直升机原理与构造图解(直升机是利用什么原理升空)

不知道大家有没有这样的疑惑:像飞机这样的庞然大物，怎么可能从地面飞到空，并且航行很远的距离，即使承载这么大的载荷，也能感觉像是在地面上？下面，我们就用gif动画来解剖飞机飞行的大秘密！

大多数飞机由五个主要部分组成:机翼、机身、尾翼、起落架和动力装置。飞机的飞行要解决两个问题:一是上升；第二，前进，依靠发动机动力驱动螺旋桨旋转产生的向前牵引力或喷气产生的向前推力。上升是基于伯努利原理，即流体(包括气流和水流)的流速越大，其压力越低；速度越小，压力越大。此外，升力与迎角有很大关系。

气流的压差产生升力。

飞机运动、俯仰、滚转和偏航的三轴简化

↓↓滚转是副翼控制↓↓

俯仰运动由升降舵控制

偏航运动由方向舵控制

平衡分析（对单旋翼式）

(1)直升机大螺旋桨的旋转产生升力来平衡重力。

直升机桨叶长约2-3米，一般由5片桨叶组成。普通飞机靠机翼起飞产生升力，直升机靠螺旋桨旋转，搅拌空气体产生升力。直升机起飞时，螺旋桨转得越来越快，产生的升力也越来越大。当升力大于飞机重量时，飞机起飞。飞行员在飞行中调整高度时，只需要改变大螺旋桨的转速。

(2)直升机的横向稳定性。

因为如果直升机只有一个大螺旋桨，机身会根据动量平衡旋转，所以直升机必须有一个可以防止机身旋转的装置。飞机尾部侧面的小螺旋桨起着这个作用，飞机的左转、右转或者稳定航向都是由它来完成的。同时，为了不使尾桨碰到旋翼，直升机的机身必须加长，所以直升机有一条像蜻蜓一样的长尾巴。

Aero 空发动机:为飞机提供前进的动力。

大飞机的发动机往往采用星形设计。

早在1903年，星形发动机就被用于飞机。

1937年，世界上第一台涡轮喷气发动机开始运转。

空气体从进气道进入发动机后，首先被高速压气机压缩，产生高压稠密空气体，提供大量氧气。燃烧室喷油燃烧，向后冲击涡轮，涡轮带动前面的压气机，气流从喷嘴喷出产生推力。

▲涡扇发动机简称涡扇发动机。

很容易发现涡扇发动机和涡喷发动机的区别。涡喷发动机只有一个空气道，技术上称为“涵道”，涡扇发动机有两个空气道。也就是说，涡喷发动机是单涵道发动机，涡扇发动机是双涵道发动机。

▲发动机运转时，外涵道与内涵道空气流的比值称为涵道比。

是的，涵道比越大，越省油，经济性越好。高涵道比发动机在亚音速时具有非常好的能效，因此广泛应用于客机、运输机等。

▲对于高涵道比的发动机，主要推力不是向后喷出的高温气体，而是从涵道高速向后喷出的空气体。

现代战斗机也多采用涡扇发动机，但为了追求高空超音速性能，采用了低涵道比的发动机。

▲美国F22猛禽战斗机使用的涡扇发动机，涵道比很低，只有0.3: 1。

▲涡桨喷气发动机，简称涡桨发动机。

涡轮喷气发动机的本质类似于涡轮喷气发动机连接减速器，驱动外部螺旋桨。

▲蛟龙-600，中国自行设计研制的水陆两栖飞机，采用国产WJ-6涡桨发动机。

蛟龙-600是目前世界上最大的水陆两栖飞机，最终于2016年7月23日下线。

螺旋桨发动机通常用于小型或低速亚音速飞机。然而，也有例外。俄罗斯的图-95战略轰炸蛟龙-600使用的NK-12MV涡桨发动机，使其达到了每小时925公里的高速，接近音速。

▲俄罗斯图-95战略轰炸机

▲每台NK-12MV涡桨发动机有8个叶片，前后叶片采用同轴反向旋转方式。

▲同轴反转示意图

▲安-70运输机上的D-27螺旋桨风扇发动机

涡桨发动机的燃油效率通常比涡扇发动机高，但也不完美。原因之一是涡桨发动机多了一个减速器，即变速齿轮。

变速档的存在增加了发动机的重量，另一个就是会带来一些动力损失。

为此，一些国家开发了一种不需要变速齿轮的发动机，这就是螺旋桨风扇发动机。由于螺旋桨和涡轮之间没有减速器，螺旋桨风扇的螺旋桨转速很高，带来的好处是燃油效率进一步提高，缺点是噪音大，很难应用到追求舒适性的客机上。目前只有安-70运输机使用螺旋桨风扇发动机。

▲“安-70”运输机由乌克兰和俄罗斯联合研制，1994年12月6日首飞。

“安-70”发动机有前叶片，还有一种螺旋桨风扇发动机有后叶片。这是GE早些年试验的发动机GE36。

▲GE36螺旋桨风扇发动机

▲GE36螺旋桨风扇发动机示意图

▲实验中的GE36表现出了极低的油耗，但因为噪音大，没有在任何飞机上使用。

▲涡轴发动机没那么简单，但你可以理解它的本质。

涡轴发动机简称涡轴发动机。顾名思义，它通过“轴”传递动力。它被用在直升机、坦克和船上。

▲CH-47支奴干直升机上的涡轴发动机

前面说的涡喷和涡扇发动机，前面都有一个“压气机”，很大的一个。如果能去掉就太好了。问题是，没有压缩机，怎么压缩空气体？

飞机飞得越快，迎面而来的空气体就会越快。当达到几倍音速时空气体自然会被压缩。高压空气体进入燃烧室，与燃油混合，剧烈燃烧，高速向后喷射，获得动力。这就是冲压发动机的原理。

▲图中，(a)代表传统的涡喷发动机，结构非常复杂，而(b)代表冲压发动机；(c)指超燃冲压发动机。

劳斯莱斯早期的雷神冲压发动机

冲压发动机通常用于导弹和高超音速飞行器:

SR-71黑鸟

目前成功的例子是美国的超高速侦察机SR-71“黑鸟”。黑鸟的最高速度是音速的3.5-3.7倍。在3倍音速的条件下，通过调整结构，可以将其发动机内部结构改为冲压模式，即低速使用涡喷发动机，高速改装冲压发动机。

如此高的飞行速度让黑鸟保持了一个令人骄傲的记录——它从未在执行任务时被击落过。在SR-71的一生中，它躲避了4000多枚空空导弹和地面空导弹，甚至包括以色列发射的导弹。由于保密性很高，连当时美国最铁血的盟友以色列都不知道SR-71的存在，误以为是敌机袭击。到现在为止，SR-71仍然有很多数据和任务没有解密，这只黑鸟可能会永远保留一些谜团，就像它的试验场51区一样。