在前作中,網友阿明兄談到了雙主旋翼直升機與單主旋翼直升機的優劣問題。個人有一些淺見,在這裡提出來與大家砌磋討論一下。因為傳統的直升機,通常的配置上都是採用一個主旋翼作為升力來源,而以直升機尾桁上的副旋翼來平衡機身。多數的直升機可以說都採用這樣的設計。以物理學來說,若主旋翼以順時計方向旋轉,那就會對機身產生一個逆時計方向的反作用力矩,如果沒有外力來平衡這個力矩,那直升機就會不停的原地打轉,最後失去控制墜毀。所以尾桁副旋翼就是用來平衡這股力矩的。由於力矩力公式為「力臂X作用力」,所以尾桁越長,尾桁副旋翼產生的力矩也就越大,足夠以較小的副旋翼就平衡主旋翼所產生的強大逆向力矩。而這也就是近代直升機的主要平衡原理。

但是一直以來,這樣的設計有很多問題。首先,出入戰區的運輸直升機都很容易遭到敵方地面小口徑火炮的攻擊。萬一擊中副旋翼,那直升機幾乎一定開始打轉失控,最後墜毀。另外在機身上裝載了另外一組旋翼,但是這組位於尾桁的副旋翼,卻沒有辦法提供任何升力,純粹浪費寶貴的機身空間。此外長長的尾桁很佔空間,特別是在航空母艦、兩棲攻擊艦與驅逐艦上,要搭載這樣的直升機非常浪費機庫空間。而且因為尾桁通常都有一定長度,且位於正後方,直升機的駕駛不容易時時去注意尾椼的位置。常常在低飛或降落時,勾到電線、樹木、建築物而造成危險。許多直升機的意外就是飛行員在無意間,讓尾椼副旋翼去勾到異物而使直升機失控。而也就是因為採用這樣的傳統設計構型,會有這麼多的問題。讓直升機執行任務時,有非常多的限制。所以讓各國設計人員莫不希望發展出更新穎的設計,來取代這種舊的傳統構型。一般來說在過去的數十年間,主要的替代方案有下列幾種,本文將一一簡略介紹其優劣。

同軸雙主旋翼直升機

ka-27
(卡莫夫設計局所生產的Ka-27型直升機。採用同軸雙主旋翼構型)

同軸雙主旋翼直升機這個概念出現的非常早,許多國家都嘗試過這樣的方案,但是其中最著名的就是前蘇聯的卡莫夫設計局。在前蘇聯的時代,卡莫夫設計局專攻直升機的生產設計,而且幾乎推出的直升機都採取同軸雙主旋翼的構型。對於這種構型的設計生產經驗可謂獨步全球。這種設計的原理,就是在同一個主承軸上,分別安裝上兩個旋翼,旋轉方向剛好相反,互相抵消其反作用力矩。這種設計的好處就是,兩個主旋翼雖然旋轉方向不同,但是都能提供向上升力,這就遠比單主旋翼的直升機更有優勢。這讓卡莫夫設計局的系列直升機,都以大升力著稱。而且沒有了尾桁副旋翼,讓這種直升機沒有被擊中副旋翼的顧慮,而且因為不需要有一個長的尾桁力臂,讓這種直升機都有非常緊緻的外型,適合用於海上船艦的搭載配署。前蘇聯海軍也一直採用這款直升機來當各種反潛、巡邏、運輸的平台。

ka-50 
(卡莫夫設計局推出的Ka-50武裝攻擊直升機,亦採同軸雙主旋翼的構型。)

但是有一好沒兩好,這種同軸雙主旋翼的直升機構型,除了卡莫夫設計局外,並沒有被世界上的多數直升機生產設計公司所大量採用。原因就在於同軸雙主旋翼直升機擁有幾個無法克服的缺點。第一個致命缺點,就是同軸雙主旋翼的構造十分複雜,兩個主旋翼要以同軸且反方向旋轉,旋翼的機械零件也要非常精密,且不容易拆卸保養維修。大量部署這樣的直升機對地勤人員與後勤系統是負擔非常沉重的。此外傳統構型的直升機靠尾桁副旋翼控制機身的穩定,也因此只要利用尾桁副旋翼,就能讓機身在空中懸停並進行三百六十度的旋轉,作出各種定翼機所無法作到的動作,而這也是直升機最大的優勢。但是同軸雙主旋翼的直升機並沒有尾桁尾旋翼,在懸停時無法作出這些傳統直升機的敏捷動作。這都是這種構型直升機在過去不受到青睞的主因。到了近代,直升機性能越來越強,特別是武裝攻擊直升機的出現,成為直升機市場的兵家必爭之地。專長生產同軸雙主旋翼的卡莫夫設計局,也推出了同軸雙主旋翼的武裝直升機,但是卻面臨了一個非常重大的問題,那就是武裝直升機常常必需擁有非常強悍的空中運動性能,傳統構型的武裝直升機幾乎都能進行90度側飛,360度滾翻。但是同軸雙主旋翼的武裝直升機,卻因為兩個主旋翼可能在激烈的空中運動中互相碰撞,發生嚴重事故。而使得採用同軸雙主旋翼的武裝直升機,被迫去限制一些對同軸雙主旋翼直升機來說,相對比較危險的空中飛行動作。由於目前連許多軍用運輸直升機,都能進行90度側飛與360度滾翻。這也讓卡莫夫設計局在推出新的Ka-60多用途直升機時,決定放棄了同軸雙旋翼直升機的這種構型。(未完待續)

 

PS:幫國家地理頻道打個廣告。從8月24日禮拜一開始,晚上十點將會播出系列節目「直升機戰爭」,介紹軍用直升機對戰爭的影響。

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留言列表 (8)

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  • 阿明
  • 謝謝解惑!!

    後續大作期待中...
  • 也希望一點意見可以給你作參考^__^

    sophist4ever 於 2009/08/24 08:37 回覆

  • 朱朱
  • 同軸雙主旋翼只要調整兩組旋翼的速差不是可以產生相當於副旋翼的扭力來原地迥轉嗎?
  • 朱朱兄;

    關於這個問題,同軸雙主旋翼直升機的確可以用差速器來進行原地旋停,但是其敏捷性與穩定性遠比傳統構型的直升機差很多。

    國內知名的軍武作家Flak大,曾經發表過一篇文章談武裝攻擊直升機,就對於卡莫夫設計局的同軸雙主旋翼直升機有過非常精闢的評論。試引一小段:
    -----
    取消尾旋翼也等於失去一個有用的方向控制器,故同軸雙旋翼需要利用主旋翼差動等複雜手段來改變方向,這些手段的效率都比不上尾旋翼,使Ka-50反而失去閃躲地貌的機動性能。甚至Ka-50的方向控制手段先天就有很多缺陷,同樣在下降速率每秒5公尺,時速60公里時,Ka-50的方向控制會失效。甚至Mil設計局還指出,在航空表演中,Ka-50看似可以表演各種高難度動作,但Mil設計局指出,在爬升後急速改變方向的動作中,Ka-50其實只能向左轉,若是向右轉,旋翼就會撞在一起。
    ------
    原文網址 http://www.diic.com.tw/comment/20020131.htm

    給您參考一下。

    sophist4ever 於 2009/08/24 08:42 回覆

  • lin0093
  • 真的是有一好沒兩好 ...
  • 廉政公鼠
  • 俄國卡莫夫設計局的直升機除了同軸雙旋翼這個設計有問題之外,並列雙座的設計也是問題多多.

    尤其是在攻擊直升機,並列雙座的視野死角將大於普遍的縱列雙座設計,地貌飛行的安全性極差,並列設計將如flak老大所說"坐左邊的看不到右邊,坐右邊的看不到左邊,當兩個人都注意旁邊時,前面誰看?"
  • 朱朱
  • 感謝說明。我其實貼完了上文也想到了力矩大小的效率不同。多謝指正。
  • OP
  • 版主您好:
    我想到氣墊船,氣墊船不也是利用螺旋槳來產生上升的力量,屁股再加一個推動用的螺旋槳.如果是這樣子的話,他沒有原地打轉的問題嗎?
  • tw96621com
  • 直升機構造原理的書

    版主你好 有誰知道直升機構造原理的書那裡可以買到 請告訴我好嗎 謝謝
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