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直升机是靠螺旋桨带动几十吨的机身飞行,为什么把桨叶架起来却经不住机身的重量?

  其实,只要桨叶的受力角度搞正确,即使直升机是静止的,直接用桨叶把它给架起来也是可以的,简单来说就是:桨叶在旋转的时候是一个怎样的角度以及是如何受力的,那么静态时的桨叶也需要以同样的角度去受力,这样的话,桨叶就能把机身给架起来。大家不要想当然的觉得直升机的桨叶在旋转的时候是水平的啊,然后觉得桨叶对机身的作用力就是简单的垂直向上,这样去理解就错了,为什么?因为桨叶并不是直接跟桨轴连接在一起的,而是通过一个叫做“挥舞铰”的部件后才和桨轴连接在一起,这个挥舞铰的作用就是使桨叶能够上下摆动,保证飞行器在飞行时的稳定(挥舞铰的具体作用这里不作详细讨论),所以,在挥舞铰的作用下,直升机的桨叶在旋转的时候其实是这样的:

  桨叶在旋转时会稍微向上抬,形成一个 类似“倒锥形”的结构,如上图所示,从图中的受力分析我们可以看到,桨叶在高速旋转过程中,除了会受到升力的影响外,同时还会受到自身离心力(一种虚拟的惯性力)的影响,其中力F1是离心力沿桨叶方向的分力,F2则是与升力相反方向的分力,F2可以抵消掉一部分升力,使桨叶不能在升力的作用下无限度的往上抬,而是保持在一个特定的角度,而且根据桨叶不同位置距离桨轴的距离不同,受到的升力和离心力的大小也是不同的,即桨叶受到的升力也并不是简单的直接桨叶的某一点上,而是需要分配到桨叶的任何一个位置,同时,离心力的分力F1同时会对桨叶产生一个“拔”的力,这个力沿着桨叶方向,简单来说就是:桨叶不仅仅受到往上“抬”的力,同时还会受到一个“拔”的力。“拔”力的受力分析大概如下图所示:

  图中F合为F1和F2的合力,这个合力同样起到把直升机拉起来的作用,所以,对于直升机的桨叶来说,首先是升力并不是作用在某一个点的,而是需要分配到整个桨叶上,同时离心力分力F1的作用会进一步减轻桨叶的负担,关于这个对桨叶的“拔”力,我们可以这样理解,举一个例子:用三条长的薄铁片看做是直升机的桨叶,一个重物看做是直升机,铁片固定在重物上,此时如果你直接用铁片抬,那么肯定不能把重物给抬起来,铁片会弯掉,但是如果从一定的角度(倒锥形)同时拉这三条长铁片的话,那么就能很轻松的把重物给抬起来了。因此,直升机的桨叶就有点类似这个原理,在不考虑流体对桨叶升力的话,我们可以直接理解成是通过“拉”或者“拔”桨叶把直升机带起来的。

  因此,如果想要在静态的时候通过桨叶把直升机“抬起来”,那么就应该把桨叶稍稍往上抬一定的角度,然后沿着桨叶的方向施加拉力,即通过“拔”、“拉”桨叶把直升机给架起来,而不会直接往上抬桨叶,直接往上抬的话,力的作用就集中在桨叶的某一个点,肯定是行不通的,而通过拉桨叶的话,其实力作用点就是在桨轴上,而不是直接在桨叶上,这种情况下,是有可能在静态时通过桨叶把直升机“拉”起来的!

  

直升机是靠螺旋桨带动几十吨的机身飞行,为什么把桨叶架起来却经不住机身的重量?

  这说法是错的!机翼的强度是可以支撑起整架飞机重量的,真正承载直升机全身重量的地方是在机翼宽与机身侧宽一样长的那段范围内。我们仔细去观察直升机机翼会发现机翼的厚度是中间厚然后往两边不断打薄的,这是在设计直升机机翼强度的时候有一个指标,那就是在机翼侧宽长度的范围内要架得起整架直升机,像美国的阿帕奇直升机,在这个部分的厚度是5厘米,这种厚度已经持平航母的甲板了,航母都能够起降几十吨战斗机,直升机机翼自然也架得起整个直升机。

  其次,平衡力作用。架住机翼两边边角这种抬架方式将使得机翼的受力点局限到两个点上,而这两个受力点又因为杠杆的原理造成的超过机身重量好几倍的重量。但是直升机旋翼却不是这种工作原理的,直升机旋翼工作以后,这个受力点是一个非常均匀的着力方式,以旋翼中心慢慢的往两边摊开受力,越靠近旋翼中心的部位受力最大,越靠近边翼则越小。也就是说,在直升机机翼最薄的地方实力受力非常小。

  现代的先进直升机采用的是复合材料桨叶,相比传统的金属桨叶,质量大大下降,甚至能降到两三个人就能轻松抬走的地步。而且复合材料桨叶有各向异性,在垂直于轴线的方向上很软,受到这些力时会发生很大弯曲,甚至会被直接折断。所以直升机在静止时不能用桨叶吊起来。而在高速转动起来之后,旋翼除了受到空气升力,还会受到旋转带来的离心力,这正是旋翼能支撑起飞机的关键。受到升力作用后旋翼会微微上翘,偏离旋转轴面,连带升力也离开垂直方向。而离心力方向一直沿着轴面,加上桨毂的拉力,这些力会遵守高中学过的力的合成规则,产生一个垂直向上的合力,这个合力才是带动飞机的关键。

  这个现象就和我们生活中的用绳子系着物体转动一样,当转速足够时,就算没有直接的向上的里,物体也会在合力作用下沿着螺旋线上升。在直升机上,正是离心力和其他力的合成作用让旋翼承受了飞机的重力而不会被从中间折断。这也正是复合材料非常适合制造旋翼的原因。复合材料里使用纤维增强,而它能承受的顺着纤维方向的力最大,其他方向的力却却不行。用它制成的复合材料也继承了这一点,顺着纤维方向非常耐拉,但垂直于纤维方向就很软。而直升机旋翼正是需要耐拉,所以用它制造再合适不过了。

  个人理解这是个非现实又实际的问题,直升机旋叶高速旋转下由桨叶承受载荷,为直升机升空提供升力是其工作模式。感觉现实可能无需象测试固定翼飞机一样,以桨叶吊挂的方式来测试提升整架直升机的能力,作想象的用来测试桨叶、机体等技术性指标的可能性吧。

  既然问答提出了否定静态靠支撑(吊挂)桨叶来悬空(提升)直升机之问。那个人就依此设想猜测可能的结果及可能的方式喽。

  表面看直升机靠其桨叶旋转提升机体,实际机体重量(当然也包括桨叶自重)是由桨叶旋转时,推动空气下排带来的反作用力,给机体提供克服机体重力的上升力而飞行。此时桨叶推动空气是全桨叶面做功实现的,而且桨叶之各区位因旋转离轴距离的不同,桨叶各区域对空气的线速度就有高低了,而速度又决定着此处桨叶推动空气时其承载的反作用力,故旋叶各部位的单位面积下承受之力,随离转轴远近将有明显的大小区别。也就是说越离桨叶旋转轴远的,单位面积相对应的与空气接触的线速度越高,其桨叶单位面积承受之作用力越大。故桨叶旋转提供直升机升力的大小,并非均分在桨叶的单位面积上,它只显现综合给出直升机由桨叶提供升力的现象罢了。

  如简单的以固定翼飞机的机翼测试载荷方式,给直升机做一些所谓较密集的一般性钢性等高支点做支撑,再以机体重量做配载的,估计将会直接损坏桨叶(也就是说无法以该方法正常支撑起直升机)。原因是此时钢性支撑相当于给桨面做均分承载了,而桨叶的柔性会让转轴近处叶片实际承载又会过大,故无法正常的将机体提升(强行将因而损坏桨叶),此支撑方法它应该是不符合桨叶的实际承载能力范围的。

  要假设能做到静态靠桨叶吊挂(支撑)的成功,个人以为除非是在各部位支撑(此处只以支撑方式为例说明,吊挂实际也一样)点之承载力,相应调整至相接近于其旋转时的动态载荷范围内,即假设各支撑点之支撑力可调节为前提,可调节意味着对应正常工作时可变型的桨叶而言,此时支撑点就有高低出现了。调整显现的是离轴近处单位面积支撑力会小,而远处同等单位面积支撑力为大,它必须做到单位面积支撑力大小符合动态桨叶各部位不同的,其数值为其各部位实际所承载的相适应范围,这样假设的条件下本人猜测,还是可将本题之问的不可能成为有可能噢。

  当然实际此种可能的做法是不现实也无大意义的,因为实际操作还必须考虑到,因直升机旋叶面积小,它完全不同于普通固定翼飞机机翼(大面积),也就是说直升机其桨叶单位面积承载的负荷比固定翼飞机之大翼要大的多的多,两者相比旋叶的单位面积负荷就相当的高了,为此理论上讲支撑点的多少(密集度),需要多到不会因支撑点少而破坏桨叶的程度,据此条件下才有可能在静态下,以提升(悬挂)桨叶的方式来悬空直升机机体。另外,因静态下桨叶平面不具(少了)旋转时的钢性,此时的桨叶显现的缺乏钢性之特点下,它是否具有以支撑的方法来分担,那各自部位相应的机体负担重量,这也是个现实存在的问题哈。

  对于实现静态下由桨叶支撑(吊挂),来实现所谓支撑(悬空)直升机的逻辑之必要性认识。个人以为,因直升机桨叶以旋转桨叶(从某种角度也可讲成特殊的翼)为其工作状态,不同于固定翼飞机之翼的其等面积等负荷,据此静态下可做近似的模拟测试,而直升机它是无法靠静态的方法,来做其旋叶的动态数据测试的。因为旋桨叶与固定翼的使用工况是完全不同的,其桨叶承载的负荷与桨叶之区域的不同,还有转速快慢的不同,显现出桨叶整体与桨叶局部承载受力均是在变化的,桨叶静态之下根本无法还原或模拟其旋转时的真实工况。据此个人以为这纯粹只是个因问而答的问题,以上假设成立之答题,应该与实际直升机的开发或研究无关噢。

  以上纯属个人认知和理解及猜测,有误可直言批驳或指正哈。

  我是小地,我来回答!确实,直升机是靠螺旋桨能够“提起”机身,但在地上却撑不起它!直升机是不需要经过跑道滑行而直接垂直起飞及降落的航天器,它之所以能够实现垂直起飞及降落,这是与它的设计结构密切相关的。

  我们都知道,飞机之所以能够飞行,并非像地面上飞驰的小汽车那样是靠实打实的生拉硬拽而实现的,它涉及到机械构造、空气动力学以及飞行力学以等很多方面的知识,说白了直升机就是靠“借力”飞行的。话不多说,先上一张图,看看直升机的主要结构图解。

  从上图可以看到,在直升机的上方有个巨大的螺旋桨(准确的叫法是“旋翼”),而直升机就是靠发动机驱动旋翼提供升力把直升机“托起”在空中的。在直升机的尾部则也有一个小的螺旋桨,它是用来平衡反扭矩和对直升机进行航向操纵的部件。

  通过牛顿第三定律我们知道“相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,且作用在同一条直线上”,因此,如果直升机上只有一个旋翼没有其他措施的话,当直升机在启动被“托起”的一瞬间便处于摇摆状态,对飞行极为不利,而旋转着的尾桨相当于一个垂直安定面,能对直升机航向起到稳定作用。

  直升机的桨叶是由复合材料制作而成,它需要具有很好的韧性和抗疲劳性,因为旋翼不仅要提供向上的升力,还要在飞机姿态改变时承受各个方向的扭力,如果单纯用一般的金属材料,很有可能被扭弯或者折断,导致直升机无法起飞或有坠机的危险。

  旋翼的桨叶转动是做圆周运动,当旋翼停止转动时,旋翼的桨叶呈下垂状态,当旋翼转动时,由于离心力大小的不同,桨叶处于拉平或上扬的状态,在旋翼的旋转作用下,空气在桨叶的上下两个面形成压力差,使得直升机被“托起”。旋翼同时,在直升机的旋翼上还安装了自动倾斜器,它能驱动直升机倾斜来改变方向。

  看完这些,你对直升机的飞行原理有了更深刻的认识吗?如果你有更为通俗易懂的解释,欢迎在下方留言!

  你架的方式不对。气动力是比较均匀的分布在整个叶面上,而不是集中在几个支点上。真要玩,应该像机翼载荷实验一样弄无数个承力点。

  很多人想到了旋翼旋转时的离心力是否会帮助承力。理论上一定有影响,但是关键看数量级。

  直升机旋翼都是轻质材料,10吨级的阿帕奇,一片桨叶两个人就抬走。个人估计离心力的垂直分量不会是升力的数量级,因为角度太小了。我们知道绷紧的晾衣绳,其应力是远高于衣物重量的。如果用拉力提供一份升力,可能需要材料经受一百份拉应力,这太不划算了。这个拉力对螺旋桨的振动模式等应该影响很大。

  新一代的高速推进直升机已经采用硬质桨了。可见离心力对升力影响不会太大。

  在所有飞机中,据说最难搞的是直升飞机。你看我们国家搞的20系列的飞机中,从开始研制到研制成功,花的时间最长的就是直20。

  直升飞机最难搞的就是旋翼系统,因为它的力学特性非常复杂,特别是气动力学。飞行时,直升飞机的旋翼一直在不停地旋转,旋翼尾端的点速度最大,沿着轴向往里,点速度越来越小,相应地各点产生的升力都是不同的。直升飞机前进时,假如旋翼是顺时针旋转,那转到左边的旋翼就是迎风而动,而转到右边的时候,却变成了顺风而动,结果左边升力大,右边升力小,飞机就会向右侧翻。反之,旋翼逆时针转动时,情形正好相反,但结果是向左侧翻。这样的飞机只能悬停,不敢前飞,要之何用?设计师们用挥舞铰来解决。就是说每个叶片的根部和旋翼转轴是用铰关节来连接,这样可以使旋翼上下自由挥动。当旋翼转到迎风侧升力大于对称的顺风侧时,迎风侧旋翼上挥,卸掉部分升力,保持两侧升力平衡。这样直升飞机才能稳定地快速前飞。

  旋翼一般是装在飞机顶上的,飞机前进时,旋翼的拉力点就和飞机的重心有一个距离,使直升机产生了一个低头力矩,这个也要解决。

  直升飞机在做前进,后退,侧飞,悬停等动作时,都很复杂。但有一样绝对离不开——旋翼旋转。相对固定翼飞机来说,直升机的旋翼看起来一般很清瘦,在地面停着不转的时候,翼片甚至会耷拉下来,显得软软的。可是旋转起来,竟然把这么重的直升飞机抬升起来,很神奇的样子。原理其实很简单,就是利用旋翼旋转时产生的离心力,把旋翼拉直,就好像两个人用绳子来抬一桶水,用力往两边拉,桶就升起来了。

  直升飞机的翼片一边旋转一边产生升力,会把翼片往上抬,如果翼片和转轴是刚性连接的,当然就可以像用扁担抬水一样,把飞机抬起来。可是有必须要有的挥舞铰啊!翼片受了升力就会往上举,会把这个升力给卸掉。所以说到底,是离心力拉直了旋翼,旋翼产生的升力才能把飞机拉起来。因此,设计直升机的旋翼时,没有必要把旋翼设计的很能扛,而是有必要设计得很抗拉。当然扛多少拉多少,这个必须找到一个平衡点,这又是一个难处。

  直升飞机的旋翼一般都是细长的样子,为什么不加宽翼片,产生更大的升力呢?直升机的飞行,一直都是在找着各种平衡点。和同展长的窄长翼片相比,当翼片加宽,升力大增,直升飞机维持升重力平衡时就可以降低转速,同样上升或前飞时也可相应地降低转速。前景好像很不错,只要加大转速,岂不是可以飞得更快更高更重?但结局很残酷——行不通!原因有二:

  一,由于挥舞铰的存在,升力必须要有离心力去平衡,转速低,离心力小,升力大,结果是旋翼上翘,转动起来就象一个人斜举着双臂转身,形成的是一个开口向上的圆锥形。翼片上举角度太大肯定是不好的。这样只能加大翼的配重,得不偿失。

  二,直升飞机的升力,最终依靠的是发功机,旋翼系统的变化必然要跟发动机功率因数有密切的联系。翼片加宽了,要保持低转速,就要下偏翼片,升力加大,阻力就大,消耗功率也大。所以通过加宽翼片来省油不现实。就是会牵一发动全身,必须要全盘考虑取舍才行。

  综合来说,研究直升机,有太多的平衡点要平衡,是非常考人的。

  还是讲的通俗易懂一点吧,其实我以前也有这个疑惑,后来查阅各种资料,终于找到答案。

  如果在静止状态,通过螺旋桨把直升飞机架起来,螺旋桨的叶片肯定会弯掉或者折断。原因是受力点集中在螺旋桨的某一点。如果有条件,你可以拿个直升飞机模型实验一下。我刚好有一台[呲牙],可以看下,叶片很柔软,这样拿着,很容易被折断。

  也可以捉一只带翅膀的昆虫,比如蜻蜓,蚊子 ,苍蝇等,他们的翅膀那么柔软,也架不起它们的身体。

  直升飞机在起飞时,主螺旋桨高速旋转,这个时候,在离心力的作用下,螺旋桨会对转轴产生一个向外的拉力,力得作用点就在桨叶和转轴的连接处。这个地方做的很坚固,肯定不容易拉断。

  而螺旋桨的桨叶,一般是容易“折”断,不容易“拉”断。举个例子,一个小纸很容易被折变形 ,但是不容易被拉断,好像这是所有物体得特性。

  桨叶在高速旋转时,空气会对桨叶产生浮力,这个浮力也是均匀分布在桨叶上,而不是作用在一点,而桨叶上的浮力会产生一个分力,这个分力就是桨叶对转轴的拉力。也可以说,直升飞机是被桨叶拉到了天上。

  可以做个小实验,找一根绳线,一端绑上一个橡皮,一端绑上一瓶矿泉水,然后那在手里甩起来,可以看到,很轻的橡皮会把一瓶矿泉水拉起来。而旋转的那部分绳线,就好比直升飞机的螺旋桨。网上搜到一个类似的离心力实验!转起来后,塑料漏斗可以把不锈钢碗拉起来,一样的道理?。绳子虽然柔软,但是抗拉。

  不知道楼主架指的是什么架法?是在螺旋桨的尖端架呢,还是在螺旋桨靠近轴的一端架呢?如果楼主指的是在尖端架那不好意识这个世界上没一个直升机能架的起,如果楼主指的是在靠近轴的一端架,那这个世界上只要是个能飞的直升机都能架的起。

  这个原理很简单就是杠杆原理,我们把固定在轴上的一端视为支点,把架的一端视为发力点,螺旋桨的尖端因为离支点远所以受的每一份力都会在支点段无限放大。打个最简单的比方,楼主拿个筷子看看是不是两支手相距越远越容易将筷子折断,如果将两支手并在一起折筷子那肯定是很不容易折断的(反正我家的筷子我这样弄没折断过)。所以这个道理用在直升机上也一样,你将直升机螺旋桨与轴的链接处看做你的一直握筷子的手,将螺旋桨看做筷子,将你需要支撑的地方看做你握筷子的另外一只手这个原理就互通了。

  解释清楚了基本原理我们再来说为啥直升机飞起来螺旋桨不会断,因为直升机螺旋桨是一整个升里体,只要旋转起来它的每一个部分都能产生一个向上的力,所以当直升机运转时它螺旋桨上向上的力分散在螺旋桨的每一个地方而不仅仅在螺旋桨的尖端,这就好比你需要折断的筷子上的每一个地方都握了一个像上拉的手,而这些手组成的合力才是之前你一只手发出的力,所以即使有力作用在螺旋桨的尖端,也会因为力较小处于螺旋桨的承受范围之内而不会折断螺旋桨。

  听下面很多人说离心力可以平衡掉折断螺旋桨的升力但事实上这是不可能的,大家可以自己画画受力分析图,首先螺旋桨产生的离心力是水平方向的,而升力是垂直方向的,两个力的合力只改变了力的方向并没有改变大小。而这个斜向的力反过来同样也可以分解成原本那个向上的升力和向水平方向的离心力,这也就是说作用在螺旋桨上向上的力并没有变小如果螺旋桨承受不了这个力该断还是得断,相反由于离心力的作用螺旋桨还得再承受一个水平方向的拉力,这不仅不会帮助螺旋桨承受升力相反还加剧了螺旋桨的受力情况让螺旋桨更容易损毁(当然这一切的前提是他们假设中的那个本身支持不了飞机的重量,只有转起来才能支持的螺旋桨)。我们打个简单的比方,好比你用一根线吊着一个重物而且这根线本身承受不了这个重物的重量,那么你觉得把他们转起来这根线是会向你们说的那样不会断还是断的更快?

  看了几个回答,云山雾罩的,把一个简单的问题弄的太复杂了。

  直升机的原理类似于抽水机,抽水机机体内的叶片飞速旋转,将抽水机内的水向上甩,大气压强作用,被抽水体内的水源源不断的补充入抽水机内,抽水机机体内叶片不停旋转,水便由低处抽到了高处。

  直升机也是同理,直升机桨叶的作用只是将直升机上方的空气排空,大气压强就把直升机托了起来,这就叫升力,桨叶旋转越快,直升机就飞的越高,桨叶向上排出去的空气与自身相等,直升机就悬停,桨叶向前方倾斜,桨叶便在提供向上升力的同时,也提供了向前运动的力,飞机就向前飞行。

  所以直升机就不是靠桨叶拉上天空,而是大气压强产生的升力把飞机托上天空。

  你想靠桨叶把直升机架起来,那桨叶还不折了?

  

直升机是靠螺旋桨带动几十吨的机身飞行,为什么把桨叶架起来却经不住机身的重量?

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