从有尾到无尾

众所周知，直升机最为显著的特征，就是它的头顶上有一副可以旋转的翼面。旋翼一般由2-8片桨叶构成，这就是通常我们所说的“旋翼”。旋翼好像一副能够划动空气的螺旋桨。当旋翼由发动机通过传动装置带动旋转起来以后，翼面便与空气发生相对运动。从而获得了直升机赖以升空的空气动力。就在旋翼转动的同时，高速划过空气的旋翼要受到空气的气动阻力，这种阻力需要由发动机产生的正向作用力矩(和旋翼旋转方向相同)来抵消，在发动机向旋翼输出正向力矩(或称扭矩)的同时，发动机自身也承受了旋翼对其施加的反向扭矩，这一扭矩会由发动机传递给直升机的机体。想想看，如果这一反扭矩不加干预，那么直升机机身就会在这一扭矩的作用下不停地逆旋翼转动方向发生旋转，驾驶员也就无法进行操作，直升机除了悬在空中陀螺一样地转圈外，无法承担任何工作。

为了设法消除这一反扭矩，人们想出了种种办法。最为传统的技术是直线思维的产物。就是设置一个额外的装置来平衡反扭矩。按照这一想法。人们为直升机设计了尾桨。通常的做法是在直升机后部安装一根细长的L形尾梁，其末端安装尾桨。尾桨的旋转平面和直升机的纵向剖面平行，其动力由发动机通过长长的传动轴输出。尾桨旋转会产生一个推力(或拉力)，进而会在直升机机体上相对重心轴线施加一个偏转力矩(其方向与反扭矩向反)，从而平衡掉引起机身旋转的反扭矩。这样直升机就能保持航向的稳定，而不必在空中团团转。除了平衡不利的反扭矩。飞行员还可以通过改变尾桨桨距来调节其产生的推力(或拉力)大小来实现对直升机的航向控制。

双旋翼直升机算是一种大胆的设计。在装有双旋翼的直升机上，两副旋翼的旋转方向相反。因此，彼此产生的不利反扭矩刚好可以相互抵消。

当前世界上各种直升机中，单旋翼带尾桨的仍然是绝对的主流，占直升机总数的95％。与双旋翼直升机相比，单旋翼直升机的尾桨工作时虽然要消耗一部分发动机功率，还要增加一些重量，但是其结构简单。且操纵方便，在直升机技术几十年的发展中。技术已经相当成熟，应用范围也比较广泛。所以习惯上将单旋翼带尾桨的直升机称作“常规型”直升机，其尾桨则称为“常规尾桨”。

高速旋转的常规型尾桨暴露在机体之外，且其旋转面距离地面较近，这会带来一些难以克服的问题。首先，这样的尾桨在飞行中容易碰到高压线、树枝等障碍物，造成飞行事故(尾桨一旦碰撞受损，直升机还得变“陀螺”)。其次。在高速旋转中。尾桨的反光效应不易被人眼察觉，地面开车对周围的地勤人员是巨大的威胁，容易发生伤人事故。据有关资料统计，单旋翼带尾桨直升机由于尾桨引起的事故占全部事故总数的15％以上。最后，尾桨还是直升机的噪声源和振动源2，--。

针对常规尾桨的这些问题。长期以来人们进行了许多新的尝试。例如将尾桨做成涵道风扇式。利用风扇产生的推力产生力矩来平衡反扭矩。风扇装在直升机尾梁末端的垂直尾面内部，我国哈飞公司生产的直9系列直升机就是采用这种形式的尾桨。涵道风扇式尾桨不可能做得很大，因此产生的推力通常不及常规型尾桨。只适用在起飞重量较小的直升机上，仍算是一种带机械尾桨的直升机。

近年来，随着直升机技术的发展，出现了一种“无尾桨”的直升机。“无尾桨”(NOTAR)是英文No Tail Rotor的缩写，即没有尾桨的意思。实际上这种直升机并非真的没有尾桨，因为主旋翼的反扭矩依然存在，这种无尾桨直升机只不过是利用另一种结构形式代替常规尾桨来平衡反扭矩。具体地说。无尾桨直升机是利用一种空气排气系统所产生的推力作用在尾梁上。起到平衡反扭矩的作用。这种无尾平衡系统由进气口、压力风扇、带缝尾梁和尾喷气舵等部分组成。

进气口位于中机身后上方，空气入口处有金属防护网。压力风扇由发动机通过减速器直接传动，风扇叶片角度可以调节，以控制空气流量。尾梁呈中空管道形，压缩空气可在其中流动。尾喷口由能转动的外锥和固定不动的内锥构成，构成一个尾梁末端的可调喷气舵。

工作时，压力风扇转动，通过叶片将大量空气压缩提高压力，压缩后的空气顺着管形尾梁向后流动。一部分压缩空气从尾梁一侧上的缝隙排出机外，加入到旋翼的下洗流中，造成旋翼下洗流沿尾梁剖面的不对称流动。使空气对尾梁一侧产生了吸力，相当于在直升机尾部产生一个侧向推力，最大时刻产生悬停飞行状态所需的70％的反扭矩平衡力矩；另一部分压缩空气由尾梁末端的喷气口喷出。其作用相当于一个可以操纵直升机航向的“舵”。喷气量的多少由飞行员通过脚蹬控制喷气舵上的活动外锥进行调节。喷气舵与可转动的垂直尾翼所提供的合力，作为操纵直升机方向的手段。

与常规尾桨相比，无尾桨系统具有明显的优势。首先是其噪声水平较低。由于没有常规尾桨桨叶驱动空气所引起的噪声，与同量级的常规尾桨直升机相比，无尾桨系统噪声水平可以降低约25％-40％。其次，无尾桨系统带来了更好的安全性，由于没有任何机械外露部分，因此减少了碰撞障碍物造成损坏的可能性，也使得地面人员能够更为安全地进行工作。

由于取消了尾桨、尾减速器、尾传动轴以及相应的机械装置，无尾系统使得尾部检查、维护工作大大简化。全机维护成本相应降低，同时也减小了尾桨工作时引起的全机机械振动，提高了全机可靠性。取消尾桨后，尾桨工作时对全机空气流场的干扰也随之消除，改善了直升机的飞行稳定性。特别是直升机在丛林、城市上空飞行时，悬停或起降可以不必顾虑尾桨工作带来的不利影响。

无尾桨系统虽然相对简单，但是也十分精巧。旋翼的总距和压力风扇的叶片角度能够同步协调变化。换句话说，也就是如果旋翼产生的反扭矩增大，无尾桨系统会增加从尾梁缝隙的排气量，进而增大作用在尾梁上的侧向推力，平衡增加的反扭矩。因此几乎不需要驾驶员在操作动作上进行干预来保持方向。减轻了操作负担。飞行测试表明，无尾桨系统所消耗的功率与常规尾桨所消耗的功率相当，无尾桨技术的开发和利用是直升机技术的一大进步。

无尾桨技术虽然先进，但成功应用的例子并不多。美国麦道公司曾经先后推出三款轻型警／民两用无尾桨直升机，也是迄今为止世界上仅有的实用型无尾桨直升机系列。

1976年，休斯直升机公司率先提出无尾桨技术构想，并为此进行了许多试验研究。1981年，休斯公司将这一技术应用在经过改装的OH-6陆军轻型直升机尾梁上制成技术验证机，首次进行了空中试飞。1985年休斯公司并入麦道公司后，无尾桨技术的发展进程明显加快，麦道公司将MD500直升机作为原型机。去掉尾桨。对尾部进行重新设计，定名为MD520N型，最大起飞重量1.5吨。该机于1991年正式取得美国联邦航空局(FAA)适航证，成为世界上第一架正式适航的无尾桨直升机。1992年，麦道公司启动了两项无尾桨直升机发展计划，一项是MD600N，另一项是MD900N。MD600N是在MD520N基础上改进而来，机舱向前延伸1米，发动机功率提高约15千瓦，旋翼桨叶由5片改为6片，最大起飞重量提高约500千克。MD900N是全新设计的3吨级无尾桨直升机，该机又名“探索者”(MDExplorer)，MD900N大胆采用了旋翼“无轴承桨毂”技术(即桨毂采用了复合材料制成的柔性梁结构，不需要复杂的轴承)，配置两台发动机，提高了飞行安全性。值得一提的是，MD900N采用了弯月形桨尖，以改善旋翼的气动效率，此外其操纵系统应用了电传技术。飞行品质大大改善。该机配置了直升机完好性自动监测系统，以提高直升机飞行可靠性。MD600N和M D900N均于1994年获得了FAA颁发的适航证。

麦道公司的无尾桨直升机在20年的研究开发过程中，已经逐步走向成熟，至今已经有一百多架该系列无尾桨直升机飞行在世界各地，总飞行小时数累计超过40000。

作为无尾桨直升机，MD520N、MD600N和MD900N无尾桨系列直升机，无论飞行性能还是使用性能都要优于其它同量级传统型直升机。然而，在世界直升机市场上，MD系列无尾桨直升机销售量并不大，迄今总共才售出一百多架，其用户主要是警察和海上石油钻井机构。用户比较分散，没有大宗定购的主顾。造成这一现象的主要原因。是具有大量直升机需求的军事用户当前所装备的同一量级的直升机尚未到达退役换装的时期。例如美国陆军对轻型直升机有千架以上的需求，但是其目前所使用的装备正值“壮年”，不可能有新的大量订货。MD系列无尾桨直升机可谓是“生不逢时”。其次是当前MD系列无尾桨直升机售价比同量级常规直升机要高，在世界经济处于不甚景气的大环境下，一般民用雇主只能“退而求其次”，宁愿性能上差一些，也要选择价格便宜的常规型直升机。所以，卓尔不群的无尾桨直升机要想在市场上有所建树。还需要时日。市场需要时间来认识和检验，MD系列无尾桨直升机本身也需要进一步完善技术。降低购置费用。提高性价比。毕竟，这才是能市场真正的“兴奋点”所在。

责任编辑：王亚男

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