直升机旋翼的转速到底变不变？事实可能与你想的不一样

摘要

我知道点进本文的读者首先肯定想得到的是一个明确的答案，所以我觉得我最好还是先简要概述一下题目中这个问题的答案好了：

从理论上来说，常规直升机旋翼的转速是不变的，但是从实际飞行来说，旋翼的转速会在一个非常小的幅度内变化，因而从理论上可以假设其不变。

不过这里所说的是常规直升机，如果研究的对象是一些复合构型的新型直升机，或者高速构型的直升机或者旋翼飞行器，其旋翼的转速就不再是不变的了，关于这一点，读者可以从正文中得到更多的详细信息。

# 为什么理论上直升机旋翼转速为什么不变？

这个问题看似简单，实则上是一个涉及到多个学科的复杂问题。

1. 从旋翼的气动力方面来说，直升机旋翼的转速非常高，因而它具有极大的转动惯量，如果想要通过变转速来实现旋翼拉力的变化，这个过程会非常的缓慢，旋翼的机动性将会变得非常差；

2. 从发动机这一块来说，现在的直升机主流的发动机就是涡轮轴发动机，而涡轮轴发动机它的经济转速的范围比较低，而且改变转速从操纵实现角度来说，也是相当困难，一般都不会考虑改变发动机转速，所以说一般直升机旋翼如果要变转速的话，只会考虑从减速器入手，就和自家小汽车换挡一样，通过改变减速器的传动比来改变转速；

3. 这时候其他的问题又来了，就和第一点中说的一样，旋翼转速高之后，它的转动惯量非常大，就会产生非常大的扭矩通过传动轴传递到减速器，而如果这个减速器要改变传动比的话，就需要传动机构的刚度非常强，这等于变相要求大大增加整个传动机构的重量，对直升机来说是非常不经济不实用的；

4. 从动力学的角度来说，旋翼的共振现象是很严重的，众所周知，严重的共振现象会直接导致旋翼的断裂，甚至机身的剧烈颤动直至结构被损毁，因而直升机设计过程中，其各个部件都要避开旋翼的共振频率，而不同的转速将带来多个不同的共振频率，这将导致动力学设计的进一步复杂化

考虑到上述的一系列变转速缺点，设计人员就发现，直升机通过改变总距和周期变距来实现拉力大小和方向的变化，远远比改变转速要简单、经济且实用。因而，直升机转速，从理论上来说，是保持不变的。

# 为什么实际上直升机旋翼转速会有小幅度的变化？

当直升机旋翼的桨距产生较大幅度变化的时候，较大的油门开度是非常必要的，因为只有补偿一些油门才可以补充旋翼转速的损失。

因为桨距角变大了之后，叶素的阻力就会相应增大大了，那整个旋翼的扭矩就大了，也就是说消耗的功率和燃油需求增大了，如果不补充一点油门开度的话，发动机输出的功率就不足以抵消这个扭矩，就无法维持旋翼转速，就无法获得所需的拉力。

这时候就需要一套能够快速改变油门开度的系统，目前在绝大部分常规直升机上，这个系统都是和总距操作系统，而通过算法固连在一起的，这个系统呢，将会自动的调整油门开度，一般就称为自动油门控制系统。

但是，直升机飞行状态是在变化的，飞行姿态在桨距操纵中也会有轻微的改变，因而自动油门系统调整之后，旋翼的拉力大小和方向也会有一定的变化，旋翼的转速平衡点也会因此有所改变，从总体来说，这个改变幅度是非常小的，因而可以在理论分析中可以认为是不变的。

## 自动油门控制系统

自动油门控制系统将会监控总距的增加，也就是说，如果直升机驾驶员，提拉总距的时候，自动油门系统就会自动的跟随你提拉的幅度来改变油门的开度来保持旋翼的转速，一方面这个自动系统能补偿的比较准确，另一方面也减轻了飞行员的负担；但是这个系统也不是万能的，在某一些特殊的大机动情况下，可能他也不能准确的改变油门开度，这时候呢，还是需要驾驶员手动的调整的。

# 旋翼变转速的例外情况

## 倾转旋翼机

倾转旋翼机可以算是当前在军民领域都相当热门的机型了，因为其本身就具有直升机模式和螺旋桨飞机两种模式，所以它的旋翼至少要有两套转速，这也是大型倾转旋翼机研制难点之一。

## 转速优化旋翼直升机

转速优化直升机，例如美国的A160，这类新型直升机为了获得更长的航时和航程，配备有两套转速，悬停一套，巡航一套，巡航时候一般是降低转速，这样可以节省燃油和功率消耗。

## 新构型高速旋翼飞行器

当前的高速构型旋翼飞行器，比如前欧洲直升机公司的单旋翼带机翼带尾推螺旋桨的高速复合旋翼机：X-3，以及西科斯基的高速刚性共轴双旋翼复合直升机S-97 掠夺者就都属于这一类，这类直升机为了提高前飞速度，都会在高速前飞的时候，降低旋翼转速，因而也有两套旋翼转速，他们的旋翼有个新的名称，叫——Slowed Rotor 。