贝尔公司的新型直升机可能看起来很奇怪,但它能减少事故和噪音

后面的四个小型电动风扇与传统尾桨的工作方式截然不同。
Bell helicopter
这架贝尔公司实验飞机的尾部由四个电动风扇组成。贝尔

观看直升机飞行,巨大的旋转顶翼吸引了人们的全部注意力。毕竟,这是使旋翼机克服重力、按照飞行员指令翱翔天空的主要装置。

但几乎所有直升机都有一个关键的配角:较小的尾桨。它起着至关重要的防扭矩作用——它能防止直升机因主旋翼的运动而原地打转,还能让飞行员在直升机悬停时调整机头指向

但直升机制造商贝尔公司一直在试飞一种全新的实验飞机,它配备了完全不同的尾桨系统,在某些情况下可能更安全,而且比传统尾桨更安静。它由四个 enclosed in ducts 的旋转风扇组成,而且它们是电动的。这与普通尾桨的工作方式截然不同。事实上,贝尔公司声称这是第一架拥有这种尾部设计的直升机。它在某种程度上是普通直升机和未来航空业可能发展方向的混合体。

在传统的尾桨中,那些旋转的尾桨叶片通过机械方式连接到飞机的发动机。传动轴、齿轮箱和联轴器等物理部件负责驱动它旋转。该尾桨的转速始终保持不变。当飞行员想通过脚踏板将机头朝某个方向调整时,尾桨叶片会改变角度,但速度不会改变。当主旋翼旋转时,尾桨也始终在旋转。

在贝尔公司的新飞机上,尾部的四个风扇与直升机的发动机和主旋翼没有机械连接。连接到主旋翼齿轮箱的发电机产生电力,这些电力通过直升机尾梁中的电线传输,为驱动风扇旋转的电机供电。

这种新设置让贝尔公司能够对尾部进行一些有趣的调整。最显著的是,在某些情况下,即使主旋翼仍在旋转,他们也可以简单地关闭这些风扇——这是传统飞机无法做到的。这意味着当直升机停在地面上,主旋翼仍在旋转时,附近没有危险的尾桨在转动。这四个风扇可以静止不动,因为直升机与地面的摩擦力使其不需要防扭矩系统来防止其原地打转。

“没有人会因旋转的叶片而受伤,”新技术的项目总监 Eric Sinusas 说,贝尔公司称之为“电力分布式防扭矩系统”(Electrically Distributed Anti-Torque,简称 EDAT)。他们将这架新直升机称为 EDAT 演示机。

传统的旋转尾桨是一个真正的危险:如果人与尾桨接触,后果不堪设想。例如,1994 年在阿拉斯加,一名伐木设备经理在“径直走到尾桨前”后死亡,CDC 的一份报告指出。2018 年,一名海军中尉在类似的事件中死亡,涉及一架海军陆战队的直升机。1993 年发表的一项对陆军直升机旋翼叶片撞击伤亡的分析发现,50% 的事故是由主旋翼造成的,这意味着另外一半是由尾桨造成的。

EDAT 机器上的电动尾部风扇被 enclosed in ducts,在直升机术语中,这些装置被称为涵道风扇(fenestrons)。欧洲航空航天公司空中客车公司自 1968 年以来一直在其直升机尾部安装涵道风扇。事实上,“fenestron”一词源自普罗旺斯法语,意为“小窗户”,正如这段视频所解释的那样。 enclosed in ducts 的小窗户增加了安全性,希望使其更难有人径直撞上去,或在事故中旋转的尾桨撞击到地形。

贝尔公司这款拥有四个小窗户中四个电动风扇的飞机,其尾部还有更多技巧。普通尾桨(无论是否 enclosed in ducts)通过改变旋转叶片的角度来改变其产生的推力。但 EDAT 上的叶片不会这样移动,因此机械结构更简单。Sinusas 说:“推力是通过简单地加速或减速——甚至反转电机方向——来控制的。”这是普通直升机尾桨无法做到的。

这架直升机能够改变其尾部风扇的速度,甚至在某些时候可以将其关闭,这对噪音水平产生了影响。转速越慢,噪音就越小。Sinusas 解释说:“叶尖和叶片穿过空气的速度是产生噪音的主要因素。”并且有些令人费解的是,根据 Sinusas 的说法,在小型直升机上,尾桨的噪音有时会比主旋翼更大。

Bell helicopter
EDAT 演示机。贝尔

在 EDAT 上,有时尾部风扇需要高速旋转,产生巨大的推力,但它们并不总是需要以最高转速运行。在那些时候,飞机就会更安静。令人惊讶的是,当直升机以特定速度向前飞行时,风扇可以完全静止:直升机垂直尾翼产生的空气动力学作用提供了所需的防扭矩,使其保持稳定。“它比传统的尾桨安静得多,”Sinusas 说。

更安静的直升机,尾部不易伤人,这显而易见。但像这样的系统也可能预示着未来城市空中出租车的方向,这些空中出租车将是部分或全部电动的。在未来,这些飞行器理想情况下应该是安静、安全的(也许还具备一定程度的自主性)。贝尔公司正在开发一款独立的电动出租车概念机,名为Nexus 4EX,但其他公司也在开发,包括波音Lilium

Sinusas 说:“关于全电动飞机的炒作很多。很明显,EDAT 自然会成为一个垫脚石。”

他说,这块垫脚石去年 5 月首次离开地面,自那时以来,“非常成功地”一直在飞行。

 

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技术编辑

罗布·沃格尔是《流行科学》杂志的前技术编辑。他擅长报道航空、交通和军事技术。


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