直升机螺旋桨(螺旋桨固定翼飞机)

喜欢看战争片的朋友经常可以看到这样的情节:

在主角遭遇敌人围攻的关键时刻，一架直升机优雅降落。直升机扮演的是救世主的角色，给主角送去增援，拯救主角脱离危险。

电影《黑鹰降落》剧照电影《黑鹰登陆》剧照

细心的朋友可能在观察直升机的时候发现了，直升机的尾部其实有一个小小的螺旋桨。

这个可爱的小螺旋桨是干什么用的？直升机飞行时它起什么作用？我们一起来看看吧！

我国自主研制的第一种专业武装直升机 武直-10武直-10，中国自主研发的第一款专业武装直升机。

要知道这个小螺旋桨的作用，我们先来了解一下直升机的基本结构和飞行原理。

直升机如何起飞

单旋翼直升机的基本结构图单旋翼直升机基本结构图

从上图我们可以知道，直升机尾部的螺旋桨就是它的尾桨。直升机飞行的关键是它头上的螺旋桨(也叫主旋翼)。

直升机飞行时，主旋翼保持旋转，桨叶上下表面弧度不同，上表面凸下表面平。

空气体中的某一点通过机翼上表面所需的时间与通过下表面所需的时间相同，但上表面的行程较长，所以空气体相对于飞机在上表面流速较快，下表面流速较慢。

根据伯努利原理，气体流速越高，压力越低，气体流速越低，压力越高。

这样空空气就在叶片上下表面产生了压力差，叶片上表面的空空气向下的压力小于叶片下表面的空空气向上的压力，所以叶片有向上的升力。

直升机飞行原理图直升机飞行示意图

直升机是如何转弯的知道了直升机是如何起飞的，我们就很容易理解直升机是如何转弯的。

如果我们调整主旋翼的叶片，使叶片不是完全水平而是倾斜的，那么空气体对叶片的拉力就不再是垂直向上的了。

我们可以把空气体对叶片施加的力记为T，这个力可以分解为两个力:垂直向上的力T1和水平方向的力T2。

垂直力T1控制直升机起飞；水平力T2控制直升机转向，直升机将朝着T2力的方向旋转。

主螺旋桨的转动让直升机可以顺利起飞和转弯，但也带来了一个问题。

根据牛顿第三定律，力的作用是相互的，两个相互作用的物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

当直升机带动主旋翼旋转时，主旋翼必然会对直升机产生一个反作用力。我们称这个反作用力的力矩为反扭矩。

如下图所示，如果主旋翼逆时针旋转，会对机身产生顺时针方向的反作用力。

桨叶对飞机的反作用力示意图飞机上叶片的反作用力示意图

如果不能消除这种恼人的反作用力对直升机的影响，直升机机体就会一直“不由自主”地原地转圈。

巧妙的尾旋翼

为了解决这个问题，科学家们想了很多办法。目前最常见的解决方案是在直升机尾部安装尾桨。

和主旋翼一样，尾旋翼旋转时，叶片两侧有一个压力差，这个压力差使得空气体对它有一个推力。与主旋翼不同，尾旋翼是垂直旋转的，所以空气体对它的推力是水平的。

如果这个推力(T尾桨)与主旋翼对机身的反作用力大小相等，方向相反，那么直升机就不会原地盘旋，例如下图所示:

没有尾旋翼的直升机

在直升机上安装尾桨是解决主旋翼反作用力的好办法，但也有很多直升机没有尾桨。这些直升机为什么不原地盘旋？

& gt& gt& gt& gt同轴双旋翼直升机

一种共轴双旋翼直升机，上下两个旋翼绕同一轴线正、反两个方向旋转，两个旋翼产生的反作用力因为方向相反可以相互平衡。

& gt& gt& gt& gt交叉旋翼直升机

双旋翼直升机的原理和同轴双旋翼直升机一样，只是它的两个旋翼轴不平行，分别向外侧倾斜，横向轴距很小，所以两对旋翼在机身上方是交叉的。

这种飞机也是依靠两对不同方向旋转的旋翼，产生两个大小相等方向相反的反作用力，可以互相抵消。

& gt& gt& gt& gt利用康达效应的直升机

康达效应是指流体(水流或气流)有偏离原来流动方向的趋势，而不是沿着突出物体的表面流动。

举一个生活中常见的例子，你很快就能理解康达效应。当我们把勺子放在水龙头下时，水将沿着勺子的表面流动，而不是垂直向下流动。

直升机尾梁与机身对接处安装有可改变叶片倾角的风扇。直升机工作时，发动机带动风扇旋转，在尾梁内部产生压缩空气流。尾梁一侧有缺口，气流从尾梁一侧的缺口喷出。

根据康达效应，主旋翼的喷流和尾迹会聚，绕尾梁旋转，从而在尾梁两侧形成压力差，产生侧向力来平衡旋翼的反扭矩。

直升机机动灵活，对起降场地要求小，应用前景广阔。它们在社会公共事业、经济发展、军事国防和我们的生活中非常有用。

希望这篇文章能帮助你了解直升机及其尾桨设计背后的科学原理。