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1、第六章 直升机的操纵原理,直升机不同于固定翼飞机，一般都没有在飞行中供操纵的专用活动舵面。这是由于在小速度飞行或悬停中，其作用也很小，因为只有当气流速度很大时舵面或副翼才会产生足够的空气动力。单旋翼带尾桨的直升机主要靠旋翼和尾桨进行操纵，而双旋翼直升机靠两副旋翼来操纵。由此可见，旋翼还起着飞机的舱面和副翼的作用。,直升机操纵原理,旋翼不仅提供升力同时也是直升机的主要操纵面。总距操纵杆：通过自动倾斜器改变旋翼桨叶总距，控制直升机的升降运动。提杆，增大总距，升力增大，直升机上升；压杆，减小总距，直升机下降。周期变距操纵杆：操纵周期变距操纵杆，使自动倾斜器相应的倾斜，从而使桨叶的桨距作每周一次的周期
2、改变，造成旋翼拉力矢量按相应的方向倾斜，达到控制直升机的前、后（左、右）和俯仰（或横滚）运动。,直升机操纵原理,脚蹬：控制尾桨，实现航向操纵。尾桨：平衡旋翼反扭矩、航向操纵。垂尾：增加航向稳定性。平尾：增加俯仰稳定性。,直升机操纵原理（续）,6.1 直升机操纵特点,直升机驾驶员座舱操纵机构及配置直升机驾驶员座舱主要的操纵机构是：驾驶杆(又称周期变距杆)、脚蹬、油门总距杆。此外还有油门调节环、直升机配平调整片开关及其他手柄.,驾驶杆和脚蹬,驾驶杆位于驾驶员座椅前面，通过操纵线系与旋翼的自动倾斜器连接。驾驶杆偏离中立位置表示：向前直升机低头并向前运动；向后直升机抬头并向后退；向左直升机向左倾斜并向
3、左侧运动；向右直升机向右倾斜并向右侧运动。脚蹬位于座椅前下部，对于单旋翼带尾桨的直升机来说，驾驶员蹬脚蹬操纵尾桨变距改变尾桨推(拉)力，对直升机实施航向操纵。,油门总距杆,油门总距杆通常位于驾驶员座椅的左方，由驾驶员左手操纵，此杆可同时操纵旋翼总距和发动机油门，实现总距和油门联合操纵。油门调节环位于油门总距杆的端部，在不动总距油门杆的情况下，驾驶员左手拧动油门调节环可以在较小的发动机转速范围内调整发动机功率。,6.2 直升机的操纵机构,在图中(1)是周期变距操纵杆，操纵它可通过助力器(3)可使下旋转转盘(2)倾斜，从而带动整个旋翼倾斜，(5)是总距操纵杆，操纵它可使旋转转盘上下移动，并通过摇臂
4、改变旋翼桨叶的桨距，从而达到改变旋翼升力大小的目的；(6)是脚蹬，操纵它可改变尾桨桨叶的桨距，从而改变尾桨拉力的大小。,6.2.1 总距操纵杆,总距操纵杆简称总距杆。用来控制旋翼桨叶总距变化的座舱操纵杆。总距操纵杆一般布置在驾驶员座位的左侧，绕支座轴线上、下转动。驾驶员左手上提杆时，使自动倾斜器上升而增大旋翼桨叶总距(即各片桨叶桨距同时增大相同的角度)使旋翼拉力增大，反之拉力减小，由此来控制直升机的升降运动。这是直升机特有的一种操纵机构。通常在总距操纵杆的手柄上设置旋转式油门操纵机构，用来调节发动机油门的大小，以便使发动机输出功率与旋翼桨叶总距变化后的旋翼需用功率相适应。因此，又称其为总距油门
5、杆。随着电传、光传操纵技术的发展，座舱操纵机构也在向新型侧杆操纵方式发展，总距操纵杆将有可能与周期变距操纵杆合并成一个很简单的侧置操纵杆。,6.2.2 周期变距操纵杆,周期变距操纵杆简称驾驶杆。与固定翼飞机的驾驶杆相似，通过操纵线系与自动倾斜器相连接的直升机驾驶杆。一般位于驾驶员座椅的中央前方。驾驶员前、后(或左、右)操纵周期变距操纵杆，使倾斜盘相应的前、后(或左、右)倾斜，从而使桨叶的桨距作每转一次的周期改变，造成旋翼拉力矢量按相应的方向倾斜，达到控制直升机的前、后(或左、右)和俯仰(或横滚)运动。周期变距操纵杆在结构上必须保证纵向、横向操纵的独立性。在周期变距操纵杆上，还可根据不同的要求，
6、装设各种开关、按钮和把手。,周期变距操纵杆,随着电传、光传操纵技术的发展，座舱操纵机构也在向新型侧杆操纵方式发展，即手操纵杆从驾驶员座位的中央前方移至座位的右侧，并有可能与总距操纵杆和脚蹬合而为一。其可能的形式有：四轴型(俯仰、滚转、航向和升降四种操纵合而为一)；3(俯仰、滚转和升降)+1(航向)脚蹬型；3(俯仰、滚转和航向)+1(升降)总距型；2(俯仰和滚转)+1(升降)总距+1(航向)脚蹬型四种。,6.2.3 自动倾斜器,自动倾斜器又称倾斜盘。把直升机总距杆和周期变距杆的操纵位移，分别转换成旋翼桨叶的总距操纵和周期变距操纵的主要操纵机构。它是直升机操纵系统特有的复杂而重要的构件。,旋翼自动
7、倾斜器,自动倾斜器,自动倾斜器发明于1911年，由于其出现使直升机的复杂操纵得以实现，现已在所有直升机上应用。其构造形式虽有多种，但工作原理基本相同。一般由与操纵线系相连的不旋转件和与桨叶变距拉杆相连的旋转件组成。不旋转件通过径向止推轴承与旋转件相连。由操纵线系输入的操纵量，经过不旋转件转换成旋转件的上下移动和倾斜运动，再由旋转件通过与桨叶变距摇臂相连的桨叶变距拉杆去改变桨叶桨距，使旋翼拉力的大小和方向改变，从而实现直升机的飞行操纵。倾斜盘旋转件的转动由与旋翼桨毂相连的扭力臂带动。倾斜盘在结构上要保证纵向、横向和总距操纵的独立性。自动倾斜器常见的构造形式有两种：(1)环式自动倾斜器；(2)蜘蛛
8、式自动倾斜器。前者使用最广泛。,6.3 直升机的操纵原理6.3.1 旋翼自动倾斜器的操纵,作动器倾斜盘变距拉杆旋转环不旋转环直升机是通过自动倾斜器对旋翼进行操纵的。自动倾斜器包括：旋转环不旋转环操纵变距拉杆。直升机的驾驶杆动作时，旋转环和不旋转环一起向前后左右倾斜或同时绕水平面的任意轴倾斜。,桨叶变距操纵机构,由于旋转环用垂直拉杆同桨叶连接，故自动倾斜器的旋转环的旋转面倾斜会引起桨叶绕纵轴做周期性转动（即旋翼每转一周重复一次），这样，每一桨叶的桨距将进行周期性变化。垂直飞行，靠改变总距来实施，即同时改变所有桨叶的迎角来实施。此时所有桨叶同时增大或减小相同的迎角，而相应地增大或减小升力，因而直升
9、机也会相应地进行垂直上升或下降。总距操纵是由驾驶舱内驾驶员座椅左侧的油门变距杆控制。,自动倾斜器倾斜时桨距的周期性变化,在装有多片桨叶的旋翼上,倾斜盘的倾斜引起桨叶桨距变化,它随旋翼转动而呈正弦变化规律,这种运动(周期变距)引起旋翼拉力矢量的倾斜。水平飞行，要使旋翼旋转平面倾斜，靠周期性改变桨距得到的.,旋翼桨毂上产生操纵力矩和剪切力,在不同旋翼形式的旋翼桨毂上,产生操纵力矩和剪切力的方法。不同旋翼形式的旋翼系统的横向操纵方法见图:,飞行操纵：1拉力矢量倾斜2由铰接处的剪切力而引起的桨毂力矩,飞行操纵：1拉力矢量倾斜很小2由当量铰处的剪切力引起的桨毂力矩3由桨叶结构刚度引起的桨毂力矩,单旋翼直
10、升机的操纵原理,旋翼旋转时，每片桨叶受到升力离心力自身重力的作用，升力使桨叶绕水平铰向上挥舞，重力使桨叶绕水平铰下垂，而离心力则使桨叶保持水平旋转。在此三力对水平铰形成的力矩达到平衡时，桨叶保持一个向上的角度(一般约为310)，形成一个倒立的锥体。锥角的存在，桨叶上的升力可分解为水平垂直两个分量，各桨叶升力的水平分量互相平衡，对垂直分量的合力R沿锥体轴垂直于桨尖旋转平面。若改变气动力R的大小，将会引起直升机的上升下降或悬停。若使锥体倾斜(如图a所示前倾),则气动力R随之前倾,对直升机构成下俯力矩,使机头下俯。同时，由于存在R的水平分量Hs，使得直升机向前运动。同理，若使锥体侧倾(见图b)，直升
11、机将一方面横滚，一方面沿侧向运动。,尾桨功能,尾桨功能类型(着舰、着水装置）设计参数尾桨桨盘载荷、桨尖速度、桨叶片数和实度、扭转、翼型等。,单旋翼直升机操纵原理,旋翼在发动机驱动下旋转的同时，机体也受到来自旋翼的反作用力矩（反扭矩）的作用。,该反扭矩被尾桨拉力对机体构成的力矩所平衡(见图c)直升机从而得以沿一定的航向飞行。改变尾桨的拉力大小即可达到对直升机航向的操纵。,控制旋翼的方法,直升机之所以可前飞后飞左右侧飞上升下降悬停左右转弯，就是通过对旋翼和尾桨的操纵来实现的。控制旋翼的方法有两种：一种是旋翼桨毂相对构造旋转轴是活动的，桨毂可任意倾斜（为直接控制常用于个别小型直升机）。一种是用自动倾
12、斜器，其桨毂固定在构造旋转轴上，但自动倾斜器能使桨叶的桨距作周期性变化，从而使气动力矢量在一定范围内改变方向（为间接控制）。,直升机的操纵,在对单旋翼直升机旋翼不倾斜时,即旋翼桨盘(旋翼桨叶旋转形成的空间形状)竖直向上,此时旋翼升力与直升机重力同时作用在铅垂线上,只要操纵总距操纵杆，使旋翼升力大于直升机重量，直升机就会垂直上升(见图A)；反之则垂直下降；,当升力与重量相等时，直升机便可悬在空中。若前推周期变距杆，旋翼桨盘就会前倾，其升力的水平分力就会驱动直升机向前飞行(见图B)；同理，向后拉杆，直升机就会作倒退飞行(见图C)；向左或向右压杆，直升机则会向左或向右侧飞(见图D)。蹬脚蹬改变尾桨拉
13、力的大小，便可使直升机绕立轴运动，从而实现航向操纵(见图E)。,6.3.2 布局形式对旋翼操纵的影响,对双旋翼直升机（纵列式横列式和共轴式）的上升和下降俯仰偏航滚转及侧向运动，主要靠控制两旋翼自动倾斜器和总距的协调工作而达到控制目的。,（1）垂直操纵原理,直升机布局形式对旋翼垂直操纵的影响见图。当提或放总距时,对单旋翼的拉力T随之增大或减小；对双旋翼的两副旋翼将同时增大或减小，对纵列式且需满足：TFLXF=TRLXR(其中TF,TR分别为前后旋翼拉力，LXF，LXR分别为前后旋翼轴到直升机重心的位置)。,（2）纵向操纵原理,直升机布局形式对旋翼纵向操纵的影响见图。共轴式和横列式与单旋翼的纵向操
14、纵方式相同，为桨叶锥体前倾。而纵列式应控制前后旋翼的拉力且需满足：当TFLXFTRLXR 时直升机下俯；相反的控制将使直升机上仰运动。,（3）横向操纵原理,直升机布局形式对旋翼横向操纵的影响见图。单旋翼与双旋翼横向操纵方式相同，将桨叶锥体同时左倾或右倾，将使直升机向左移动及左滚或向右移动及右滚。而对横列式应控制左右旋翼的拉力，也能达到横向操纵的目的。,（4）航向操纵原理,直升机布局形式对旋翼航向操纵的影响见图。单旋翼直升机是靠尾桨的拉力变化进行航向操纵的。而双旋翼直升机是靠两副旋翼的桨盘倾侧不同或转速不同来达到航向操纵的。,（5）旋翼扭矩平衡操纵原理,直升机布局形式对旋翼扭矩平衡操纵的影响见图
15、。单旋翼直升机旋翼的反扭矩是靠尾桨的拉力对直升机的重心的力矩来平衡。而双旋翼直升机是靠两副旋翼的旋转方向相反来达到平衡。,飞行控制（操纵）系统,在飞行过程中，利用机械操纵或自动控制系统，对直升机飞行姿态和运动参数进行控制的系统。该系统可用来保证直升机的稳定性和操纵性，提高完成任务的能力与飞行品质、增强飞行安全及减轻飞行员工作负荷。人工飞行控制系统，控制指令由驾驶员发出，包括通过机械装置如驾驶杆发出控制（操纵）指令。自动飞行控制系统，自动或半自动控制，协助驾驶员对直升机进行控制或对扰动做出响应，如自动驾驶仪等。,飞行控制（操纵）系统（续）,机械飞行操纵系统组成：总距操纵杆、周期变距操纵杆、脚蹬、增稳系统功能：(见操纵原理）不同构型直升机的操纵,飞行控制（操纵）系统（续）,飞行控制（操纵）系统（续）,飞行控制（操纵）系统（续）,自动飞行控制系统,
