《大众科学》2012年度发明大奖公布
10.催生更简单的直升机
简易凸轮动力系统
10年前,当时还是销售主管的詹姆斯·奥尼尔,在第一次了解到直升机动力系统的运行原理后,便有了重新设计它们的念头。如今,奥尼尔正在和一群来自伍斯特理工学院的大学生们一起,对自己发明的“东北风”直升机动力系统进行改进,继续在保持动力不变的前提下,挑战直升机“瘦身”极限。
在起初,大部分的直升机都装配着巨大的传动装置,以便将引擎的最高速度控制在与主螺旋桨相匹配的范围之内,同时向尾部桨翼提供动力,来保持机身不陷入螺旋打转的失控状态。若干年前,工程师们取得了突破性的创新。通过在主螺旋桨之上安装一个朝相反方向旋转的同步旋翼,人们成功地取消了尾部发动机。不过这种反方向同步旋翼的设计,在现实中装配起来非常复杂冗繁。
奥尼尔的新发明便是针对于此。他想到了能够以一根机轴驱动多个凸轮的凸轮发动机。这种发动机可以实现两套旋翼同时以正确的速度旋转,而不需要再安装沉重的、维护起来相当麻烦的变速箱。借助它,奥尼尔研制了一款新的可以产生旋转力的凸轮动力系统,这有望催生出一种更轻、更低成本的新型直升机。
在奥尼尔的原型机上,8台相对布列的活塞驱动一对四叶的凸轮。每一个活塞负责为四叶旋翼中的其中一叶提供旋转力。整个发动机的功率达到了每分钟2000转,但四叶旋翼将这个速度降低到每分钟500转,这非常适合20000磅重量以下轻型或遥控直升机的动力需求。
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