与单旋翼直升机不同,所谓的双旋翼直升机,应该说是一个笼统的概念,因为这类直升机,不仅指上面所说的普通单旋翼直升机,还包含了共轴式、交叉式、横列式(含交叉双旋翼和倾转式旋翼机)、纵列式等多种形态。为更清晰地了解这类直升机的全貌,我们一一做如下介绍。
双旋翼共轴式直升机是一种同轴反转设计,并采用双发动机的飞行器,它主要是通过差动减速器来使两根旋翼轴(一根旋翼轴套在另一根旋翼轴中间),从而带动上、下两个旋翼按相反的方向旋转,两旋翼间有一定间距,它们的反扭矩可以互相抵消。这样,就用不着再装尾桨了。
有资料显示,这种设计,美、法等国在第二次世界大战之后曾做过尝试,但都因构造复杂而放弃。1948年,民国政府时期的航空专家朱家仁也设计过类似构造的直升机蜂鸟乙型,但因为没有试飞,现在已经无法确定这种直升机的存在。
事实上,在共轴式直升机的研发上俄罗斯是比较成功的,他们研制出了庞大的“卡”系列直升机,如卡-26、卡-226等,而卡-25还曾被确定为舰载反潜直升机的主力;另外,战斗直升机卡-50、卡-52等更是在直升机的发展史上留下浓墨重彩的一笔。但双旋翼共轴式直升机的缺点也是众说纷纭,具体分歧在于:
一是共轴旋翼的上、下旋翼之间存在气动干扰现象,会明显降低旋翼的气动效率,此外,它的桨毂在高速飞行时也易产生较强的气动阻力,不仅会增加高速飞行时直升机的废阻功率,而且存在安全隐患。
二是共轴直升机的迎角不稳定性突出,机身长度又小于直升机,因此它的平尾面积明显大于常规直升机。同时由于共轴直升机的航向控制一般依靠总距差动,因此其航向稳定性也不理想。还有,一般共轴直升机的垂尾总面积一般都大于常规直升机,而大平尾和大垂尾往往极易导致废阻功率的增加,降低直升机性能。
双旋翼共轴式直升机
三是共轴直升机桨毂的设计复杂程度远高于常规直升机,这必然对桨毂结构的稳定性提出了更高的设计与制造要求。
相对于常规直升机而言,共轴直升机的好处主要体现在节约占地面积上,优劣相抵。所以有人说,共轴直升机根本搞不赢常规直升机。当然,这类直升机性能到底怎样,至今没有定论,只能留待大众评说了。
双旋翼交叉式直升机是一种装有两副完全一样,但旋转方向相反旋翼的直升机,除与其他双旋翼直升机的设计理念相同外,其最明显的特点是两个旋翼轴并不平行,不仅分别向外侧倾斜,而且横向轴距较小,所以两副旋翼在机体上方呈交叉状,一起飞时两个旋翼仿佛要“干”仗一般,似乎要把对方直接拍在沙滩上。
由于采用的是交叉双旋翼,所以具备良好的操作稳定性和飞行安全性。它最大的特点是力量大、效率高,对部队装具的起吊、运输十分有利,尤其是大重件物资、武器的转运功效明显。
20世纪50年代,美国航空航天系统制造商卡曼公司,就研制过双旋翼交叉式直升机K-600(军用编号为H-43)。在以后漫长的40多年里,双旋翼交叉式直升机似乎销声匿迹了。直到90年代初,卡曼公司瞧准了民用直升机还缺少专门用于吊挂作业的直升机,于是研制了双旋翼交叉式直升机K-MAX“空中卡车”。该机于1991年首次飞行,1994年开始交付使用,主要用于森林地区的木材运输。
双旋翼交叉式直升机最明显的缺点,是由于采用双旋翼横向布局,易造成气动阻力增加。同时因为这种双旋翼交叉分布的两旋翼轴间距离较小,因此,它的气动阻力一般要比双旋翼横列式直升机小。
双旋翼交叉式直升机
双旋翼横列式直升机是指两副旋翼横向分别安装在机身两侧的两个支架上的直升机。这种结构的两副旋翼基本相同,唯一不同的是旋转的方向正好相反,这样便相互抵消了机翼在旋转时产生的反作用力。
该型直升机的突出优势在于平衡性好,受力均匀,安全性较强。但它的劣势也十分明显,就是操纵相对复杂,尤其是在机身两侧增装的旋翼支架,不仅加大了气动阻力,同时也无形中增加了机体自身重量,进而对装载、作战和侦察行动等带来阻碍。
总体来看,这类直升机因为其缺点过于明显,因此数量不多,还是在苏联时期,米里设计局20世纪60年代曾研发过一款世界上最大的,两侧旋翼直径为35米,机身长37米,最大起飞重量105吨的米-12双旋翼横列式直升机。尽管该机的最大平飞速度达到了260千米/时,但也仅仅才试制了4架原型便没了下文。
双旋翼纵列式直升机是指具有两副沿机体纵向前后排列并相逆旋转的旋翼的直升机。
该型直升机机身前后各有一个旋翼塔座,两副旋翼分别安装在两个塔座上,与双旋翼横列式直升机结构一样,它的两幅旋翼也没有区别,只是旋转方向相反,以平衡它们之间在旋转时产生的反作用扭矩。
双旋翼纵列式直升机的最大好处是纵向的重心范围大,这样就可以让机身的空间绰绰有余,无形中增加了它的装载能力,因此,我们现在看到的这类直升机通常为大型或中型。
比如在越南战争初期,美国曾大量使用过的CH-47直升机,除了运送兵员、军需和给养,还担负大型军备物资的长途运输任务,可谓名声在外。
优点十分傲娇,但缺点也很明显。首先是结构太过复杂,不便维修养护;其次是哥俩不和,在飞行时前旋翼尾涡对后旋翼会产生气动干扰,造成后旋翼常常处于十分尴尬的气动环境中,以致为降低两兄弟之间前尾涡对后旋翼的气动干扰,不得不对设计进行优化,抬高后旋翼“地位”,形成兄矮弟高的阶梯形态;另外,该型直升机的俯仰惯性和旋转惯性过大,机身气动力矩不稳定,偏航操纵效率较低。
双旋翼纵列式直升机