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相信很多人小时候都看过《黑猫警长》，对其中的《食猴鹰》一集印象深刻，片中的黑猫警长为了抓住食猴鹰，在前几套作战方案都失败的情况下，启动第四套作战方案，十多架直升机团团围上，倒转直升机机头，用尾桨当“割草机”，剃剪食猴鹰的羽毛，最终让食猴鹰失去了飞行能力，束手就擒。当然，这也就是个动画片而已，没人当真，直升机的尾桨非常脆弱也不能当“割草机”，不过谁能想到，还真有人要试试直升机尾桨锋利不锋利。4月23日，印度北阿坎德邦一名政府官员去山区出差，据说可能是第一次坐直升机比较兴奋，下飞机后一直在直升机外自拍，结果走到了尾桨的位置，被叶片击中头部当场身亡。不得不说，这种匪夷所思的死法真的很印度。那么问题来了，为啥直升机要装个尾桨呢？高速旋转真的很危险啊！其实直升机和螺旋桨固定翼飞机的原理相似，都是靠内燃机驱动至少两片桨叶转动，因为桨叶有角度，所以在旋转中不断把大量空气向后推去，这样就在桨叶上产生了向前的力，即推进力，一般被称为拉力。区别就是，固定翼飞机的拉力是向前，而直升机的拉力是向上。可是问题来了，螺旋桨在旋转的时候，会产生沿螺旋桨旋转的反方向，形成一个力矩，我们叫反扭矩，这个反扭矩和驱动螺旋桨旋转的扭矩，就像是牛顿三定律中的作用力和反作用力一样，大小相等，方向相反。所以固定翼单发螺旋桨飞行的时候，如果飞机完全沿动力轴对称，那么飞行过程中飞机就会沿着螺旋桨转的反方向滚转，无法保持稳定飞行，那么必须把这个反扭矩抵消掉。在意识到这个问题之后，初期的飞机设计师在安装发动机的时候会有意让发动机轴线向右偏斜一点，这就是所谓的右拉线，这样飞机右边重，左边轻，发动机的反力矩就抵消了。可是直升机就不能这么设计了，因为它的拉力是朝上的，如果不抵消这个力矩，那么直升机上了天，机身就会绕着转轴反向旋转，人都晃晕了，所以第一代直升机都有两个螺旋桨，通过反向旋转抵消反扭矩。但是这种设计实在太笨重了，于是西科斯基发明了“单旋翼-尾桨”结构。这个结构很简单，主旋翼旋转不是会形成一个反向的力矩吗？那我加长机身尾部，然后装一小螺旋桨，发动机在带动主旋翼转动的时候，同时通过传动轴驱动尾部小螺旋桨，向旋转的方向吹风，不就能把这个反力矩抵消了吗？不得不说，尾桨是一个重要的发明，它简单有效地实现了力矩抵消作用，所以现在几乎所有的直升机（共轴和双旋翼除外）都是这种设计。那么问题又来了，尾桨太脆弱了，一旦故障或者被击中，甚至地面卷入一块布，直升机就会失控坠毁。看过电影《黑鹰坠落》的都知道，当直升机的尾桨被突然击中或炸断，直升机一定会发生自旋，自旋使得主桨相对转速下降升力降低，同时姿态控制也更加困难，结局就只能是坠毁。所以工程师也一直在想办法解决尾桨脆弱和异物卷入的问题，然后就诞生了涵道尾桨，涵道尾桨原理与普通尾桨相同，也是通过螺旋桨旋转产生的推力抵消主旋翼反力矩，但它外面有一圈保护结构（有点像大疆无人机的防撞环），形成了一个圆形涵道，因为空气由涵道进入，受主旋翼下洗流干扰影响较轻，有利于低空飞行，堪称完美。这样设计，尾桨不仅不容易卷入异物，而且就算那位印度官员站到机尾，除非把脑袋伸到涵道里面去，基本上也是不可能被削到脑袋的。但涵道尾桨也有个问题，因为体积有限，尾桨的直径受到限制，所以在反推效率上，不如无涵道的大螺旋桨，所以涵道尾桨多见于6吨以下的轻型和中型直升机。中型武直和重型直升机因为需要更大的主旋翼提供升力，相应的尾桨也得做大来抵消更大的反扭矩，如果仍然采用涵道尾桨，那么整个涵道、尾梁都要放大，会严重影响飞行性能。既然涵道尾桨有缺点，有人就另辟蹊径，把涵道装在直升机里面行不行？然后尾梁侧方开口向外吹气，不就能抵消力矩了么？你还别说，还真有这种直升机，比如麦道NOTAR，就是在尾部内部前端装了一个风扇，由主引擎传动直接驱动，把风吹响尾部的开口，实现力矩抵消，而且这个开口方向还是可以旋转的，飞行员可以通过操纵喷口方向来提高升力。这种设计的好处就是可以一定程度增升，降低噪音，消除外露尾桨提高飞行安全，就算这位印度官员站到尾部，顶多被气流吹个跟头，而不会被斩首了。当然，这种设计也有缺点，制造比常规尾桨复杂，可维护性打折扣，所以并不流行。看来看去，创新设计都各有缺点，想要一款可靠又好用的反扭矩装置，似乎又要回到传统尾桨上来了，可是那如何解决安全问题呢？要知道，被直升机尾桨打死的，可不止这位印度官员，2022年，就有1名22岁的英国游客杰克·芬顿在下了直升机之后，没有听从地勤人员指挥迅速离场，而是跑到直升机后面玩自拍，直接被直升机尾桨击中肢解。这种隐患在军队同样存在，特别是一些需要从机身尾门下飞机的，很难免跑错方向跑到尾桨的位置去造成惨案。所以在军用直升机中，为了解决这个问题，一般都有两个方案，一是加高尾梁，让尾桨下端高于正常人的身高，不就不会打到人了吗？所以我们看米24的尾梁就特别高，人就是站在尾桨下面，都打不到人。另一种方案，就是把尾梁旋翼设计在舱门的反方向，这样下飞机后，除非你绕一个圈到另一侧，否则基本上是不会碰到尾桨的，比如中国最新的直8宽就是这样的设计，有门的那一侧没尾桨，有尾桨的那一侧没门，这样就可以最大限度避免人卷入尾桨。当然，碰上那种两边都有门，以及开了后门的直升机，就没办法了，只能通过安全教育，来警告大家不要靠近飞机尾部了。所以，虽然印度官员被直升机尾桨斩首看起来像个笑话，但其实反映出的问题一点也不好笑，要不印度也向中国学习一下，改一下直升机的设计，并加强一下安全教育？
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