋翼和机身是相互耦合的。当旋翼盘向前倾斜时,它所产生的空气动力学效应,也会影响到机身表面的气流。机身本身也会受到空气阻力,以及在向前运动时,由于机身形状,也会产生一些侧向的力或者倾覆力矩。

“偏航”的可能性: 在向前飞行时,如果旋翼盘的倾斜角度不对称,或者尾桨的推力没有精确匹配总拉力,都可能导致直升机产生轻微的偏航(机头向左或向右转)。但这通常被认为是控制不精确的表现,而不是一个固有的“偏转力”。

总结一下:

您说的“偏转力”,如果不是指反扭矩,那么它可能是在描述:

旋翼盘倾斜以产生前进推力时,所带来的让机身倾向于某个姿态(例如俯冲)的趋势。 这种趋势不是一个直接的“偏转力”推着机身往侧面转,而是因为为了实现向前飞,旋翼的升力方向发生了改变,这个改变带来的“力臂”或“力偶”效应。
或者,是在描述在复杂气动条件下,旋翼和机身之间产生的某些相互作用,需要通过精密的飞行控制来抵消。

直升机向前飞行,关键在于 旋翼盘的倾斜。为了实现旋翼盘的倾斜,需要改变各片桨叶的迎角(周期变距)。这个过程产生的直接效果是旋翼盘倾斜,从而产生前进的推力。而这个倾斜本身,以及随之而来的桨叶挥舞,以及由此产生的对桨毂的力,如果不能被飞行员通过总距、周期变距、以及其他控制方式(比如对尾桨推力的微调)精确补偿,确实会导致直升机出现非预期的姿态变化,比如机头下坠或者左右倾斜。

所以,直升机在向前运动时,不是受到一个“直接推着机身往侧面偏转”的力,而是它主动地通过“倾斜旋翼盘”来获得前进的推力。而这个倾斜动作本身,如果不能得到精确的平衡控制,会产生让机身姿态倾向于某种方向的“效应”或“趋势”,需要飞行员通过操纵来修正。 这种修正的需要,可能就是您所感觉到的“偏转力”。

希望我这样详细地解释,能够帮助您理解这个问题!

网友意见

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会,所以双叶的旋翼需要有teetering hinge,等于整个旋翼像个跷跷板一样,机身其实是吊在翘翘板上的

所以双叶的直升机严禁负G机动,因为等效于倒吊没有了,机身会在加速度推动下倾斜到桨叶里面去。

多叶的话,每片叶片都有活动铰链,允许周期性的吸收释放不平衡力

当然总体上仍然会随着速度变化,操纵平衡也会变化,所以直升机操纵系统的回中力中心点可以调节,用来适应不同速度下的操纵,而不会让飞行员一直掰着手酸。

当然低配的直升机,只能一直掰着,手酸就手酸吧。

低配直升机的高配版,会配一个可调弹力的弹簧,拉在操纵杆上。对付左右偏转的问题

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