直升机结构与系统-第2章

第02章直升机飞行操纵系统《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统2.1主旋翼操纵简介直升机的机动飞行是绕着3条轴线来转动的：横轴、纵轴和立轴。•绕纵轴做横滚运动，绕横轴做俯仰运动，绕立轴做航向运动。直升机在正副驾驶位置也可以是双套操纵装置，而有些直升机的副驾驶操纵装置还会被设计成可拆卸的，以便满足飞行的需要。三种操纵系统用来实现直升机的机动飞行：总距操纵、周期变距操纵和脚蹬操纵。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统•周期变距杆是用来倾斜主旋翼旋转的，即向前、向后、向左或向右以及这些方向的合成。•脚蹬用于操纵和改变尾桨叶的桨距角，但只能改变桨叶的总距，而不能够进行周期变距输入。脚蹬操纵除了用来抵消扭矩作用外，脚蹬还可以实现对直升机航向的控制，即机头转左或转右。•总变距杆移动可以同时等量的改变所有主桨叶的桨距角，从而改变旋翼有效力。直升机的飞行操纵是相互影响的《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统在现代的直升机设计上，旋翼在飞行中的转速是基本不变的，这是由燃油调节器或计算机控制的全权数字发动机控制系统（FADEC）来实现的。而在一些老式的直升机或一些最大起飞重量在5700kg以下的直升机上，则可能是由一个安装在总变矩杆上的油门操纵手柄来控制的。许多直升机，除了最基本型外，在飞行操纵系统内大多有电气系统来使直升机增稳，大型直升机使用的则是自驾系统。•增稳系统能使直升机不受外界（如阵风等）的干扰影响，保持已定的高度、已定的航向和速度。•增稳系统能使直升机保持稳定，不需要飞行员进行不断的修正，从而减轻了飞行员的工作强度。许多大型直升机安装了全套的自驾系统，直升机可以按照预先输入的、行计划、行只需要飞行员最少量的操作，从而进一步减轻飞行员的工作强度。通常，飞行操纵系统•从总距杆和周期变距杆到主旋翼伺服作动器的操纵传递是一种推拉杆形式。•而尾桨操纵系统从脚蹬到尾桨叶片则是通过钢索来完成的，同时还有张力调节器，在两端使用推拉杆。•而在一些大型直升机上有完全采用推拉杆系统来作为尾桨操纵的。尾桨操纵采用钢索的最主要原因是：尾桨的操纵系统所经路径通常较主旋翼操纵系统长，使用钢索则相对可以减轻重量，并且还可以随直升机机身结构变化面伸缩。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统操纵系统部件钢索系统操纵钢索。•一般是镀锌碳合金或不锈钢材料制造。松紧螺套。•用来调节钢索的张力。导缆孔和导缆器。•应用在直升机上任何可能导致操纵钢索与机身结构相影响的地方。•一般为特氟隆材料，由两半组成，将钢索卡在中间，通常安装在机身的一个支架上。•导缆器可以减少钢索的抖动，而且可以保持钢索的直线性。滑轮和钢索保护器•滑轮应用在需要钢索改变方向的地方。它的中心是一种密封轴承。•钢索保护器安装在滑轮支架的外侧，用以保护钢索不会弹出滑轮槽。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统链条链条是和齿轮或链轮齿一起用来把圆周运动转换为直线运动或把直线运动转换成圆周运动的。钢索张力调节器飞行操纵系统通常需要钢索张力调节器来保持钢索的张力，钢索张力调节器可以在各种环境下保持钢索的张力在规定的数值范围内。一种典型钢索张力调节器《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统总距操纵总距杆是用来增加或减少主旋翼有效力的。•不同的直升机对总距杆的命名也不同，例如有叫总距、推力杆或推力操纵器等。总距杆分别安装在机长和副驾驶座位的左侧。•向上拉杆则同时增加所有主桨叶的桨叶角，从而增加了主旋翼的有效力；•向下推杆则同时减小所有主桨叶的桨叶角，从而减小了主旋翼的有效力。总距杆一般是安装在一根扭力轴上，也叫横轴。扭力轴的两端通过轴承安装在机身结构上。•扭力轴把周向运动转换为线性运动，可以为操纵系统提供推拉运动。如图2—5所示。•推拉杆通过与安装在扭力管上的连杆相接，将总距杆的运动传递到总距操作系统上。•在传递到主伺服或主作动器之前，这些运动首先要传递到操纵复合摇臂上。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统•这种摩擦装置只是一种安装在扭力管上的简单的卡子，或者是安装在与总距杆相连的一支撑杆上的摩擦片组件，如图2—7所示。•无论哪种方式，它们都应该可以按照飞行员的需要来调节。大多直升机的总距杆的前端安装有一个操纵手柄，如图2—6所示。可以接通和切断以及操纵重要的系统，例如绞车、搜索灯和发动机调节控制等。飞行中飞行员总是需要把手从总距杆上移开的，为了防止总距杆向下滑落而影响主旋翼总推力，因此需要安装一种摩擦装置。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统周期变距杆在前后运动中，一根杆将该运动传递到一个复合摇臂；•前后运动由一个主伺服就可以实现。而在左右运动中，有两根相临的杆参与了工作，它们总是互相向相反方向移动。•当周期变距杆向左移动，其中一根杆向前运动，另一根则向后移动。•因为直升机的横向操纵（横滚）是由两个控制横向（横滚）的主伺服来实现的。•在横滚时这两个主伺服的作动也是相反的。周期变距杆分别位于机长和副驾驶员座位的正前方，它通过倾斜转盘来实现直升机在水平方向上的飞行。•向前推杆使直升机向前飞，•向后拉杆使直升机后移，•向左或向右移杆使直升机向相应方向移动。周期变距杆以下端为支点，与两套推拉管相连，一根控制直升机的左右运动（横滚），另一根控制直升机的前后运动（俯仰）。•一个叉形件使这两种运动相互独立，因此，直升机的横滚和俯仰可以单独实现而不相互影响。周期变距杆也有一个摩擦装置，通常是在杆的基座上安；装一个滚花螺母。如图2—8所示。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统和总变距杆一样，在周期变距杆的上端安装有操纵手柄，上面有一些操纵开关用来操纵直升机的某些重要系统，通常是操纵微调、自驾或增稳、货物释放和通信系统等。如图2—9所示。操纵复合摇臂总距和周期变距这两种操纵的输入都要传递到一个复合摇臂上。该复合摇臂能够保证所有的操纵输入都传递到主旋翼而不会造成任何缺失或相互影响。复合摇臂传递操纵输入至主旋翼伺服作动器（也叫伺服机构），该作动器综合不同的操纵输入并传递到主旋翼。对于安装有3个主作动器的单旋翼直升机，每个作动器必须获得正确的操纵输入以使直升机按照飞行员的操纵给予正确反馈。不同的直升机安装不同的复合摇臂。复合摇臂的最简单形式就是在一根中心轴上安装3个直角曲柄，该轴本身又通过轴承安装在另外一对较大的曲柄上，从而可以使3个曲柄转动。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统复合摇臂的最简单形式就是在一根中心轴上安装3个直角曲柄，该轴本身又通过轴承安装在另外一对较大的曲柄上，从而可以使3个曲柄转动。•这3个曲柄每一个都有输入推拉杆将它们与周期变距杆连接，分别为前后、横向左和横向右操纵，每一个曲柄又各有输出推拉杆将操纵传递到相应的主旋翼作动器上。•作为总距轴线的主轴上安装的曲柄，通过推拉杆与总距杆连接，这两个曲柄的转动会使上面3个小曲柄也随之一起活动。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统1.总距输入•总变距杆的活动传递到主轴的曲柄上，使所有3个较小曲柄一起移动，从而同时同量地将操纵输入传递到所有的主作动器上，增加或减少旋翼的有效力（见图2—12）。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统2．前后周期变距输入•前后操纵周期变距杆，只会将操纵传递到前后曲柄上。该曲柄绕中心轴转动，并将操纵传递到前后作动器，作动器根据输入要求伸长或收缩，使倾斜盘绕固定扭力臂偏转，从而使主旋翼旋转面前倾或后仰（见图2—13）《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统3．横向周期变距输入•左/右横向操纵周期变距杆，会使一根输入操纵杆向上移动，而另外一根向下移动，带动两个横向曲柄分别向上/下转动，从而使一个横向作动器伸长，另外一个作动器收缩，使倾斜盘侧转，最终使主旋翼旋转面向左或向右偏转（见图2—14）。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统倾斜盘和星形件简介直升机飞行操纵系统中的主要部分就是将飞行操纵从系统的非转动组件传递到转动组件的机械装置。通常有两种装置：倾斜盘和星形件。•倾斜盘主要应用在操纵主旋翼上；•星形件则是应用在操纵尾桨上的常用装置；•也有直升机采用星形件来操纵主旋翼的。倾斜盘倾斜盘分为旋转倾斜盘和固定倾斜盘两种。由于承受的负载较大，因此是由钢、钛或合金等制造而成的。•固定倾斜盘通过一个位于它中间的球形轴承安装在主旋翼传动轴上。这个球形轴承可以沿着一个环绕主旋翼传动轴的滑动轴套上下自由滑动。•旋转倾斜盘安装在固定倾斜盘的上方，它的中间有一个环形轴承，因此可以在水平面上像一个整体一样自由转动旋转倾斜盘和固定倾斜盘，固定倾斜盘在水平夹角的任何变化都会传递到旋转倾斜盘上，使其也随之进行相同的变化。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统固定倾斜盘•固定倾斜盘的四周平均分为4个连接点，其中3个与作动筒的上端连接，它们以眼形件和叉形件形式相连，之所以需要眼形件是因为当作动筒上下活动时，它与倾斜盘相连的角度就会发生变化。•安装在眼形件内的轴承保证它可以自由活动，而且减少了磨损。•通常还会发现在倾斜盘上的连接件，无论是眼形件还是叉形件，也是安装在一套轴承内，因此也可以沿倾斜盘转动。•这样的连接方式产生的自由活动会导致固定倾斜被旋转倾斜盘带动而使作动筒连接产生侧向负载，从而产生应力并加速疲劳失效。因此，为了减轻这种侧负载，就需要另外一个叫做“扭力臂”的附件。•扭力臂的上端安装在固定倾斜盘上，另一端与主旋翼传动轴上的一固定安装座相连。•固定倾斜盘上的扭力臂还有另外一个作用。既然有两个横向作动器，一个在左侧，一个在右侧，但却只有一个前后作动器，所以需要另外一个支点才能进行正确的操纵。固定倾斜盘上的扭力臂就安装在该前后作动器的对面，从而可以作为一个固定支点，以使倾斜盘能上下活动，如图2—15所示。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统旋转倾斜盘•旋转倾斜盘上也有4个连接点，同样平均分布在它的外围，并通过变距拉杆与主旋翼上的变距角臂相连（见图2—16）。•与固定倾斜盘上的连接一样，所有的连接都安装在轴承上，从而可以允许有角运动。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统•变距拉杆还有一种锁定装置，通常是锁定销或锁定螺帽。调节完毕后锁定螺帽需要再打保险以确保锁定安全。图2—17所示为一个典型的变距拉杆，它安装有弹性轴承。•变距拉杆可以在旋翼做轨迹检查时用来调节其长度而不必断开它的两端。它的两端是以正反螺纹形式旋转安装在变距拉杆上。•必须确保旋转倾斜盘和主桨毂同步转动，不能使倾斜盘发生任何的滞后。因为这种现象会导致变距拉杆的有效长度变短，从而使桨叶角度减小。为防止这种现象发生，旋转倾斜盘也和固定倾斜盘一样在它与主桨毂之间安装有一对扭力臂。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统倾斜盘的工作•所有倾斜盘传递到主旋翼的方式都是相同的。A.倾斜盘的工作——总距当总距输入时，所有3个作动器会一起同时同量地伸长或缩短，它们的变化会使倾斜盘上升或下降，从而使球形轴承沿主旋翼轴上下移动。于是主旋翼就会同时获得相同的总距变化，从而使总的旋翼推力增加或减小。图2—19所示为当总距杆拉起时所有桨叶的桨叶角同时同量变化的示意图。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统B.倾斜盘的工作——周期变距图2—20所示为当周期变距杆前后运动时（俯仰），固定倾斜盘上的扭力臂作为一个基准点，前后作动器使倾斜盘发生变化。移动周期变距杆会有不同的输入传递到复合摇臂，然后再传递到作动器，使作动器伸长或缩短。于是固定倾斜盘发生倾斜，这种变化传递到主旋翼引起各片旋翼的桨距发生各自不同的变化，从而使旋转平面发生倾斜。根据前面学过的相位滞后理论，倾斜盘的偏转和旋转平面的偏转是在不同方的。随着旋转倾斜盘的转动，旋翼的桨距会随着周期变距杆的位置不停地发生变化。在横向运动时（翻滚），则是一个横向作动器伸长，另外一个缩短。《直升机结构与系统》第2章直升机飞行操纵系统倾斜盘组件•图