自转旋翼机——最安全的航空器!
自转旋翼机,英文称作Autogyro(来自希腊语αυτό + γύρος,自行旋转),也常被称作旋翼飞机Gyroplane、旋翼机Rotorplane或是旋翼飞行器(Gyrocopter),是一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器。一般带有一个推进螺旋桨来提供前进动力,在这方面和固定翼飞行器类似。自转旋翼机的外形和直升机类似,但是必须有气流通过它的桨盘才能带动它的旋翼旋转。
旋翼机这一概念的提出最早可以追溯到20世纪初期。当时,由失速引起的空难事故的比重越来越大,愈发引起人们的重视。1919年,西班牙工程师谢尔瓦提出了自转旋翼机的概念,试图解决飞机失速的问题。他设计的飞机和直升机十分相似,但由于旋翼没有动力,在失速的情况下,飞机下坠过程中所产生的相对气流又会从下往上吹动旋翼旋转,就好像风车一样,从而重新产生升力,使飞机可以比较平稳地着陆。当时的新闻界将谢尔瓦的这个发明称为“风车飞机”。
1922年,谢尔瓦制造了C-3型自转旋翼机;1923年, C-4型旋翼机也成功地进行了飞行试验;1925年,谢尔瓦建立了自己的自转旋翼机公司。在接下来的10年中,该公司及其授权公司生产了近500架自转旋翼机,这一飞机也在欧美得到了很大的发展。
此后,皮特凯恩和奇力公司对旋翼机技术进行了更深入的研究。从20世纪30年代开始,美国邮政系统开始采用旋翼机投递信件,这种飞机可以“从一个邮政局的屋顶飞到另一个邮政局的屋顶”。但这一做法只持续了大约10年的时间,由于直升机技术的飞速发展,旋翼机也逐步被直升机所取代。直到越南战争期间,由于直升机高昂的制造和维护费用,人们才又把目光重新投到了“物美价廉”的旋翼机身上,也正是从那时开始,旋翼机技术又开始受到重视并一直发展至今。
旋翼机和直升机简直一模一样:它们头顶都有一副大直径的旋翼,在飞行中依靠旋翼的旋转产生升力。但是除去这些表面上的一致性,旋翼机和直升机却是两种完全不同的飞行器。
旋翼机实际上是一种介于直升机和飞机之间的飞行器,它除去旋翼外,还带有一副垂直放置的螺旋桨以提供前进的动力,一般也装有较小的机翼在飞行中提供部分升力。
旋翼机与直升机的最大区别是,旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连,发动机不是以驱动旋翼为旋翼机提供升力,而是在旋翼机飞行的过程中,由前方气流吹动旋翼旋转产生升力,象一只风车,旋翼系统仅在起动时由自身动力驱动,称之为预旋(prerotate),起飞之后靠空气作用力驱动;而直升机的旋翼与发动机传动系统相连,既能产生升力,又能提供飞行的动力,象一台电风扇。由于旋翼为自转式,传递到机身上的扭矩很小,因此旋翼机无需像单旋翼直升机那样的尾桨,但是一般装有尾翼,以控制飞行。
在飞行中,旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜,而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。
旋翼机的最大特点是比较安全,旋翼机飞行时,升力主要由旋翼产生,其小型的固定机翼仅提供一部分升力。当发生空中遇险或失去动力时,旋翼机仍可以利用机体惯性继续维持前飞产生的升力维持一定时间的安全飞行,让旋翼机像降落伞一样慢慢的降落地面,而直升机在发生空中险情时,通常会像秤砣一样坠落,固定翼飞机在遇险时很容易发生失速,以很大的加速度坠落。所以旋翼机又被称为史上最安全的飞行器。
由于旋翼机的旋翼没有动力和减速系统,因此它没有由于动力驱动旋翼系统带来的较大振动和噪音,在空中飞行时,只有小型发动机和螺旋桨的微弱声音,安装排气管消声器以后,其噪音水平只相当于一辆普通摩托车。除此之外,旋翼机可以直接使用汽油,不需要特制的航空燃油,将来在加油站看到旋翼机,大家也不必惊讶。
起降条件方面,旋翼机可以在绝大多数地形下起降,通过加置雪橇、浮筒实现在雪地、水上起降。
总体来说,旋翼机的优势如下:
1、不会失速,不会尾旋;
2、非常短的起飞距离(10~70m);
3、几乎不需要着陆滑跑距离;
4、极广的速度范围(接近0~200km/h);
5、极低速巡航;
6、基本不受气流和风的影响;
7、独特全景景观(空中侦察);
8、最少的起飞前准备;
9、简易的地面处理;
10、可在公路上运输;
11、小型机库覆盖;
12、购买及使用成本仅相当于直升机的10%,但可实现直升机90%的功能。
正是由于旋翼机有着安全性高、噪音小、使用方便、成本低廉等特点,旋翼机被广泛运用于观光旅游、农林喷洒、航拍航测、医疗救援等各种领域。
本文中引用的旋翼机,是德国AutoGyro公司生产的MTOsport以及Calidus旋翼机,是中国仅有的获得民航总局适航证的旋翼机,该旋翼机由北京蓝宇丰航空科技有限公司在中国独家代理。这两款旋翼机详细参数如下:
Calidus | MTOsport | |
长*宽*高 | 4.8m*1.7m*2.7m | 5.1m*1.9m*2.7m |
最长续航时间 | 5h | 4h |
空机/最大起飞重量 | 262kg/560kg | 240kg/560kg |
起飞/降落距离 | 10~70m/0~15m | |
发动机 | ROTAX912/914 | |
巡航速度 | 160km/h | |
最大速度 | 185km/h | |
油箱容量 | 73L/68L | |
爬升率 | 4m/s | |
最高飞行高度 | 6000m |