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登錄尾槳的案例
形形色色機翼中的動力學奧秘
飛機靠機身兩側的形似蜻蜓翅膀的平直機翼提供升力,前進的動力是由機頭的螺旋槳或尾部噴管(即尾噴管)的噴氣來提供;而直升機則是借助旋轉的機翼(旋翼)產生升力。直升機的旋翼和飛機的螺旋槳都是用旋轉的葉片推動空氣產生作用力的。
今天我們就來說說直升機旋翼的動力學奧秘。
直升機種類
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直升機方面也出現了相對多的機翼種類,按照旋翼的數目與配置以及葉片數目來區分,直升機有如下幾種:
1單旋翼直升機
顧名思義,單旋翼直升機就是它只有一個旋翼。一般它必須帶一個尾槳負責抵消旋翼產生的反轉矩。例如,歐洲直升機公司制造的EC-135直升機。下圖就是一個帶尾槳的單旋翼直升機圖片。但是,也有單旋翼直升機無尾槳的情況,這時它的機身尾部側面有空氣排出管道,用噴氣的反作用力來抵消旋翼產生的反轉矩。例如,美國麥道直升機公司生產的MD520N直升機。
圖:外掛式尾部旋翼(尾槳)
2雙旋翼直升機
雙旋翼直升機具有兩個旋翼。兩個旋翼的排列有如下三個情況:縱列式 ,橫列式,共軸式。
3四旋翼直升機
下圖是中國研制的四旋翼無人直升機。四個旋翼分為兩對,分別以正螺旋和反螺旋方向旋轉。
展開 直升機旋翼的動力學奧妙
例如米-8直升機有4個葉片;米-28有5個葉片;米-26直升機的旋翼有8個葉片,尾槳有5個葉片。2008年5月26日,一架紅色米-26直升機吊裝了一臺重約13.2噸的重型挖掘機,前往唐家山堰塞湖壩體。圖4為執行該項任務的米-26直升機照片。
圖4 “米-26”直升機
05
傾轉式旋翼飛機
美國V-22魚鷹直升機就是傾轉式旋翼飛機(參見圖5),它兼有直升機和飛機的共同優點。當旋翼的轉軸豎直時,旋翼產生升力。當轉軸角(與豎直軸的夾角)接近90度時,旋翼就變成螺旋槳,飛行速度由300公里/時,提高到500公里/時。現在,美國V-22部署到東亞美軍駐日基地,對中國進行威懾。
圖5 V-22“魚鷹”傾斜(傾轉)式旋翼飛機
直升機旋翼動力學奧妙與動量矩守恒律
前邊提到,單旋翼直升機除了有一個大的旋翼外,在尾部還有一個小的尾旋翼(也叫尾槳)。圖6是一個帶鑲嵌式尾旋翼(尾槳)的直升機。尾槳產生的作用力沿水平方向,并且與機身垂直,對機身重心有一個力矩(轉矩)。再仔細看,尾槳力矩使機身轉動的方向必然和主旋翼的轉動方向相反。在設計時,要保證尾槳的轉矩與旋翼的動量矩大小相等方向相反。這樣直升機才能正常飛行。下面我們從力學原理出發來討論一下直升機運行的奧秘。
圖6 帶鑲嵌式尾槳的直升機
動量矩定理 (Theorem of moment of momentum) 和動量矩守恒定律 (Law of conservation of moment of momentum) 是剛體(或質點系)運動必須滿足的動力學原理。動量矩定理說,動量矩對時間的變化率等于外加力矩之總和。當質點系不受外力作用或所受全部外力對某定點或定軸的主矩始終等于零時,該質點系對該點或該軸的動量矩保持不變。即當作用于它的外力矩之和為零時,它的動量矩變化率將等于零。
展開 為什么直升機的尾巴上有個“小風扇?
作用二:抵消單旋翼的反扭力矩
當直升機的旋翼產生升力時,每片旋翼都會產生相應的阻力,這些阻力疊加在一起就會產生一個反扭力矩,這個時候直升機就會出現不平衡的現象,在直升機容易失衡的尾部加上一個“風扇”,也就是尾槳,尾槳發出的推力來抵消這個反扭力矩。
作用三:保持直升機的平衡
我們都知道天空上會產生強氣流,這個時候如果不采取任何措施,光憑借直升機的主旋翼是無法保持直升機平衡的。這樣一來直升機就會偏離飛行軌跡,或者無法躲避障礙物,而這個時候尾槳的作用就體現出來了。它可以輔助旋翼應對空中的強氣流,保持直升機的飛行平衡。
看到這里大家的疑惑是不是就解決掉了呢,所以直升機安裝尾槳并不是為了裝飾或者是好看,而是大有作用的,可以說尾槳是直升機保持平衡的重要部分。
展開 簡說氣動:直升機飛行
另外,對于單旋翼帶尾槳直升機,進行總距操縱的同時還需要注意尾槳操控;尾槳拉力需要能夠與旋翼扭矩匹配,否則直升機將出現航向擺動。
水平運動
直升機水平運動時,旋翼具有明顯的氣流不對稱和升力不對稱特點。比如,直升機前飛時,前行槳葉氣流合速度為:旋轉線速度+前飛速度,后行槳葉氣流合速度為:旋轉線速度-前飛速度。為了應對氣流不對稱導致的左右升力不平衡,就需要施加一定的周期變距操縱,減小前行槳葉槳距值、增加后行槳葉槳距值。
另外,當需要主動改出某一飛行狀態,加減速或側飛時,也需要施加周期變距操縱。周期變距操縱桿如下圖,通常布置在駕駛員兩腿之間,或者是兩個駕駛員的中間。可以說,周期變距操縱直接影響著直升機的水平運動。
駕駛員前推桿操縱時,槳葉運動至右側時迎角最小,運動至左側時迎角最大;對蹺蹺板旋翼來說,由于揮舞響應滯后于操縱90度,最終槳盤后側上揮最大,前側下揮最大,也就是槳盤前傾,如下圖。其他方向周期變距操縱引起的周期揮舞響應,機理與前推桿類似。
駕駛員前推桿,槳盤前傾,從而產生驅動前向移動的氣動力,同時還需要保證垂向升力能夠平衡直升機重力,否則直升機將難以保持高度。
駕駛員橫向打桿,槳盤側傾,從而產生驅動側向移動的氣動力,直升機側飛。
駕駛員后拉桿,槳盤后倒,從而產生驅動后向移動的氣動力,直升機后飛。
偏航運動
懸停狀態,直升機的航向由尾槳操縱決定。如果尾槳拉力變化,則會破壞原有的直升機旋翼反扭矩平衡,從而使航向產生變化。比如,對右旋旋翼,右蹬舵時,尾槳拉力減小、機頭右偏;左蹬舵時,尾槳拉力增加、機頭左偏。
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samcef composites 論文
SAMCEF for Composite 軟件在復合材料分析中的應用 程迎超:
介紹了軟件的功能及在各行業的應用,如在飛機蒙皮屈曲分析中的應用,在飛機蒙皮損傷失效分析中的應用,在飛機鳥撞模擬分析中的應用,在飛機結構優化中的應用,在汽車白車身分析中的應用,在風力發電機葉片分析中的應用
2.復合材料無軸承尾槳柔性元件設計計算分析
鄧景輝, 吳明忠, 洪 蛟, 張呈林
無軸承尾槳柔性梁設計是無軸承尾槳設計的關鍵, 設計上要滿足結構的強度要求, 同時還必須滿足合理的剛度特性, 實現尾槳的揮舞、擺振、變距運動, 因此進行準確而快速的設計計算, 才能適用于工程設計。本文介紹一種相當于三維彈性理論的二維有限元模型, 計算精度高, 速度快。經過試驗, 驗證了所開發的理論方法與軟件,可以用于無軸承尾槳柔性梁元件的特性研究, 對層合板的厚度、鋪層方向、層數、板元大小、離心力、板的安裝角等的影響可進行靈敏度分析。該軟件比大型商業軟件SAMCEF, NASTRAN 經濟實用, 具有自主版權, 易于根據使用情況進行修改, 完全可以滿足工程設計的需求
SAMCEF composites papers.rar
展開 為什么直升機的尾巴都要裝一個“風扇”?
這是怎么一回事,要知道直升飛機升天光靠大的螺旋槳就夠了,為何還要多此一舉的弄個小風扇,是為了裝飾嗎?其實不是這樣的,直升機的尾巴安裝風扇主要是以下三個作用。
第一個是角動量守恒,防止機身隨著旋翼旋轉。我們都知道,想要直升機飛起來就需要主螺旋槳朝一個方向進行高速轉動,這樣才能產生向上的氣流,而根據角動量守恒原理,螺旋槳朝一個方向高速轉動會導致發動機向反方向轉動,這會讓直升機出現轉著轉著突然朝相反的方向轉動,這個時候就需要一個反作用來抵消這種情況,不然直升機真的會螺旋上天了,會像旋風一樣的轉動。
第二個抵消單旋翼的反扭力矩。當直升機的螺旋槳產生向上的氣流的時候,飛機的每片旋翼也都會產生相應的阻力,這些阻力疊加在一起就會產生一個反扭力矩,這個時候飛機同樣會出現不平衡的現象,那么在飛機容易失衡的尾部加上一個風扇,也就是飛機尾槳,讓飛機尾槳發出的推力來抵消這個反扭力矩。
第三個是保持飛機平衡。我們都知道天空上會產生強氣流的,這個時候如果不采取任何措施的話,光憑借直升機的主螺旋槳是無法保持飛機平衡的,那么這樣一來直升飛機就會發生偏離飛行軌道,無法躲避障礙物的情況,而這個時候飛機尾槳的作用就體現出來了。
看到這里大家的疑惑是不是就解決掉了呢,所以飛機安裝尾槳并不是為了裝飾或者是好看,而是大有作用的,可以說飛機的尾槳是直升機保持平衡的重要部位了。
來源:飛哪兒網、飛機維修磚家。
展開 無人機飛行原理——直升機
至于旋翼的槳葉片數,目前多數單旋翼帶尾槳無人直升機大多數采用兩片槳葉。
尾槳作用
尾槳的作用主要有兩個:
1. 抵消大槳的反扭力
大槳在旋轉的時候會有反扭力,這時需要一個力來平衡大槳的反扭力。
2. 航向操縱
航向操縱是用方向舵操縱尾槳的推力的大小實現航向操縱。當尾旋翼的推力改變時,此力對直升機重心的力矩與旋翼的反作用力矩不再平衡,直升機繞立軸轉動,使航向發生改變。
十字盤
十字盤是用于傳遞操作指令實現總距操縱和周期變距操縱的機械機構。自動傾斜器發明于1911年,由于其出現使直升機的復雜操縱得以實現,現已在所有直升機上應用。其構造形式雖有多種,但工作原理基本相同。一般由與操縱線系相連的不旋轉件和與槳葉變距拉桿相連的旋轉件組成。不旋轉件通過軸承與旋轉件相連。
由操縱線系輸入的操縱量,經過不旋轉件轉換成旋轉件的上下移動和傾斜運動,再由旋轉件通過與槳葉變距搖臂相連的槳葉變距拉桿去改變槳葉槳距,使旋翼拉力的大小和方向改變,從而實現直升機的飛行操縱。傾斜盤旋轉件的轉動由與旋翼槳轂相連的扭力臂帶動。傾斜盤在結構上要保證縱向、橫向和總距操縱的獨立性。
展開 為什么直升機的尾巴都要裝一個“風扇”?
這是怎么一回事,要知道直升飛機升天光靠大的螺旋槳就夠了,為何還要多此一舉的弄個小風扇,是為了裝飾嗎?其實不是這樣的,直升機的尾巴安裝風扇主要是以下三個作用。
第一個是角動量守恒,防止機身隨著旋翼旋轉。我們都知道,想要直升機飛起來就需要主螺旋槳朝一個方向進行高速轉動,這樣才能產生向上的氣流,而根據角動量守恒原理,螺旋槳朝一個方向高速轉動會導致發動機向反方向轉動,這會讓直升機出現轉著轉著突然朝相反的方向轉動,這個時候就需要一個反作用來抵消這種情況,不然直升機真的會螺旋上天了,會像旋風一樣的轉動。
第二個抵消單旋翼的反扭力矩。當直升機的螺旋槳產生向上的氣流的時候,飛機的每片旋翼也都會產生相應的阻力,這些阻力疊加在一起就會產生一個反扭力矩,這個時候飛機同樣會出現不平衡的現象,那么在飛機容易失衡的尾部加上一個風扇,也就是飛機尾槳,讓飛機尾槳發出的推力來抵消這個反扭力矩。
第三個是保持飛機平衡。我們都知道天空上會產生強氣流的,這個時候如果不采取任何措施的話,光憑借直升機的主螺旋槳是無法保持飛機平衡的,那么這樣一來直升飛機就會發生偏離飛行軌道,無法躲避障礙物的情況,而這個時候飛機尾槳的作用就體現出來了。
看到這里大家的疑惑是不是就解決掉了呢,所以飛機安裝尾槳并不是為了裝飾或者是好看,而是大有作用的,可以說飛機的尾槳是直升機保持平衡的重要部位了。
來源:飛哪兒網、飛機維修磚家
展開 直升機是如何起飛轉向的?
槳葉片的數量隨著直升機的起飛重量而有所不同。重型直升機的起飛重量在20噸以上,槳葉的數目通常為六片左右;而輕、小型直升機,起飛重量在1.5噸以下,一般只有兩片槳葉。
直升機體放在地面時,旋翼受其本身重力作用而下垂。發動機開車后,旋翼開始旋轉,槳葉向上抬,直觀地看,形成一個倒立的錐體,稱為旋翼錐體,同時在槳葉上產生向上的升力。隨著旋翼轉速的增加,升力逐漸增大。當升力超過重力時,直升機即上升;若升力與重力平衡,則懸停于空中;若升力小于重力,則向下降落。
欲向前飛,需將駕駛桿向前推,經過操縱系統,自動傾斜器使旋翼各槳葉的槳距作周期性變化,從而改變旋翼的拉力方向,使旋翼錐體前傾,產生向前的拉力,將直升機拉向前進。
直升機的方向是靠尾槳控制的。欲使直升機改變方向,則需踩腳蹬,改變尾槳的槳距,使尾槳拉力變大或變小,從而改變平衡力矩的大小,實現機頭指向的操縱。
直升機優點:可以做低空(離地面數米)、低速(從懸停開始)和機頭方向不變的機動飛行,特別是可在小面積場地垂直起降。由于這些特點使其具有廣闊的用途及發展前景。在軍用方面已廣泛應用于對地攻擊、機降登陸、武器運送、后勤支援、戰場救護、偵察巡邏、指揮控制、通信聯絡、反潛掃雷、電子對抗等。在民用方面應用于短途運輸、醫療救護、救災救生、緊急營救、吊裝設備、地質勘探、護林滅火、空中攝影等。海上油井與基地間的人員及物資運輸是民用的一個重要方面。
直升機缺點:當前直升機相對飛機而言,振動和噪聲較高、維護檢修工作量較大、使用成本較高,速度較低,航程較短。
文章來源:機械cax360
展開 直-20為什么長得像黑鷹?其實這里邊有“經驗之談”
注意UH-60直升機的作戰起飛方式
與固定翼飛機一樣,直升機在降落時通常會屁股先落地,高尾梁飛機雖然尾巴翹的非常高,可如果地不平的話,還是容易發生意外。而采用低尾梁的直升機,在降落期間雖然是尾輪先落地,但正好能保護尾槳,從而能適應各種地形。
尾巴低可以更好的保護尾槳
從維護性和安全性來講,低尾梁直升機尾槳的位置低,更有利于在條件簡陋的前線維護。最關鍵的是低尾梁和機體主梁結構渾然一體,整體強度高,墜落時對人員的保護更好。另一方面,從空氣動力學的角度說,尺寸逐漸收縮的低尾梁也比直挺挺的高尾梁阻力更小。
當然有些直升機顯得略微“怪異”,比如說卡-52
當然,我們并非要黑“高尾梁”布局,它也是有好處的,可以很方便的在后機身設置跳板式尾門,裝載車輛和較大的貨物。比如我們常見的米-17一家和過去提到過的空中巨無霸——米-26“光環”,而“黑鷹”這類低尾梁直升機只能通過嚴重增加阻力的吊掛方式運輸。
“光環”米-26的安利地址
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天空光環丨詳解現役最大直升機,曾在汶川地震立下汗馬功勞
開“后門”的米-26直升機
不過鑒于大量使用直升機的部隊多數都是“輕裝上陣”,所以套用名言:“問題不大”...更重要的是,采用低尾梁設計的直升機,機身高度普遍較低、便于空運。就這一點而言,低尾梁還是非常必要的,尤其是對于國土幅員遼闊的大國而言,靠直升機自身奔襲上千公里、異地轉場,怕是哪道菜也趕不上。
這張照片可不常見,當初測試黑鷹時,用的就是C-130(中國國際航空)將之送到青藏高原的
而米-17的長途運輸只能靠安-124這樣更大的運輸機來實現
托低尾梁設計的福,直-20還能順便解決一下海軍的大問題——艦載直升機之苦!
展開 制造業歷史上那些第一次,都是經典!
這是一架單旋翼帶尾槳式直升機,裝有三片槳葉的旋翼,旋翼直徑8.5米,尾部裝有兩片槳葉的尾槳。其機身為鋼管焊接結構,由V型皮帶和齒輪組成傳動裝置。起落架為后三點式,駕駛員座艙為全開放式。動力裝置是一臺四氣缸、75馬力的氣冷式發動機。這種單旋翼帶尾槳直升機構型成為現在最常見的直升機構型。
▲世界上第一輛自行車
世界上第一輛自行車出現于1790年,由法國人希布拉克用木材制成,沒有腳蹬,靠雙腳交替踏地前進。 1801年,俄國人阿爾塔莫諾夫發明了一輛輪子前后掛著的小車。這些發明家把它作為禮物獻給了俄國沙皇。 1831年,德國人德列斯發明了車把,可以方便地轉彎。 1839年,英國人麥克米倫發明了腳踏,裝于前輪上。 1880年,法國人基爾梅發明了鏈條,用它帶動后輪旋轉。 1888年,英國人鄧勒普發明了充氣車胎 。
展開 
某民用直升機艙內噪聲水平仿真分析研究
目前,直升機噪聲的仿真分析主要集中在旋翼和尾槳噪聲等艙外噪聲上。王普緣應用有限元方法,分析得出在中速前飛狀態下,旋翼噪聲在直升機全機總噪聲中的占比超過90%。仲唯貴等則是采用FW-H方程分析了直升機尾槳與渦線干擾噪聲,表明干擾狀態下尾槳噪聲在中頻段有所增加且具有一定指向性。解福田等同樣應用FW-H方程分析了主旋翼噪聲的指向性。對于艙內噪聲的仿真分析,Perazzolo等和雷燁等應用統計能量法分別分析了AW139和某型直升機的艙內噪聲傳遞路徑,但對噪聲源判定和簡化加載介紹較少。
本文以某在研民用直升機為研究對象,較為詳細地介紹了直升機艙內噪聲仿真分析的整體流程,為艙內降噪設計提供了技術支持,同時,本文的分析思路可為其他型號直升機的降噪提供借鑒。
1. 噪聲源貢獻度分析
直升機艙內噪聲源按聲媒介質的特征來分,主要有三大類:① 由結構的機械振動引起的結構噪聲;②機身壁板透射傳播到艙內的旋翼/尾槳旋轉產生的氣動噪聲;③ 由發動機/主減等結構的機械振動而引起的封閉艙室內空氣振動發聲。研究表明,對于直升機艙內噪聲來講,旋翼和尾槳旋轉帶來的氣動噪聲主要影響低頻噪聲,如圖1所示,而人耳對低頻噪聲敏感度較低,可以在分析時把這部分氣動噪聲忽略掉。
展開 制造業史上的那些第一次,個個都是經典!
這是一架單旋翼帶尾槳式直升機,裝有三片槳葉的旋翼,旋翼直徑8.5米,尾部裝有兩片槳葉的尾槳。
其機身為鋼管焊接結構,由V型皮帶和齒輪組成傳動裝置。起落架為后三點式,駕駛員座艙為全開放式。動力裝置是一臺四氣缸、75馬力的氣冷式發動機。
這種單旋翼帶尾槳直升機構型成為現在最常見的直升機構型。
第一部移動電話
第一步真正意義上的商業化手機的誕生應該在1973年4月,由美國摩托羅拉工程師馬丁.庫帕(Martin Cooper)發明的。
而對于1973年誕生的商業手機之前的1940年代,已經有有移動電話的雛形。由美國貝爾實驗室制造的戰地移動電話機已經誕生了出來,只是由于太過于笨重移動比較困難;后又有蘇聯工程師列昂尼德.庫普里揚諾維奇也發明了另一種移動電話。但都由于過于笨重,移動不方便,都不能進行商業化運用。
1973年4月3日,摩托羅拉員工馬丁·庫帕領導他的團隊,在美國紐約曼哈頓的實驗室里研發出了人類史上首款移動電話DynaTAC。
那時中國人將這種大塊頭手機形象的稱呼為“大哥大”,DynaTAC高9英寸,內部有多達30塊電路板,通話續航時間35分鐘,充電則要花上10小時。
人們現在使用手機已不僅僅只是局限于打電話,而是更廣泛的用于上網沖浪、社交互動、查看地圖、玩游戲、拍照攝像和安裝應用。
展開 HBM幫助Marenco SKYe SH09直升機成功試飛
為客戶提供完整的測量鏈,包括定制傳感器
作為測量項目的一部分,HBM為直升機的機身,尾槳和旋轉塔測試臺提供了完整的測量鏈。
旋轉塔上使用了三個HBM U10M力傳感器 ,用于對直升機旋翼的動靜態拉壓向力進行測量,旋翼產生的大多數扭矩可通過這三個力傳感器直接計算得出。
主變速箱測試臺采用了HBM T40B數字扭矩傳感器。并且HBM為Marenco專門定制了4個三分量力傳感器,用于對軸向力Fz和橫向力Fx、Fy進行動態測量,并利用三分量傳感器對飛行靜態機動性進行了一對一仿真試驗。
尾槳測試臺采用了T22傳感器和S9M力傳感器。
除了采用HBM力和扭矩傳感器以外, Marenco還采用了HBM應變片對飛機部件進行了應力測試,并采用QuantumX數據采集系統和catman測量軟件進行評估和分析。
HBM的解決方案完全超出了Marenco預期,未來將繼續使用HBM測量技術。
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「甜蜜」事業 | 巧克力包裝系統高速動態稱重的核心
“霍家”秘籍 | 讓你的傳感器具備更高性能與成本優勢
案例分享 | 讓屹立90年的海上大橋煥發青春
案例分享 | 采用HBM設備進行復雜的直升機測試
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展開 飛行三輪摩托:中國特種部隊的突襲利器,噪音更低更省錢更安全!
萬一發動機在空中停車螺旋槳不轉了,此時旋翼機因為具有慣性繼續維持前飛的狀態,并由于重力和空氣阻力逐漸減低速度和高度,就在這高度下降的同時,也就有了自下而上的相對氣流,旋翼就能可自轉提供升力。
這樣,旋冀機便可憑飛行員的操縱安全地滑翔降落。即使在飛行員不能操縱,旋翼機失去控制的特殊情況下,也會像降落傘一樣的降落,雖然也是粗暴著陸,但不會出現類似秤陀落地的情況。
直升機原理太復雜,飛行安全性比較低,粗暴著陸是常態,人員受傷死亡高發
直升機也是具備自轉下沿安全著陸能力的。但它的旋冀最初是發動機驅動高速宣傳的,發動機停車后轉換到風吹旋轉,這個過渡要損失一定高度。如果飛行高度不夠,那么直升機就可能來不及過渡而觸地。旋翼機本身就是在自轉狀態下飛行的,不需要進行過渡,所以也就沒行這種為安全轉換所需的高度約束。
而直升機更糟糕的是,失去動力后,操縱方向的尾槳也失去作用,就造成了很大的安全隱患,從這個角度來說,旋翼機這個李鬼安全性比直升機幾乎好100倍。
有人覺得火力太差,嗯,確實差,給你一發火箭筒試試
實際上來說旋翼機比直升機安全,飛行速度卻不慢,最高飛行速度記錄接近500公里,超過直升機的400多公里,而且,旋翼機沒有復雜的傳動系統,操縱系統和周期變角度的旋翼系統,也免去了直升機最大的安全隱患。
而且,由于旋翼機就需要一個螺旋槳發動機,和一個簡單旋翼裝置,實際成本就是直升機的10分之一,成本超級低,維修費用也同樣低,飛行成本主要就是燃油費,某旋翼機87升油就可以飛500公里,省油到爆。
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