Language
Country/Area
No result found
從纖維材料到控制系統：尾旋翼的設計背後有何驚人科技？
在傳統的單旋翼直升機中，尾旋翼是一個至關重要的組件。這個較小的旋翼垂直或接近垂直地安裝在直升機的尾部，通過旋轉來產生類似於螺旋槳的水平推進力，其推進方向與主旋翼旋轉的方向相同。這樣的設計不僅是為了增加機動性，還有助於抵消主旋翼旋轉所產生的反作用扭矩，確保直升機穩定的飛行。
尾旋翼的設計使其在飛行過程中能夠有效地對抗主旋翼帶來的扭矩，換句話說，若沒有尾旋翼或其他反扭轉機制，直升機就會朝著主旋翼的相反方向不斷旋轉。
尾旋翼的設計相對簡單，因為它只需要通過改變旋翼的集體變 pitch 來變化推力。這種旋翼的傾角由駕駛員通過反扭轉踏板來調整，這不僅可以控制推力，還允許駕駛員在垂直軸上旋轉直升機。配置的驅動系統包括一根由主傳動系統供電的軸，並在尾部的尾管上安裝了一個齒輪箱，這為尾旋翼提供了適當的角度驅動。
在較大的直升機上，尾旋翼的推進系統可能還會包括中間齒輪箱，這些齒輪箱將驅動軸從尾管轉移到尾桁的上方。最有趣的是，尾旋翼的桿尾桅可能還充當垂直穩定翼，以減少在向前飛行時尾旋翼的動力需求。同時，在某些飛行速度下，當尾旋翼或其控制系統失效時，尾旋翼桅也可提供有限的反扭矩。
約10%的引擎功率用於尾旋翼的運行，這展示了其在整個飛行過程中的重要性。
設計與材質
尾旋翼系統通過旋轉稱為葉片的小型空氣動力學翼來獲取推進力，這些葉片的傾角是變化的，旨在改變產生的推力大小。這些葉片通常使用復合材料建造，核心可能是鋁蜂窩或塑化紙蜂窩，外部覆蓋鋁或碳纖維復合材料。尾旋翼葉片可以是對稱的或非對稱的空氣動力學設計。
尾旋翼的傾角變化機制可通過從駕駛艙中的反扭轉踏板到尾旋翼齒輪箱上安裝的機構的控制纜繩或控制管來實現。在更大的直升機中，這一傾角變化機制還會通過液壓動力控制伺服來增強。在液壓系統失效的情況下，機械系統仍然能夠控制尾旋翼的傾角，儘管駕駛員所感受到的控制阻力將會大大增加。
尾旋翼由直升機的主動力裝置供電，其旋轉速度與主旋翼成正比。在活塞式和渦輪式直升機中，主旋翼和尾旋翼通過自由輪離合器系統機械連接，這使得在引擎失效時，旋翼仍然能保持旋轉。在自轉過程中，主旋翼的動量持續驅動尾旋翼，使得駕駛員能夠保持方向控制。
可靠性與安全性
尾旋翼及其提供動力和控制的系統對於安全飛行而言至關重要。與直升機上的許多部件一樣，尾旋翼、其傳動系統以及驅動系統中的許多零部件通常被視為生命受限項目，意味著它們在某個飛行小時數後將被任意更換，無論其狀況如何。部件的更換之間，並需要進行頻繁的檢查，以視覺以及化學手段（例如熒光滲透檢查）來檢測弱部件，以便在其完全失效之前發現問題。
儘管對於減少失效的強調十分明顯，但失效事件偶爾仍然會發生，通常是由於硬著陸、尾部撞擊或外來物損壞導致的。即便尾旋翼被認為是安全飛行的必需品，尾旋翼功能的喪失並不一定會導致致命的墜毀。
如果失效發生於接觸地面時，飛行器已達到低高度，因此駕駛員可能能夠減少主旋翼的集體傾角，然後成功迫降。在巡航飛行中，若尾旋翼隨機失效，向前的動量通常會提供一定的方向穩定性，因為許多直升機都裝有垂直穩定器。在這種情況下，駕駛員將被迫進行自轉緊急降落，這是一種具有顯著前進速度的緊急降落技術。
替代技術
針對尾旋翼系統的不足之處，已經有三種主要的替代設計出現。首先是使用包圍的風扇，而非暴露的旋翼葉片，這種設計稱為"Fenestron"或風扇尾設計，為歐洲直升機公司（現為空中巴士直升機）提供其Dauphin系列公用直升機。包圍風扇的設計不僅能減少螺旋尾渦損失，還能保護葉片免遭外來物損壞，並在旋轉時提供可視度以保障地面工作人員的安全。
另一種設計為NOTAR（無尾旋翼）系統，這一系統徹底消除了任何暴露的旋轉部件。NOTAR系統利用變頻的導管風扇驅動，該風扇安裝在機身內部，並將排放通過尾部導管排出，利用Coandă效應創造出一種平衡主旋翼扭矩的力量。
此外，還有一些其他的方案完全消除了尾旋翼的需要，例如，對於重型直升機常用的並行旋轉的雙主旋翼設計，或如V-22魚鷹等傾斜旋翼設計。
尾旋翼的設計既關乎飛行性能，也涉及到安全性與創新。隨著航空科技的不斷發展，未來的直升機可能會採用更多新穎和高效的技術，這讓我們不禁思考：直升機技術的未來將會如何演變，以滿足不斷變化的飛行需求？
