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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?

作者:Anita 发布时间: 2022-02-20 18:36:06

简介:】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

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:

▲直升机桨叶受力分析图

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。

▲“倒锥形”转动的桨叶

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!

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