李煦陽，高 健

(浙江水利水電學院 建筑工程學院，浙江 杭州 310018)

直升機是旋翼飛行器的一種，它的出現(xiàn)極大地拓展了飛行器的應用范圍，在人類社會的生產生活中發(fā)揮著舉足輕重的作用.當前應用范圍最廣的是機械驅動式的單旋翼直升機及雙旋翼直升機，其中以單旋翼直升機數(shù)量最多.直升機飛行所需要的升力和前進拉力是靠發(fā)動機帶動旋翼旋轉來產生的，它的升落不需要滑跑用的跑道，并能在空中懸停的基礎上向前、后、左、右等各個方向任意運動.

以外伶仃島為例，生活垃圾產生量為3.61 t/d，72%的垃圾運回珠海，成本為2 000元/t，28%低溫焚燒，成本為200元/t，每年海運成本加焚燒成本為：

直升機的概念形成較早.我國東晉時民間的“飛螺旋”(又叫“竹蜻蜓”，(見圖1))是直升機旋翼和固定翼飛機螺旋槳的雛形.在西方，15世紀文藝復興時期，達·芬奇曾在其著作中記載了借助螺旋槳在空中垂直飛行的設計思想.現(xiàn)代直升機的形成與發(fā)展從20世紀30年代末開始，1939年俄裔美籍工程師西克爾斯基設計的VS—300標志了現(xiàn)代實用直升機的誕生[1].典型的單旋翼式直升機(見圖2).

現(xiàn)代直升機的發(fā)展經歷了4個階段：(1)20世紀30年代末問世至60年代初期，主要技術特征是：活塞式發(fā)動機、金屬/木質混合式旋翼槳葉、由鋼管焊接成的或鋁合金半硬殼式結構的機體、簡易的儀表和電子設備等；(2)60年代初期到70年代中期，主要技術特征是：第一代渦軸發(fā)動機、全金屬槳葉與金屬鉸接式槳轂構成的旋翼、集成微電子機載設備等；(3)70年代中期至80年代末，主要技術特征是：第二代渦軸發(fā)動機、全復合材料槳葉及帶有彈性元件的槳轂構成的旋翼、復合材料機體結構、大規(guī)模集成電路的電子設備和較先進的飛行控制系統(tǒng)等；(4)90年代至今，主要技術特征是：第三代渦軸發(fā)動機、進一步優(yōu)化設計的翼型、槳尖和先進的復合材料旋翼葉、無軸承或彈性鉸式等新型槳轂、復合材料機體結構、先進的飛行控制和通信導航系統(tǒng)等.

2017年以來，行業(yè)發(fā)展以“穩(wěn)中求進，健康發(fā)展”為總基調，轉型升級穩(wěn)步推進，結構調整進展明顯，行業(yè)效益走出低谷，運行質量穩(wěn)步提升。具體表現(xiàn)有四：一是創(chuàng)新成為企業(yè)高質量發(fā)展的推進器和綠色可持續(xù)發(fā)展的源動力，肥料增效研發(fā)力度持續(xù)增大，新型肥料占比不斷提高；二是農化服務脫虛向實，走向前臺，服務在前、產品在后成為營銷新策略和拓展產業(yè)鏈的重要一環(huán)；三是規(guī)?；瘮U張得到有效遏制，行業(yè)持續(xù)健康運行；四是國際交流合作取得積極進展，多家國內企業(yè)參與國際并購和行業(yè)標準制定，國際話語權進一步提升。總之，在紛繁復雜的形勢和多重矛盾交疊的困難條件下，行業(yè)承壓前行，取得了來之不易的成績。

圖2 單旋翼直升機(中國·直19)

1 單旋翼直升機的基本結構

直升機垂向飛行時，由于距離轉軸中心越遠處的旋翼截面所受升力越大，因此旋翼的槳葉會形成一個帶有一定錐度的底面朝上的大錐體(見圖5)，將其稱為旋翼錐體.旋翼的升力垂直于旋翼錐體的底面，因此可以通過改變旋翼升力來改變直升機在垂向的運動狀態(tài).那么，單旋翼直升機的尾槳在飛行過程中起到什么作用呢？如果沒有尾槳，會發(fā)生什么情況？

水平飛行時T1與直升機的重力平衡，而T2提供了直升機的前進加速度：

基層市場開發(fā)工作成員的素質關系到煙草企業(yè)在群眾中的威信，直接影響整個行業(yè)的發(fā)展，只有提高基層工作成員的素質，才能展現(xiàn)和發(fā)揮市場開發(fā)部門的重要作用。煙草企業(yè)一定要重視這一問題，選擇忠誠于企業(yè)、有責任心、積極上進的同志作為市場開發(fā)部門成員，建立起服務企業(yè)、充滿活力的組織群體。認真構建長效發(fā)展機制，確保煙草企業(yè)的優(yōu)秀人才被吸引到這一組織中，并通過經常組織活動發(fā)揮他們的才干，并在日?；顒又邪l(fā)現(xiàn)組織存在的問題，然后加以解決。對其中表現(xiàn)比較優(yōu)秀的成員進行表彰，對思想不積極的成員則要進行批評和處罰，嚴重者清除出市場開發(fā)隊伍［3］。

大型水利水電投資企業(yè)融資發(fā)展戰(zhàn)略分析——以新華水利水電投資公司為例 ……… 趙玉紅，馮 茜(10.49)

尾槳是安裝在直升機尾端的螺旋槳，它的旋轉平面與旋翼的旋轉平面垂直.尾槳裝有軸向鉸和水平鉸，沒有垂直鉸.尾槳轉動時空氣對機身產生壓力從而可以平衡旋翼作用在機身上的力偶矩，保持直升機在水平面內的穩(wěn)定性，同時還有航向穩(wěn)定和操縱的作用.

研究采用滾雪球取樣法，通過心理系專業(yè)的學生10人尋找成人參與者，并在參與者作答的過程中給予及時指導。共獲取樣本196份，剔除不完整問卷以及極端值問卷，共統(tǒng)計有效樣本173份。其中，男生73人，女生100人，平均年齡34.29±7.95歲。

機身用來裝載人員、貨物和各種設備，包括動力裝置，起落裝置和各種儀器儀表等，并把直升機各部分連成一體.在單旋翼直升機的尾梁上裝有水平安定面，在雙旋翼直升機的尾部有的也裝有水平和垂直安定面，其作用是保證直升機水平面和垂向的穩(wěn)定性.

2 單旋翼直升機的飛行原理

直升機和固定翼飛機的主要區(qū)別在于它們產生升力的機理不同.固定翼飛機靠機身兩側的平直機翼提供升力，前進的動力是由機頭的螺旋槳或尾部噴管的噴氣來提供；而直升機則是借助旋轉的旋翼產生升力.下文將從垂直起落、懸停與轉向、水平面內飛行這三個階段來簡要介紹直升機飛行過程中的基本力學原理.

2.1 垂直起落

直升機飛行時，氣流被旋翼分割為上下兩部分，由于翼型上表面凸起較多而下表面凸起較少,有的翼型甚至是凹的,加上機翼有一定的傾角,使流過機翼上表面的流管面積比機翼前方的流管面積減少很多,導致流速增大(見圖3).即：

S下>S上；V下

(1)

1783年瑞士物理學家伯努利首先導出不同剖面的管道內流體的流速和靜壓的關系，即伯努利定理(Berroulli’s theorem).根據(jù)伯努利定理[2]：

中國科普作家協(xié)會農業(yè)科普創(chuàng)作專業(yè)委員會主任、中國農業(yè)出版社黨委書記、社長孫林強調，專委會將以習近平新時代中國特色社會主義思想為統(tǒng)領，自覺承擔起舉旗幟、聚民心、育新人、興文化和展形象的使命任務，緊緊圍繞鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略這一“三農”工作總抓手和農業(yè)供給側結構性改革這個主線，弘揚科學精神，講好“三農”故事，傳播“三農”正能量，以高質量文化供給增強人們的文化獲得感、幸福感，進一步提升專委會的吸引力和影響力，奮力開創(chuàng)新時代農業(yè)科普創(chuàng)作新局面。

(2)

式中：p—靜壓強，也就是流體壓力；

表中矩陣元素bij表示對于Ak而言，Bi對Bj的相對重要性標度。通常bij取1、3、5、7、9及其他們的倒數(shù)，其含義分別為：

P0—滯止壓強，或稱總壓.

V—流體的流速；

ρ—流體的密度；

式中：T1—升力在垂直方向上的分量；

決定直升機旋翼升力大小的因素有很多，一般而言，直升機旋翼升力與飛行高度的空氣密度、旋翼轉動速度、旋翼槳葉攻角以及旋翼槳葉數(shù)量均為正相關.通常情況下可以調節(jié)旋翼槳葉的傾角或轉動速度來增大或減小升力，從而實現(xiàn)垂直起落[3].

圖3 直升機旋翼升力產生機理

圖4 直升機垂直起落受力分析

2.2 懸停與轉向

以目前最為常見的單旋翼直升機為例，為了便于分析，本文將單旋翼直升機劃分為旋翼、尾槳和機身三大部分(見圖2).

……夜深了，明天演出的戲已排練就緒，戲班子的人一個一個接連打起了哈欠。王爺心里似乎也踏實了很多。他讓那些人先回賓館休息，自己留在那里修復一個不小心又傷著的木偶。

圖5 直升機空中懸停時的受力圖

以直升機整體為研究對象，考慮直升機的空中懸?；虼瓜虻膭蛩龠\動狀態(tài)，此時機身在水平面內保持靜止，同時直升機整體在垂直方向上受力平衡：

G+T=0

(3)

其中G為直升機重力，T為空氣對旋翼的升力，此時升力與重力大小相等，為定值.如前所述，升力與旋翼轉速成正比，所以此時旋翼轉速應保持不變，即旋翼的動量矩保持不變.

以旋翼為研究對象，根據(jù)動量矩定理[4],質點系相對于質心的動量矩對時間的導數(shù)，等于作用于質點系的外力對質心的主矩：

(Lx)′=∑MX(Fi)

(4)

其中，等號左邊是旋翼相對于質心的動量矩Lx對時間求導數(shù)，右邊是旋翼的主矩.懸停狀態(tài)下旋翼相對其質心的動量矩不變，因此旋翼水平面內所受外力對質心主矩為零.由于在旋轉過程中機身發(fā)動機轉軸對旋翼施加力偶作用，產生力偶矩；同時空氣會對旋翼施加空氣阻力并產生力矩，所以二者保持平衡：

據(jù)知情人回憶，黎永蘭的教學成績優(yōu)異，她所帶班級在廣安名列前茅。2003年，黎永蘭參加了公務員考試，告別講臺成為一名公務員，先后在廣安大有鄉(xiāng)、龍臺鎮(zhèn)等地擔任了副鄉(xiāng)長、鎮(zhèn)長等職務，“工作很有一套”。

∑Mx(Fi)=Mx(Fp)+Mx(Fk1)=0

(5)

其中，Mx(FP)為機身對旋翼作用產生的力偶矩，

Mx(Fk1)為空氣對旋翼阻力產生的力矩.

以直升機機身和尾槳組成的整體為研究對象，忽略構件之間的摩擦阻力，這個整體在水平面內主要受到旋翼的作用力偶以及尾槳旋轉時空氣對尾槳的推力，若要在水平面內保持靜止，則水平面內所受合外力矩應為零：

共享營銷又稱為互銷。共享營銷是指買賣雙方通過雙向交易方式提供產品或服務的行為，包括為促進該行為進行的有關輔助活動，比如：互買、互賣、互推、互換、互租、互保、互貸、互投等。

(LP)′=∑MP(Fi)=MP(FX)+MP(Fk2)=0

(6)

其中，P為機身—尾槳質心，LP為機身-尾槳動量矩，MP(FX)為旋翼對機身作用產生的力偶矩，MP(Fk2)為尾槳旋轉時受到的空氣推力對機身-尾槳質心的力矩,它的值與尾槳的轉動速度有關.注意到，旋翼對機身施加的力偶與機身對旋翼施加的力偶屬于作用力與反作用力，因此：

MP(Fx)=-Mx(Fp)

(7)

易知，假定在直升機懸停狀態(tài)下突然停止尾槳的轉動，即：

MP(Fk2)=0

(8)

那么將式(7)、式(8)式代入(6)式，此時機身-尾槳所受合外力矩為：

(LP)′=∑MP(Fi)=MP(FX)=-MX(FP)

(9)

結合(5)式，可得：

(LP)′=∑MP(Fi)=MX(Fk1)

(10)

此時尾槳停止轉動時作用在機身-尾槳整體結構上的合外力偶矩與空氣對旋翼的力偶矩大小相等、方向相同，因此機身-尾槳整體將由此獲得轉動的角加速度，且角加速度方向與旋翼轉動方向相反：

目前，人們養(yǎng)殖的主要是翹嘴鱖。如今，鱖魚已經完全實現(xiàn)了人工養(yǎng)殖，即從原種保有、良種選育、種苗繁育到苗種培育都能保證商品養(yǎng)殖的需要，在養(yǎng)殖該魚過程中，人們過去主要采用單一品種高密度養(yǎng)殖，現(xiàn)在多品種立體混養(yǎng)模式得到廣泛推廣應用，其中以鱖魚為主養(yǎng)品種，投喂鯪魚等飼料魚，搭配混養(yǎng)四大家魚、鯉鯽鳊等濾食性、草食性和雜食性魚類，該模式不但提高了鱖魚品質，而且還能調節(jié)水質、改良水質，實現(xiàn)節(jié)能減排。因為鱖魚具有這樣的優(yōu)點，該魚一直得到人們的關注，成為漁業(yè)科技攻關和技術推廣的焦點，而近日，廣東省海洋與漁業(yè)廳發(fā)布的2018年漁業(yè)主推新品種和新技術，該魚就在其中，這就是翹嘴鱖華康1號。

(11)

與懸停類似，直升機在垂向的加速起飛階段也需要尾槳轉動來保持機身-尾槳合外力矩為零，此時由于轉軸加速轉動，機身和旋翼之間相互作用的力偶矩相較懸停時更大，根據(jù)式(6)，尾槳需要提高轉速來獲得更大的外力矩.

再從式(6)分析，如果能夠控制尾槳的轉動速度來調節(jié)MP(Fk2)的大小，那么在旋翼轉動速度一定的情況下(即MP(FX)不變)機身-尾槳水平面內的合外力矩就會隨之變化，因此可獲得繞質心轉動的角加速度，進而實現(xiàn)飛行中的轉向：

(12)

2.3 水平面內飛行

直升機通過旋翼的水平旋轉獲得向上的升力，這是直升機得以垂直起落和懸停的基本條件.那么直升機如何在水平面內的不同方向飛行呢？圖6為通過控制旋翼椎體向前后左右各方向的傾斜，就可以改變旋翼升力的方向，從而實現(xiàn)直升機不同方向的飛行[5].此時旋翼升力的方向不再垂直向上，而是與垂向形成一定夾角，因此可以將升力進行分解：

T=T1+T2

(13)

可見，管道內流體的靜壓隨著流速的增加而降低，由于直升機旋翼上表面的流速比下表面流速大，因此上下旋翼翼面之間產生一個壓力差,下表面的靜壓比上表面大,這個壓力差在垂直于氣流方向上的分量就是旋翼產生的升力(見圖4).

T2—升力在水平面內的分量.

旋翼的作用是產生向上的升力，使直升機垂直起落.旋翼還可產生水平方向的分力，實現(xiàn)直升機的前飛、后飛、側飛等動作.旋翼旋轉形成的平面既是升力面又是操縱面，它是直升機的重要組成部分.

(14)

式中：m—直升機的總質量.

圖6 直升機在水平面內前飛時的受力圖

3 多旋翼直升機

與固定翼飛機相比，單旋翼直升機有許多優(yōu)點，例如起落不需要跑道，可以空中懸停，轉向靈活等，但它也有難以克服的缺點，例如起飛重量相對較低，飛行速度相對較慢等.根據(jù)飛行的基本原理，單旋翼直升機若要增大起飛重量，可以通過增加旋翼直徑、增加旋翼轉速、增加槳葉數(shù)目等方式來實現(xiàn)，但這些都增加了旋翼系統(tǒng)的機械復雜性和重量.另外，為了避免音障帶來的阻力和振動，旋翼的最大線速度也不能超過音速.因此，提高起飛重量最有效的途徑是采用兩個甚至更多的旋翼來提高升力.

無論是共軸雙旋翼直升機、并列或縱列雙旋翼直升機還是其它多旋翼直升機，它們飛行時保持機身(除去旋翼以外部分)穩(wěn)定的力學原理都與單旋翼直升機相同：

(LP)′=∑MP(Fi)=0

(15)

式中：P—直升機機身的質心；

對于手術治療而言，其雖然能夠幫助患者解決因病痛產生的痛苦，但同時也會使患者的身心受到損害，從而影響治療效果[1]。近年來，隨著護理模式的不斷完善，手術室護理不僅需要熟練的操作與配合，更需要為患者提供舒適化、人性化的服務，讓患者能夠在安全、舒適的狀態(tài)下完成手術治療。作為一種新型護理模式，舒適護理最大的特點就是具備一定的整體性與個性，能夠使患者感覺到舒適和愉悅。

LP—機身動量矩；

MP(Fi)—第i個旋翼對機身作用的力偶矩.

同理，只要機身的合外力偶矩為零，就能保證在水平面內的穩(wěn)定，而這對于多旋翼直升機來說也是能夠實現(xiàn)的.

3.1 共軸雙旋翼直升機

共軸雙旋翼直升機利用套筒軸驅動上下兩副共軸但反向旋轉的旋翼，在起飛和懸停等狀態(tài)下，兩副旋翼分別對機身作用的力偶矩能夠相互抵消.因此，共軸雙旋翼直升機能夠在沒有尾槳結構的狀態(tài)下保持穩(wěn)定飛行(見圖7)，并能把所有功率用于升力和推進.在省去尾槳結構的情況下，直升機機身較短，因此受側風影響較小，同時共軸雙旋翼直升機的振動也由于兩副反轉的旋翼而被很好地消除了，所以平穩(wěn)性和懸停性較好.在同等升力作用下，雙旋翼直徑可以較小，因此，總尺寸可以比較緊湊，能夠用于某些特殊用途.

圖7 共軸雙旋翼直升機(蘇聯(lián)·卡-52)

3.2 縱列和并列雙旋翼直升機

根據(jù)力偶的平移定理，力偶可以在作用平面內任意平移，而不改變對剛體質心的力偶矩.因此可以將直升機的雙旋翼分開設置成縱列或并列式，同樣可以保證機身水平面內的合外力偶矩為零.

縱列雙旋翼設計可以最大限度地利用機身長度，但為了保證前后旋翼的同步，縱列雙旋翼直升機需要同步傳動軸連接前后旋翼使其同步轉動.另外前后旋翼一般具有一定的高度差，這樣可以使前后旋翼的旋轉平面有一定的重合，有利于縮短機身長度(見圖8).但為了保證安全性和經濟性，兩旋翼的高度差要控制在一定范圍內.

并列雙旋翼通常安裝在直升機機翼翼尖(見圖9)，翼展由旋翼半徑決定，無法靠上下重合而縮短翼展.左右旋翼之間要設同步軸以保證左右兩副旋翼同步轉動.但發(fā)動機安裝在離重心較遠的機翼翼尖帶來了橫滾穩(wěn)定性問題，一旦兩側旋翼升力不均勻，飛機就會發(fā)生橫滾，另外強烈的不對稱氣流擾動也可以造成橫滾.

圖8 縱列雙旋翼直升機(美國·CH-47)

圖9 并列雙旋翼直升機(美國·V-22)

3.3 多旋翼無人直升機

以目前應用范圍最廣的四旋翼無人直升機為例(見圖10)，它是一種擁有4副旋翼且旋翼呈十字形交叉分布的飛行器.四旋翼飛行器(見圖11)的旋翼于同一高度平面對稱地分布在機體的四個方向，且旋翼的結構和半徑都相同.四個電機也對稱地安裝在飛行器的支架端，支架中間放置飛行控制計算機和外部設備等.當飛行器平衡飛行時，電機1和電機3帶動旋翼逆時針旋轉，電機2和電機4帶動旋翼順時針旋轉，這樣可使機身合外力偶矩為零[6].通過調節(jié)旋翼轉速能夠實現(xiàn)升力的變化，進而控制飛行器的姿態(tài)和位置.

由上文中工序任務與質量項的關系可知，非質檢類工序不對應質量項，而質檢類工序對應一個或多個質量項，這些關系可以通過“任務視圖節(jié)點與質量視圖節(jié)點之間的關系”得出，因此不再給出。

圖10 四旋翼無人飛行器

圖11 四旋翼無人直升機結構圖

4 結 語

隨著人類科學技術的發(fā)展和工業(yè)水平的提升，未來直升機的種類必將越來越多、續(xù)航能力必將越來越持久，同時穩(wěn)定性和安全性也必將越來越高.然而無論技術如何進步，人們在設計、制造和使用直升機的過程中都必須遵循最基本的力學原理，只有了解和掌握這些基本的力學原理，我們才能正確地把握直升機飛行的科學本質.