直升机的两个话题
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作者: 王玉山
“直升机”不叫“直升飞机”
飞机是由动力装置产生前进推力，由固定机翼产生升力，在大气层中飞行的重于空气的航空器。直升机是由动力装置驱动旋翼旋转而产生升力和拉力的、在大气层中飞行的重于空气的航空器。从以上这两种航空器的定义所反映出的内涵可以看出，飞机和直升机是有着很大不同的：飞机是靠动力装置先获得前进速度，在前进中是固定机翼在相对气流中产生上下压力差而获得升力，其操纵也是靠舵面和副翼在流动的空气中产生空气动力而实现。直升机则是靠动力装置驱动旋翼旋转，迫使空气向下加速流动而产生升力，其操纵也是通过安装在旋翼根部的特殊装置使旋翼的旋转面产生倾斜来实现。所以直升机能够侧飞、后退飞等，这是飞机无法完成的。
此外，飞机和直升机的英文名也相去甚远。飞机的英文名是Airplant，在希腊语中有与之对应的名词，命名起来得心应手；而直升机的英文名Helicop－ter，在希腊语中没有一个相应的词，它是由法国人阿梅古于1863年将希腊语中的“螺旋”和“机翼”两个词合在一起创造的。不难看出，这些都注定了直升机不同于飞机。所以在1985年12月版的《中国大百科全书》的“飞机”条目中这样注明：“无动力装置的滑翔机、以旋翼作为主要升力面的直升机……都不属于飞机的范围。”但在中国人日常生活中，却往往会把“直升机”误叫做“直升飞机”，以致许多媒体也在以讹传讹。就连一些大的电视台的一些金牌名嘴，至今仍“直升飞机、直升飞机”的说个不停，可见这不准确的称呼流传之广。
那么，为什么没有人把“滑翔机”叫做“滑翔飞机”呢?“直升飞机”的误称又是怎样在中国流传开来的呢?据西北工业大学姜长英教授考证，这是由1948年在中国出版的一本权威性辞书把“直升机”误称为“直升飞机”而引发的，乃至今天都有些难以改口了。但到了今天是非要加以纠正了，因为这已经影响到了对外交流。过去被我们称为“垂直起落飞机”的航空器，目前被国际上普遍称为“直升飞机”。这种飞机飞行时与常规飞机相同，只是可以靠推力转向实现垂直起落、空中悬停等，有着与一般飞机和直升机都不同的性能，所以叫“直升飞机”更贴切一些。所以停止将“直升机”再叫作“直升飞机”，有利于国际交流，减少学术上的误解。
直升机为什么能飞
直升机靠旋翼所产生的拉力垂直升空直升机由发动机驱动旋翼旋转向下拨动空气，根据牛顿“作用力与反作用力大小相等、方向相反”的定律，受拨动向下加速的空气会给旋翼一个向上并与之相等的力，这个力就是旋翼的拉力。当这个拉力大于直升机的重量时，直升机就会离开地面上升，当上升到一定高度，旋翼拉力的大小与直升机的重力大小相等时，在无其它外力作用的情况下，直升机就会悬浮在空中不动。
直升机的方向平衡 旋转的旋翼会产生拉力，同时也会产生旋转阻力。旋转阻力同样是与旋转动力的大小相等方向相反，这就必须要设法平衡这个旋转阻力，不然，这个旋转阻力所产生的力矩会使直升机向旋翼旋转的反方向旋转起来，基本上是旋翼旋转多快，直升机就要像反方向旋转多快，那种情况一旦发生将是灾难性的。高明的设计师们很快就找到了平衡这个反作用力矩的方案，那就是在直升机的尾部加装一个拉(推)力螺旋桨(俗称尾桨)，让尾桨所产生的拉(推)力，以及尾桨至直升机重心的距离所形成的力矩来平衡旋翼旋转所产生的反作用力矩。而且尾桨所产生力的大小由驾驶员通过操纵脚蹬来控制，这还实现了对直升机的方向操纵。尾桨旋转所形成的平面还是一个良好的尾部垂直安定面，可以大大提升直升机的方向安定性。这种单旋翼带尾桨的结构形式，就成了直升机的经典设计。当然，平衡旋翼反作用力矩的方法不只安装尾桨这一种，比如双旋翼直升机，只要让两副旋翼向不同的方向旋转就可以了，而且还可用两副旋翼所产生反作用力矩的差异来实现直升机的方向操纵等等，这里就不再详加介绍了。
直升机的旁侧力矩 在确定加装尾桨的位置时，会考虑气动效率、安全性等许多因素。通常会把尾桨安装在高处。在一些直升机的尾梁较低时，还要在尾梁的末端向上伸出一个尾斜梁，将尾桨安装在尾斜梁的顶端，以使尾桨处在一个较高的位置上。这样的结果，会使尾桨所产生的拉(推)力高于直升机的重心，所形成的力矩会使直升机产生倾斜，这个力矩就是直升机的旁侧力矩。飞行中，这个力矩由飞行员操纵来实现平衡。
怎样实现直升机的操纵 飞机是靠飞行员通过杆、舵、油门来改变机翼迎角和舵面的气动力，再配以相应的发动机功率来实现操纵。直升机同样是通过杆、舵、油门进行操纵，但改变的却是旋翼和尾桨的安装角和发动机的功率，这被叫做改变变距角，简称变距。变大(高)距时自然会增大旋翼和尾桨的拉力，变小(低)距时，会减小旋翼和尾桨的拉力。当然，变距是有限度的。在旋翼的根部，设计师巧妙地设计了一套操纵机构――自动倾斜器(又称自动倾斜仪)。这套操纵机构是1911年由俄国人H・尤利耶夫发明，后为所有直升机采用。典型的自动倾斜器由类似轴承的旋转外环和不旋转内环组成，它通过万向接头或球铰套在旋翼轴上，不旋转环通过操纵拉杆与驾驶杆和总距杆相连，旋转环通过变距拉杆与桨叶相连。自动倾斜器无倾斜时，各片桨叶在旋转时桨距保持恒定；当它被操纵倾斜时，则每片桨叶在旋转中周期性地改变变距。变距拉杆转至倾斜器上位时桨距加大，桨叶上扬；转至下位时桨距减小，桨叶下沉。这样就形成旋翼旋转面的倾斜，使旋翼合力倾斜，产生一个水平分力。
具体来说，就是通过这套机构不仅可以使旋翼的桨叶同时变距，还可以使处于不同方位的桨叶同时进行大小不同的变距，即周期性变距。前文说过，当旋翼产生的拉力大于重力时，直升机会垂直上升。当飞行员前推驾驶杆时，处于前面的桨叶会变小距，处于后面的桨叶会变大距，这就会使旋翼旋转的桨盘向前倾斜，也就是使旋翼产生的拉力向前分出一个拉动着直升机向前加速的力，当这个力与迎面气流的阻力相等时，就会使直升机维持在一个恒定速度上保持前飞。同样，向后、向左、向右的飞行与以上道理相同。但是，向后、向左、向右的飞行由于受发动机的功率和工作环境以及飞行员视野的限制，只能贴近地面时作短距离的移动。
在悬停中，改变尾桨的变距角可实现直升机的定点旋转，如用舵增大尾桨变距，可使直升机顺旋翼旋转的方向旋转，减小尾桨变距角，则向相反的方向旋转。但是这种旋转的角加速度不能太大，因为过负荷是伴随加速度而生的，角加速度太大，会使过负荷加大，加之尾部离轴心较远，如旋转太快，尾部的线加速度会很大，其所产生的负荷是直升机结构所难以承受的。所以，每种直升机都会在其仪表板上以醒目的大字警告：旋转一圈不可少于××秒。在前飞中，用舵直升机会转弯，但为保持等半径、等角加速度的转弯，还要配以旋翼桨盘向转弯方向的适量倾斜。
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