旋翼“骨折”的直升机——博尔科Bo46

冷门飞行器108

本文2154字，32图，预计阅读时间10分钟

博尔科 Bo-46

德施密特旋翼，高速直升机解决方案

博尔科 Bo 46

通常，直升机旋翼的运行环境在比普通飞机螺旋桨复杂的多。首先，直升机需要使用主旋翼同时提供升力和操纵性，而固定翼飞机通常使用单独的气动表面来实现操纵性。俯仰和偏航是通过改变转子不同侧面的迎角，从而获得升力差来操作的，使用钟形曲柄系统在叶片旋转时将叶片调整到不同的迎角。还需要考虑进动引起的相位滞后现象，即如果想要向右滚动，叶片需要在前方迎角稍大，后部的迎角略小，而不是左侧迎角稍大，右侧的迎角略小。@nordland 今日头条原创首发

普通直升机旋翼的周期铰摆运作方式

在向前飞行中，旋翼系统受到各种形式的差动载荷影响。作为一个大直径旋转系统，叶片的尖端相对于静止空气可以达到 300 公里/小时的速度旋转。当直升机在静止的空气中悬停时，叶片在整个旋转过程中看到相同的300公里/小时的相对风速。然而，当直升机开始向前移动时，在叶片旋转方向和飞行方向相同的一侧，飞行速度会与叶片的旋转速度相加，另一侧相减。例如，如果直升机以 100 公里/小时的速度向前飞行，则前进侧的叶片尖端空速为300+100 = 400 公里/小时，而后退侧的叶片尖端空速则为 300 – 100 = 200 公里/小时。

高速飞行的直升机桨尖速度差

因此，即使不做机动，高速飞行的直升机旋翼系统也必须动态调整翼型的迎角，以确保两侧升力相等。如果此时需要机动，则需要的旋翼控制变得更加复杂，甚至超过机械限制，因此随着直升机的加速，机动能力会显著下降。

德施密特旋翼系统模型

20世纪50年代，德国直升机制造商博尔科（Bölkov）的工程师汉斯·德施密特（Hans Derschmidt），开始提出了一种全新的思路，来解决旋翼在直升机高速飞行中的控制问题。这一系统称为德施密特旋翼系统（Derschmidt rotor system）。

德施密特旋翼系统专利图

德施密特旋翼，使用了另一种思路来平衡高速飞行中的两侧升力，不通过叶片迎角差，而是调整叶片的后掠角。这样做的另一个好处是，在变化过程中向后摆动的机翼减少了翼尖的空速，后掠的叶片也有利于减轻负载，可以得到更低的阻力特别是跨音速阶段降低波阻，同时叶片需要承受的应力降低，可以做的更薄，进一步降低阻力。

德施密特旋翼系统专利

转子轮毂包括一个轴承系统，使叶片在前行侧向后移动时增加后掠角，前行时减少后掠角，相当于使用周期铰摆以外的另一套独立控制系统完成高速飞行的平衡补偿。桨毂内有一套齿轮系统以实现这种看上去像是旋翼“骨折”的运行方式。德施密特旋翼采用刚性设计，免除了传统旋翼中使用的复杂轴承系列、柔性配件和连杆。

德施密特旋翼系统模型

由于德施密特转子的运动遵循旋转过程中阻力的自然变化，因此施加在叶片上以将其移动到位的力非常小。在他早期专利中提出的几种设计中，大多数都使用了非常小的连杆，该连杆来自叶片内侧的钟形曲柄，连接到一个小推杆上进行操作。这些杆连接到一个偏心的圆盘上，该圆盘偏心地固定在旋转中心，将叶片驱动到适当的位置。

实验高速直升机 Bo 46

Bo 46

直升机制造商博尔科（Bölkov）很早就对高速旋翼飞行感兴趣，博尔科以开发了畅销的轻型直升机Bo-105而闻名，后来和梅塞施密特、布鲁姆合并为M-B-B集团。1955年，当德施密特获得他的第一个专利时，博尔科准备将这个概念付诸实践，博尔科准备建造三架实验直升机 Bo 46作为实验试验台，相关项目由德国国防部合同资助。

博尔科明星产品Bo-105

Bo 46早期设计

Bo 46的基本设计于1959年1月完成。五叶片转子系统最初在风洞中进行了测试，并取得了令人印象深刻的结果。预期 Bo 46 将能轻松达到 500 公里/小时（270 节）的速度，当时最先进的直升机设计也被限制在250公里/小时（130 kN）左右。

Bo 46早期设计风洞模型

Bo 46

三架原型机高度流线型机身由赛贝尔公司（Siebel）建造。动力来自一台 800 马力的透博梅卡 Turmo 涡轮轴发动机，驱动着一个五叶片的德施密特旋翼，叶片的外部部分由玻璃纤维制成，它们铰链上连接到带有衬套的五个支撑臂上，其德施密特旋翼最大后掠摆动可达±40°。

Bo 46机身

Bo 46

Bo 46设计最初为风扇尾桨，可以在高速飞行中使用百叶窗关闭，但这个设计从原型机中移除，六叶尾桨安装在尾翼的左侧。Bo 46的最大速度可不受旋翼转子考虑的限制，而是发动机的最大功率。如增加单独的推进发动机，预计速度可高达700公里/小时（380节）。

Bo 46

从热门到无人问津

Bo 46 旋翼锁定的首次测试于 1963 年秋天开始。在测试中，遇到了一系列未预料到的新型动态载荷，这导致了旋翼危险振荡。但这震荡似乎不是德施密特设计本身所固有的，但Bo 46只能通过在旋翼中增加额外的机构解决。在修正后Bo 46于1964年2月14日完成首飞，10月27日首次完成3分钟悬停。随后的试飞认为这架直升机可以控制但有迟滞。