术语解读： 再谈“旋翼”

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作者：丹尼尔·纽曼

本系列探讨了一些术语的使用，这些术语逐渐成为或已经成为常规表达用语或习语，但却具有一定的误导性或错误性。本期将对垂直起降飞机上的旋翼推进装置术语提出更严格的处理方法。

此前“术语解读”专栏关于“旋翼”（见）一词的定义引起了大量讨论，有几位读者发表了深思熟虑的评论，随后又有读者给作者和 Vertiflite 发去了电子邮件。

在详细的评论中，曼弗雷德·哈耶克（Manfred Hajek）教授同意 “旋翼”一词用于安装有挥舞装置以响应边缘飞行（ edgewise flight）的设备。阿努巴哈夫·达塔（Anubhav Datta）博士在他的文章中也解释了这一点。这位教授还指出，这就是 “几十年来[无所异议]的旋翼机世界”，直到近年来多桨无人机的普及以及人们对电动垂直起降（eVTOL）飞机日益增加的关注。

美国海军陆战队CH-53E的主旋翼

哈耶克教授随后警告那些尚未意识到刚性螺旋桨边缘飞行时产生的非对称流动将在桨叶根部产生振荡弯矩（oscillating bending moment）和力的人。设计“螺旋桨”桨叶和系统的其余部分来处理这些负载会增加重量 - 这是避免桨叶挥舞复杂性所要付出的代价。这是一个典型的设计选择题，是加入足够的结构来限制运动并处理由此产生的应力、应变和传递的负载/振动，还是通过铰接来允许运动并避免负载。因此，相对于铰链或等效机构，简单的挠性结构在维护方面的减少并非没有代价。然而，不管在工程中，还是生活中，“天下没有免费的午餐”（“there ain’t no such thing as a free lunch”, TANSTAAFL）同样适用。这只是另一种取舍，最好是在考虑所得的同时能够考虑到全部的所失。

空客A400M的螺旋桨

评论的另一位贡献者、eVTOL.news 目录网站管理员迈克·汉普森 (Mike Hampson)分享说，他个人在描述“旋翼”时会将其安装方式包括在内，如“主旋翼”和“尾旋翼”。他接着询问是否应该对“倾转旋翼”或“倾转螺旋桨”进行定义。答案是“不” - 根据中的前提，无论其安装在飞机上的方式如何，旋翼推力装置术语都应唯一地定义该装置。因此，汉普森的“主”、“尾”和“倾转”等限定词对于定义安装的装置（螺旋桨或旋翼）并无必要，其作用只是描述它们在飞机构型上的安装情况。

Joby S4 eVTOL，两个螺旋桨通过连杆机构倾转，四个螺旋桨通过发动机舱倾转

汉普森继续询问 Joby Aviation 在其 S4 eVTOL 客机上螺旋桨的不同安装方式。具体来说，两个螺旋桨通过连杆机构倾转，四个螺旋桨通过发动机舱倾转，他问是否“每种类型的倾转螺旋桨都有适当的名称”。根据前提，它们都是螺旋桨，因为它们没有挥舞装置。安装方式与它们的命名无关。S4 的多螺旋桨构型使所有螺旋桨都倾转（“矢量推力”构型），而其他设计只让部分螺旋桨倾转（例如“升力加巡航”构型）。但无论如何布置，它们都是螺旋桨。关于螺旋桨是否倾转以及如何倾转的讨论属于飞机构型层面。敬请关注今后有关此类构型的“术语解读”专栏。

汉普森随后建议，首先用工程术语来描述这些部件和飞机，然后再用通俗术语来描述。不过，我们的前提是，为所有人提供一套简洁明了的术语，可以让人一目了然。

在一封电子邮件中，艾伦·劳利斯提出了一个很好的问题：“刚性旋翼飞机需要采取什么措施来适应边缘飞行？”对于桨叶根部挠曲比桨叶本身在挥舞方向上更“软”的刚性旋翼来说，这很容易，因为这是一个专用的挥舞机构。它不是铰接式旋翼的机械装置（铰链），而是为了适应挥舞而安装的。铰链有一个有效的外移量，它位于桨叶的内侧。

MBB BO105的主旋翼

然而，对于没有“软”内侧部分或特定挥舞特征的无铰链旋翼来说，情况确实比较混乱，例如最初的MBB BO105（及其所有后续BK117/EC-145机型）和波音 A160“蜂鸟”。在这种情况下，桨叶在其展向上表现出完全挥舞。说这些飞机没有特定的挥舞“规定”是可信的，因为其反应是叶片变形，就像螺旋桨一样。然而，桨叶的设计考虑到了挥舞和相关载荷，并具有一个远内侧的有效铰链，例如，名义上 10% 的展长，而铰接式旋翼的铰链介于 3% - 6%展长之间。到目前为止，还没有人确定具体的定义。不过，可能有必要规定旋翼的挥舞刚度截止值或铰链外移截止值，就像有一个实度截止值（0.5）来区分螺旋桨和风扇一样。但简而言之，旋翼的设计是为了适应挥舞方向的弯曲，而螺旋桨则必须避免这种弯曲。

波音A160“蜂鸟”无人直升机

最后，借此机会对原专栏进行跟进，我们应该讨论一下原专栏正文中的最后一行与达塔博士附文中的最后一行之间存在的轻微冲突。有些人可能已经注意到这一冲突，但没有评论特别提到这一差异。专栏正文指出，“旋翼”一词应保留给具有周期性桨矩控制或挥舞（或两者兼有）功能以实现边缘飞行的设备。与此相反，附文中指出“旋翼从广义上讲是产生升力的气流螺旋旋转面，从严格意义上讲是具有挥舞运动的气流螺旋旋转面”。相似之处在于通过挥舞运动来解决边缘流问题，而不同之处在于旋翼是产生升力还是推力。对于传统直升机的主旋翼或倾转旋翼来说，两者没有区别，因为它们都能产生升力。然而，对于尾旋翼来说，这种区别并非微不足道，因为其推力并非严格意义上“升力”，如达塔博士的附文所述。但希望读者可以原谅这种细微差别。

来源：Coming to Terms: Rotor Redux. By Daniel I. Newman. Vertiflite, Jan/Feb 2022. 略有修改。

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