翼尖喷气的喷气式直升机

近10年来，喷气发动机的发展使航空事业向前迈进了一大步。而在直升机上，也开始愈来愈广泛地应用喷气发动机。

喷气式直升机可以制成机械转动旋翼(承力螺旋桨)和喷气转动旋翼两种。前者由燃气涡轮发动机产生的功率借助于传动装置传给旋翼；后者由叶尖喷口喷出气流产生的反作用力来带动旋翼。大家都知道，苏联著名设计师М.Л。米里设计的世界上最大的“米－6”直升机的燃气涡轮发动机就装有机械传动装置。

带有燃气涡轮发动机的动力装置，在使用上有一系列的优点。按其外廓尺寸和重量来说，燃气涡轮的动力装置比同等功率活塞式发动机的动力装置小很多。在某种情况下，在传动装置中也可以不用离合器及自由转动离合器。除此之外，燃气涡翰发动机在使用上、特别是在冬季使用很简单。燃气涡轮几乎不需要滑油准备、长时间加温和长时间准备。按在起动按钮一分钟后就能开车。更重要的是燃气涡轮发动机可以使用各种燃料——航空汽油、汽车汽油以及页岩油，无论在何处，直升机都可以加入该地所取得到的燃料。坐这种直升机飞行比较舒适，因为燃气涡轮发动机产生的振动比活塞发动机小。

但是，使用机械传动装置(机械傅动装置同活塞式直升机上一样，由减速器和传动轴组成)的燃气涡翰发动机仍有着一系列的缺点。

大家都知道，机械传动装置将要在从发动机到旋翼和舵螺旋桨的一段长距离之间传递几百或几千马力。所以，机械传动装置仍然很重、外廓尺寸很大，同时在使用上也很复杂。

旋翼在旋转过程中产生反作用扭矩，这种扭矩使机身向相反方向转动。为了抵偿这种影响，设计师们被迫不得不设计复杂的抗扭装置：在单旋翼值升机上采用抗扭尾桨；在其它直升机上可用反向旋转的双旋翼，这两个旋翼可在同一个轴上，也可能是在机身横向的两边或纵向的前后。

采用叶尖发动机产生反作用力带动旋翼可以克服这些缺点。下面介绍的为这种喷气傅动的最简单方案。

在旋翼的桨壳内装有过氧化氢的小箱，每个叶片有导管由小箱内通向叶尖的喷口。在必要时，驾驶员可借助电气遥控打开电磁活门供给催化剂。在叶尖小室内，过氧化氢在催化剂的作用下开始强烈分解，依靠从喷口射出的热蒸汽可以使旋翼获得20%以下的补加功率。直升机上储备的“燃料”可足够20－25次起飞用。

应用喷气原理带动旋翼可制成飞行重量为100－200吨的巨型直升机(机身内可放置35辆“胜利”牌小汽车)；也可以制成单人用的“幼儿”型直升机，这种直升机的发动机装在叶尖或装在机身内。

动力装置装在叶尖上有显著的优点：第1，整个机身可用于容纳有效载荷；第2，没有像传动装置传动旋翼时所产生的反扭矩。

带喷气传动装置直升机的有效载荷比带机械传动装置直升机高45－60%。

另一方面，叶尖发动机使旋翼的升阻比大大降低；旋翼以周速150一200米/秒旋转时，叶尖发动机产生很大的阻力。在旋翼自转状态下，直升机下落速度增大1一2倍，即达15－20米/秒。为了拖动发动机在空中旋转，需要消耗额外功率，因此，也就要消耗额外燃料。由于旋翼忽儿顺飞行方向运动，忽儿又反向运动，于是，冲上发动机的气流速度就在正负30一40%圆周速范围内脉动。这就妨碍了发动机流通部分的稳定工作。另外，发动机还受到由于离心力的作用而产生的过载，这一过载值可达300。

翼尖上还可以安装下列发动机——火箭发动机、脉动发动机、冲压发动机或涡轮喷气发动机。

火箭发动机未必可用于直升机的主要动力装置，因为它的单位耗油率太高，这种发动机只适于使直升机易于起飞和着落时的短暂时间内工作。

外国有些直升机上装有脉动空气喷气发动机。脉冲发动机引起设计师们注意的是它的结构相当简单，耗油率低。但是，它有其固有的严重缺点：噪音很大，外廓尺寸大，活门栅的寿命短。在离心力作用下，发动机受热零件易于变形、裂纹，并要求复杂的加强。脉冲发动机的修整工作直到现在还未得到满意的结果。

冲压发动机比较紧凑轻便，它的外形对桨叶空气动力破坏较小，它的噪音也较小。由于单位耗油量很大，到目前限制了它的应用。这种发动机还有别的缺点：直升机必须达到一定速度时，它才能开始工作。要使直升机的旋翼具有这一速度，必须安装使旋翼的转速达到能使主动力装置开始工作的辅助发动机。

图1涡轮喷气发动机装有旋翼叶尖上的未来的巨型直升机方案

应用涡轮喷气发动机最有前途。装有涡轮喷气发动机直升机的动力装置的功率将以上万马力计。于是，可以携带很大的重量。这种直升机旋翼的直径超过了30一40米，发动机对旋翼的特性没有多大地影响，因发动机的尺寸比较小。耗油量为中等。使用这种发动机对飞行的距离和续航时间来说，可以获得显著地效果。

在制造叶尖涡轮喷气发动机时，需要解决一系列严重工程技术问题。很重的发动机转子以每分钟几千转的开始与桨叶一起绕旋翼轴转动时，产生一种扭矩，这扭矩力图使整个发动机向上翻倒。要和这种影响作斗争，采用了下面几种办法：在每个叶尖上安装两台相反方向旋转的发动机；使发动机轴线沿着桨叶径向安装；借助于换向齿轮傅动机构使发动机的压气机和涡轮彼此迎面旋转。还有下述问题要解决。当巨大的离心力使滑油抛向发动机的一边时，必须保证高转速轴承能正常工作；还必须使调节部件适合于离心力场内工作的新条件；还有一个很复杂的问题是桨叶倾斜，叶尖载荷为几百公斤的、长20米以上的柔韧叶片，如果没有离心力和升力，可能把叶片压弯到地面。

图2装有燃气涡轮发动机和旋翼的压气机传动装置的空中猎犬

当用喷气发动机转动旋翼时，没有反作用扭矩。但是，为了操纵直升机的航向，需要在它的尾部安装不大的舵螺旋桨。如果所有附件(发电机、液压泵和气动泵等)的传动都是用旋翼来实现的，那么，舵螺旋桨还是负有虽然不大，但总是补偿扭矩的附加载荷。

但是，也有不需要舵螺旋桨并可被免在叶尖装发动机所产生的问题的喷气直升。这就是装有压气机傅动旋翼装置的直升机。它的结构如下：

机身内装有带压气机的燃气涡轮发动机，压气机可以供给比涡轮工作所需量还大的空气(这种压气机称为超量压气机)。把从发动机中出来的空气沿大直径管道引向旋翼的空心桨壳，并从那里分至各桨叶。每个桨叶内部有通道，而在每个叶尖有喷口。气流向旋转相反的方向从喷口喷出空气射流便产生反作用力。

燃气从机身内发动机的涡轮排出，并引至方向舵，用来保证不依直升机悬停或飞行为转移的方向操纵。方向舵在燃气流中的工作与飞机的类似。带有压气机傅动装置的直升机上没有尾螺旋桨，使得操纵简单。当操纵总桨矩操纵杆时，直升机便垂直挪动，这种操纵可单独进行。这种单旋翼直升机的驾驶特性接近于飞机。

直升机具有一定向前的反作用力，这力是发动机喷射气流产生的。为了保证悬停的平稳，旋翼应有一些向后的推力。当转为向前飞行或爬高时，这种直升机没有讨人麻烦的下坠问题，下坠问题是所有目前的直升机所具有的。

“空中傅动”保证了装有旋翼压气传动装置的直升机有一系列的极其优良的性能，这就是：在旋翼不转动时可以用全功率来进行发动机试车；关闭(打开)向大气放气的节气门就可以使旋翼转动，在这之后，旋翼平稳地达到给定的转速；飞行中发动机和旋翼工作不是刚性联结着的，所以，对每一个飞行状态来说，两者均可以获得最有利的工作状态。“空中传动”可以借助于旋翼的动能来改善直升机的起飞和降落特性。

没有减速器、离合器、轴及轴承可以提高使用寿命，而桨叶中的热空气完全可以解除旋翼结冰的危险。旋翼的升阻比仍然很高，因为叶尖上没有凸起的构件。所以在旋翼自转状态下，下降速度保持在5－7米/秒的范围内。但是，带压气机传动装置的直升机的单位耗油率很高。不过也有一系列的措施可以排除这一缺点。

由于喷气直升机的载荷大和设备简单，所以它的飞行小时和旅客公里的成本(价格)比装有活塞式发动机的直升机低。

显然，喷气式直升机具有发展的前途。