应对横向漂移最初级的办法是把主旋翼的旋转轴稍作倾斜,使得主旋翼产生一定的水平分量来抵消尾桨的横向推力。不过这并不能完美的解决问题,当飞行工况变化或者有侧风时,仍会发生横向漂移,因此使用更加灵活的控制办法势在必行——好在切尔瓦已经打好了基础,通过对桨毂的控制可实现桨叶旋转平面的变化,从而改变拉力的方向,不但可以让直升机在悬停时保持稳定,还可以实现任意方向的飞行。
这一系列操作下来,终于实现了直升机整机的受力平衡,可是当直升机前飞时,新的问题又出现了。
05 旋翼的复杂运动
当直升机向前飞行时,前行桨叶与来流相向而行,后行桨叶则顺着来流的方向向后运动,因而旋翼在不同周向位置时,产生的升力不同。如果不对刚性旋翼做出处理,则直升机将发生侧倾甚至倾覆。事实上,人们在早期旋翼机的试制中便遇到了这个问题,而解决的办法便是在旋翼根部增加垂直铰链,或者使用柔性叶片,使得旋翼可以产生自发的上下挥舞,产生变化的气流迎角并使得升力平衡。
除了升力之外,前飞的直升机旋翼叶片也会受到周期性的阻力影响,将产生严重的交变应力问题,使得翼根疲劳断裂。不过,既然有了垂直铰链,再增加一个水平铰链也不在话下,通过前后的摆振,叶片便可将阻力的波动一一化解。
当然,旋翼运动的复杂程度远不止于此,在实际工作中,旋翼的挥舞和摆振还有相互的影响。直升机起飞后,在旋翼升力和离心力的共同作用下,旋翼叶片会向上翘曲,叶片的重心位置会随之变化。向上翘的越多,叶片越向中央“收拢”,其重心也更靠近主轴。根据角动量守恒,叶片向中央“收拢”时,其角速度会增大。当叶片上下挥舞时,其重心的聚散变化会引起角速度的变化,从而影响到摆振的幅度。具体而言,向上挥舞时,叶片的角速度增大,叶片更趋向于向前摆振,向下挥舞时则相反。
熟悉直升机桨毂结构的小伙伴们都知道,除了挥舞铰和摆振铰,还有一个更重要的结构,便是自动倾斜器,或称斜盘。斜盘的上下运动可带动变距拉杆,使得桨距发生变化,从而调节旋翼拉力。如果使斜盘向一侧倾斜,则可使每一片叶片的桨距产生周期性变化,从而调节旋翼整体的拉力方向。因此,通过合理的操纵斜盘,便可获取任意方向的旋翼拉力,实现对飞行姿态的灵活控制。