双桨共轴直升机的双桨共轴直升机的特点

Answer 1

直升机双桨共轴式布局的优点很多：
方便的维护无尾桨结构。由于上下旋翼反向旋转，形成了直升机水平方向的力矩平衡，所以双桨共轴直升机不需要尾桨来平衡直升机水平方向上的力矩。前苏军在阿富汗的作战经验表明，作战中损失的苏军直升机有30%与尾桨有关。主要是：尾桨的弹伤或异物损伤；承载的尾梁损伤；长距离的尾桨传动轴系损伤等。共轴式直升机因取消了尾桨，所以不仅和与尾桨有关的损伤无缘，而且也可节省尾桨所耗用的额外功率。这带来了更方便的维护和更强的生存能力，比如俄国的卡-50机身后半部分的结构主要是出于气动布局的需要，即便该部分被击毁，直升机依然可以进行正常的飞行。
气动特性对称，机动性好。在使用相同发动机的情况下，两副共轴式旋翼的升力比单旋翼/尾桨布局的旋翼升力大12%。共轴式旋翼气动力对称性显然优于单旋翼式，不存在各轴之间互相交连的影响，机动飞行时易于操纵。改变航向时，共轴式直升机很容易保持直升机的飞行高度，这在超低空飞行和飞越障碍物时尤其可贵，对飞行安全有重要意义。
外廓尺寸紧凑。在提供同样升力的情况下，共轴直升机的外廓尺寸自然要比单翼直升机要小，因此雷达识别特征和目视识别特征就小，便于隐蔽；外廓尺寸小，受弹面就小，战斗损伤概率也小。由于共轴双桨没有尾桨，短短的尾撑用于支持垂直安定面，后者在前飞中提供像固定翼飞机一样的气动控制，减小周期距控制的负担。由于共轴双桨的机身短，受侧风影响较小。共轴双桨的振动也由于两副反转的旋翼而较好地对消了，平稳性和悬停性好。共轴双桨在同等升力下，旋翼直径可以较小，直升机总尺寸较紧凑，占地面积较小，特别适合海军上舰的需要。所以卡莫夫直升机公司研制的“卡”系列共轴直升机几乎独占了俄国海军市场。
现在国际无人直升机发展方向趋于认同共轴式直升机，它在相同级别的发动机下，有效载荷较单桨直升机更大，更安全，体积相对较小，也便于更小的场地起降，适合更小的地面车辆进行运载。沈阳通飞航空科技设计的直升机就采用同轴双层主旋翼反向转动的工作方式，在为直升机提供升力的同时，克服了单旋翼直升机的反扭力，使飞行姿态更稳定；因反扭力对等，可避免传统直升机发动机15%的尾桨功率损耗；采用同时变换主旋翼的硬桨，避免了直升机急转弯时的打桨意外；复合了推进式尾旋翼或双层尾旋翼用来提升直升机的飞行速度或战损时的安全系数，可比传统单旋翼直升机的安全性增加400%；甚至可在低空发动机熄火的情况下，亦可不依靠飞行经验就能使共轴直升机的平稳着陆，提高了发动机熄火后迫降的生存机率。 但是双桨共轴直升机的缺点也是致命的。
共轴双桨用套筒轴驱动上下两副反转的旋翼，同样有串列双桨的上下旋翼之间的间距问题，间距小了，上下旋翼有可能打架；间距大了，不光阻力高，对驱动轴的刚度要求也高，而大功率的套筒轴本来在机械上就难度很大。套筒轴不光要传递功率，还要传递上面旋翼的总距、周期距控制，在机械设计上有相当的难度。共轴式双旋翼直升机两副旋翼一上一下，平常飞行时不会相碰。但是在某些特殊的情况下，如在飞行中遇到突然变风，机动超过极限值，桨叶变形或损坏时，作用在桨叶上的气动力、离心力和重力就会失去原来的平衡，从而偏离正常的运行轨迹而发生碰撞。由于非对称升力的缘故，反向旋转的上下旋翼的旋转平面有在一侧“碰撞”的倾向，这进一步增加了对上下旋翼之间间距的要求，并且带来如果向有“碰撞”倾向一侧转弯时，必须比向另一侧转弯要轻柔。比如卡-50在向左做上升转弯时，必须十分谨慎，否则就会发生上下旋翼打架这样严重的事故，从而引起机毁人亡。这也是为什么看起来技术更加先进的，军方也十分有好感的卡-50，却竞争不过米-28N的主要原因之一。
双桨共轴直升机这一固有缺欠是因为现役直升机目前采用的是“柔性桨叶”。直升机为了补偿左右的升力不均匀，和减少桨叶的疲劳，桨叶在翼根要采用一个容许桨叶载回转过程中上下挥舞的铰链，这个铰链称为挥舞铰（flapping hinge，也称垂直铰）。桨叶在前行时，升力增加，桨叶自然向上挥舞。桨叶在后行时，桨叶的升力不足，自然下垂。由于离心力使桨叶有自然拉直的趋势，桨叶不会在升力作用下无限升高或降低，在传统直升机机械设计上也采取措施，保证桨叶的挥舞不至于和机体发生碰撞。就这样直升机在飞行时，桨叶在环形过程中，不断升高、降低，翼尖离圆心的距离不断改变，就像花样滑冰运动员经常把双臂张开、收拢，以控制旋转速度。要是一个手臂张开，一个手臂收拢，就会失去平衡东倒西歪了，不可能在原地旋转。而为了补偿桨叶上下挥舞所造成的科里奥利效应，所以桨叶在水平方向也要前后摇摆。桨叶在旋转中容许上下挥动和前后摆动，这种桨叶称为柔性桨叶（articulated rotor）。除了用机械铰链容许桨叶在环形过程中相对于其他桨叶有一定的挥舞外，材质也必须具有弹性，这就是为什么直升机停在地面时，桨叶总是“耷拉”着的原因。这样旋翼一旦旋转起来，由于桨叶有一定弹性，所以会呈一定范围的上下挥舞。这样，如果上下旋翼间隔太小的话，上下两个拥有自由度的桨叶很容易发生碰撞。