Vad är begränsningarna att lägga vingar med motorer till en helikopter?

Navigera dina svar
6

Jag har antagligen sett detta i science fiction och teckningar men aldrig i verkliga livet. Rotorvingsflygplan (helikoptrar) har många fördelar framför sina fasta vinge motsvarigheter, och vice versa. Till exempel kan helikoptrar ta av och landa vertikalt och göra det nästan var som helst. Men fasta flygplan kan flyga längre, snabbare och mer bränsleeffektivt än helikoptrar av samma vikt.

Vilka begränsningar är det för att lägga vikningsvingar till en helikopter, var och en utrustad med en turboprop eller turbofan vars axlar förbinder med helikopterfläktbladet för vertikal start?

När tillräckligt med fart har uppnåtts från den vertikala starthelikopterfasen, kopplar växellådan turbopropen eller turbofanen, de driver den tillräckligt för att den ska generera hiss på de fasta vingarna och när vingarna genererar lyft, kopplar växellådan helikoptern blad och de viks och är inrymda i flygkroppen (som landningsredskap) för att minska dragningen. Den fasta vinge delen av flygningen tar över för snabbare fart, effektivare kryssning och bättre intervall. Samma process gäller för landning.

Jag vet att det finns ett turbofanflygplan som är ett kors, deras fördelar med en fast vinge över rotorvingen är begränsade och deras vingar sväller inte.

    
uppsättning securitydude5 06.05.2018 12:21

2 svar

6

V-22 Osprey ligger ganska nära det du beskriver. Anslutningarna från rotorerna till skrovet är faktiskt vingar. Under start är det en rotorkraft, och under flygning är det ett fastvingsflygplan. I stället för en växellåda valde de roterande motorer.

Projektet plågades av kostnadsöverskridanden,

Its [The V-22's] production costs are considerably greater than for helicopters with equivalent capability—specifically, about twice as great as for the CH-53E, which has a greater payload and an ability to carry heavy equipment the V-22 cannot... an Osprey unit would cost around \ million to produce, and \ million for the helicopter equivalent.

— Michael E. O'Hanlon, 2002.

Ett annat flygplan som liknar din idé är F-35B. Istället för vikbara rotorer har den en hissfläkt som kopplar till huvudmotorn vid behov. Detta flygplan plågades också av kostnadsöverskridanden.

Den hårda verkligheten inom teknik är inte att saker är omöjliga, men att de är extremt dyra och genom att kombinera flera funktioner i en enda flygplan, måste du alltid hitta en kompromiss mellan endera funktionen. Både F-35B och V-22 är mycket tunga flygplan på grund av ingenjörskomplexiteten och kan som sådan bära mindre nyttolast än mer dedikerade koncept. Detta anses emellertid acceptabelt eftersom US Navy gillar sitt flygplan extremt mångsidigt.

Det finns också frågan om efterfrågan. Under årtionden har det varit tanken att flygplan måste vara så mångsidiga som möjligt, men om det kommer att bli fallet i framtiden, återstår att se. Konceptet kan vara snabbare att resa och högre nyttolaster än V-22 (vilka rotorer är för små för tung lyftning och för stor för snabbflygning), men den verkliga frågan är huruvida den ökade vikten på grund av komplexiteten i detta koncept kommer att kompensera den teoretiska prestationsförstärkningen.

Slutligen en teknisk kommentar. Den svåraste delen övergår från framflyttning till svängning. Rotorblad är väldigt flappy, så hur kommer du att klara av att placera dem under framåtriktad flygning (när centrifugalkrafterna inte räker ut dem, och när lyftvektorn kan vara i någon riktning om du inte noggrant kan styra orienteringen) är det fortfarande en stor teknik utmaning, speciellt om du vill hålla flygplanets vikt lågt.

    
svaret ges 06.05.2018 12:55
7

En mycket lovande brittisk design från 1950-talet användes både, en rotor med låg hastighet och en konventionell vinge med hög hastighet för lyftskapande. Detta var Fairey Rotodyne , en prototyp för en flygbuss för att ansluta fjärrplatser med ett VTOL-flygplan. Rotorn var spetsdriven och brände en blandning av bränsle och tryckluft från två vingmonterade Napier Eland-turbopropar. Efter start startades strömmen till propellrarna och rotorn lossades för att minimera dragningen vid hög hastighet. På detta sätt kan båda lyftskapande medel optimeras för deras hastighetsdomän.

Du kommer att märka att vingen är ovanligt liten medan rotorn är ovanligt stor. Detta möjliggjorde både att fungera vid högre effektivitet än vingar eller rotorer som är konstruerade för att arbeta över hela hastighetsområdet. Kombinationen av de två väger dock mer än en rotor eller en vinge, vilket reducerade Rotodynes möjliga nyttolast. Varken var avsedd att vikas bort eftersom det skulle ha ökat tyngden ännu mer.

FaireyRotodyne(bild källa Ed Coates samling)

I slutändan väntade det Brittisk regering stöd snarare än några tekniska problem som begränsade Rotodyne till en enda prototyp.

Idag verkar den mest lovande lösningen vara en koaxial rotor med en separat drivkraft; antingen en propeller eller jetmotorer . Den koaxiala rotorn saktas ner vid hög hastighet för att hålla spetsen Mach-tal under 0,9 och hiss asymmetrin hos konventionella helikoptrar är inget problem för en koaxial rotordesign, vilket möjliggör mycket högre flyghastigheter.

Vikning av en vinge skulle inte hjälpa mycket: När vingen inte behövs (vilken är i låg hastighet) är dess friktionsdrag låg. Att rotera rotorn är å andra sidan mer meningsfull men är hittills begränsad till en helikopter på marken för att minska sitt lagringsutrymme på flygplanskärror. Folding i flyg har bara studerats konceptuellt .

Illustration 1B från US patentansökan 2015/0474290 A1 av Bell Helicopter Textron Inc.

    
svaret ges 06.05.2018 20:24

Läs andra frågor om taggar Kärlek och kompatibilitet Skor Gear 12 Stjärntecken Grunderna

Finns det en kanonisk förklaring till Lapis Lazulis kraftnivåfluktuationer? Om Harry talade om två eller flera språk, vad skulle det låta som om han pratade med en orm?