直升机作为20世纪航空技术非常独特的创造,扩大了飞机的应用范围。作为典型的军民两用产品,由于直升机可以垂直升降,并且只需要较小的空间就能完成,可以用于旅游,火灾,医疗救援,海上急救,消防救援,商务运输,通讯,检测资源等方面;直升机在军事上的用途多种多样,从人员到物料运输,战场后方侦察和穿透,战场监视,地面攻击,着陆作战,战场救护,侦察巡逻,指挥控制等。要实现垂直升降、稳定性和高安全性,要解决机翼设计和动力设计,螺旋桨性能就显得尤为重要。例如WZ-19型直升机,它是中国自行研制的一款高性能的武装直升机,其相对同类型的武装直升机而言具有更强的灵活机动性,在中国直升机发展史上有着重要作用。而直-20型民用直升机更加宽大,内部容量更大,适合做运输、观光、医疗救护等用途。
图1.1 军用WZ-19型直升机 图1.2 民用直-20型直升机
空气螺旋桨另一重要应用就是气垫船。全垫升气垫船采用空气螺旋桨推进技术,是利用高压空气形成气垫将在船底和水面(或地面)隔开,使船体全部垫升,从而大大减小航行时的阻力,实现高速航行的船,如图1.3所示。其航行速度大概在60~80海里/小时左右,多用作高速短途客运、休闲旅游、执勤巡逻、救援抢险、商业、勘察测量等方面应用。例如图1.5中以舒适和快速的短途观光气垫船,极其受沿海岛屿和大型湖泊风景区的欢迎。而图1.6的客运气垫船则是许多小岛与外界的唯一交通工具。气垫船还具有许多特点,有着声场磁场压力场小,隐蔽性强,适应性好等优点,特别适用于作登陆时的运输工具。故而也做军事用途,输送登陆兵、扫雷破障、作为武器平台等等。图1.4中登陆艇是岛屿登陆作战的主要战斗力,并且可以在沼泽、湿地等复杂地形上任意前行。作为动力来源,其空气螺旋桨是整个气垫船上最重要的部件。
图1.3 气垫船原理 图1.4 LCAC气垫登陆艇
图1.5 矢量V25型观光气垫船 图1.6“海王星34”型商业客运气垫船
船用螺旋桨虽然在结构上与空气螺旋桨有着相似之处,但是在实际尺寸上有着明显的不同。船用螺旋桨桨叶宽大、厚重且较短,呈片状;空气螺旋桨则显得较长,叶片较窄,重量比船用螺旋桨轻得多。船用螺旋桨作为船舶的动力装置,只需推动漂浮在水上的船舶,并且水中阻力较大,宽大的桨叶能更好的提供推力,太长则易折断。空气螺旋桨要将整个飞行器提升至空中需要较大的升力面,而且不能太过笨重,否则造成扭矩过大,损坏飞行器。两者都在生产生活中有着重要作用,为人类带来便利。同时两种螺旋桨都有同样的缺点,如振动频率高、噪声大、维护检修工作量大等,而直升机的使用成本高、航程较短等问题,都是其发展方向上需要的解决的难题。
图1.7 空气螺旋桨 图1.8 船用螺旋桨
在能源缩减日益严重的今天,作为清洁能源的风力发电备受关注,而空气螺旋桨在风力发电机上有着重要的作用,是风力发电的主要设备,也是它的发电来源。小巧的桨叶降低自身重量,减小惯性作用,能更好地接受风力,产生更多电能。
图1.9 海上风力发电机