为什么直升机可以悬停倒飞?

悬停的原理,来自“竹蜻蜓”玩具

山川、河流、森林、湖泊养育了人类,但同时也影响着人类的生产和生活。人类长期以来一直梦想从空中跨越这些障碍。为了克服地面障碍,在古代中国,早在14世纪以前,人们就试图飞向天空。中国人首先制造了一只能飞上天的“竹蜻蜓”。然而,它只是一个陀螺原理制作的玩具。明朝前后,中国的“竹蜻蜓”传到欧洲,被称为“中国的飞天陀螺”。

15世纪,欧洲有人开始探索直升机的发展道路。第一个提出直升机构想并画出草图的人是意大利著名画家达芬奇。他不仅是一位杰出的画家,还是一位发明家、工程师和科学大师。1483年,这位艺术与科学的前辈以其超人的想象力绘制出了世界上第一张垂直升空飞行器的草图——空中螺旋锥图,又称莱昂纳多螺旋。1490年,他还设计了一架由弹簧装置提供动力的飞机,这种飞机是由木头和浆过的亚麻布制成的。达芬奇称之为螺旋体。达芬奇画的螺旋图和他设计的飞机,为人类设计制造能垂直起飞、自由飞行、空中悬停的直升机,做了非常有益的探索。

直升机的旋翼就像一个旋转的“竹蜻蜓”。旋转时产生升力,向上飞,速度降低时减小。如果我们不断地给它一个力,并根据需要对它进行控制,“竹蜻蜓”就不会掉下来,而是随着升力不断上升和下降。生活中,自行车车轮的辐条和电风扇的叶片一旦转动,就形成一个圆盘,风雨无法穿透。尤其是电风扇产生的风,不仅在夏天带给我们凉爽,还能让我们明显感受到一种推力。直升机旋翼的长度是电风扇叶片的很多倍。当它高速旋转时,产生的推力会是电风扇的几千倍。这种力量是巨大的,以至于几十吨重的直升机可以随意悬停和升降。

悬停不落下,靠的是旋翼高速旋转产生的张力。

直升机和飞机都是比空气重的航空飞行器,都需要机翼和空气的相对运动产生向上的升力来克服重力,在空中飞行。然而,飞机在空中飞行时,升力主要是由与飞机机身固定在一起的机翼产生的,而向前的力是由另一个螺旋桨(或喷气发动机)产生的。当直升机在空中飞行时,升力和向前的力是由旋翼产生的。

旋转的转子是一个无限薄的圆盘(即桨盘),均匀地作用在空气上。它对空气施加向下的力,推动空气以加速的速度向下流动。同时,空气反过来给圆盘一个大小相等方向相反的反作用力。这是直升机的理论拉力。即使前进速度为零,只要转子处于正常工作状态,就能产生拉力支撑整机重量。所以直升机不仅能飞得很慢,还能在空中悬停,垂直升降。直升机起飞时,只要旋翼产生的拉力大于重力,就可以离地升空。下降时,只要通过操纵改变拉力,使拉力小于重力,就可以减少垂直下降。直升机能悬停,尾桨的作用也是不可或缺的。没有尾桨的作用,直升机会像陀螺一样不停旋转,无法保持自身的平衡和正确的方位。有些直升机没有尾桨,要采取其他措施。

悬停功能使直升机在战场上发挥了独特的作用。

由于直升机可以在空中悬停,垂直起降,因此可以在战场救援、搜救、人质解救、灾难救援、空中吊运等方面发挥独特的作用。

战场上的“急救者”。直升机战场救援可以大大减少战斗伤亡。越南战争中,美国空军参战,直升机承担了飞机被击毁受伤后营救跳伞飞行员的任务,拯救了3883人的生命,成为空战史上最大的救援力量。

搜救“鹰”号。直升机在执行搜救遇险人员或遇难人员的任务时,可以充分利用直升机悬停飞行的特点,不受地面和水上各种复杂情况的限制,快速赶赴现场求救,低空降落或悬停,灵活实施作业,快速脱离危险。例如,在朝鲜和越南战场,美军经常使用直升机营救被困在山区或丛林中的战士。越南战争期间,美军利用直升机在夜间穿越越军防线,潜入河内附近的美军囚犯拘留中心,解救被俘美军。甚至在从西贡撤离时,被围困的美国外交官被直接从大使馆顶上解救到美国军舰上。

解救人质的“琼斯”。直升机在营救人质方面有特殊效果。可以充分利用夜间和复杂天气,低空飞行,避开对方雷达侦察,达到意想不到的效果。比如6月1983+10月19格林纳达发生政变,130美国留学生被围攻。10年10月26日,美军第82空降师和特种部队营奉命营救被围困的留学生。不要移动营地。直升机接近目标后,低空进入医学院。当直升机将悬停高度降至3米时,一动不动的队员们跳了下来,冲进了校园。守卫留学生的格鲁吉亚军队猝不及防。还没等他们反应过来,队员们已经把130的外国留学生全部救了出来。

抢险救灾的“生力军”。直升机在抢险救灾中的作用更加突出。中国改革开放后,直升机在保护人民生命财产安全方面发挥了越来越重要的作用。比如19 97年初,中国新疆塔城、阿勒泰等地发生了严重的雪灾。900多人被大雪围困,交通受阻,断水断粮。形势极其危急。接到命令后,陆航直升机立即奔赴灾区。在天气恶劣、飞行路线复杂危险的情况下,他们在一个雪深两米、宽几十米的峡谷中搜寻地面上的失踪人员。直升机一次次降低悬停高度,从几公里到几百米,从几百米到几十米。最终找到了遇险群众,完成了救援任务,被灾区群众誉为救命的“活佛”。

“大力神”被吊在空中。直升机的特殊性能使其在现代生活的许多方面发挥着越来越重要的作用。在经济建设中,人们经常需要将重物吊到高处,起重机械往往受到地形和高度的限制。对于直升机来说,空中悬停和垂直升降是它的特长,空中升降更是小菜一碟。例如,在1975年加拿大多伦多电视塔建设过程中,直升机将102米的39根电视天线吊装到当时世界第一高楼的楼顶,快速、良好、省力地完成了吊装任务,降低了铁塔建设成本80%。