第2章 航空航天飞行器基本飞行原理2.5直升机与旋翼机的飞行原理

操纵系统主要由驾驶杆、脚蹬、油门变距杆、自动 倾斜器、液压助力器、加载机构、旋翼刹车、连杆、摇臂 等组成。
它可分为三部分：油门变距系统、脚操纵系统和驾 驶杆操纵系统。
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机的操纵
★ 操纵系统
功能：控制直升机的飞行姿态和飞行方向。
总距操纵 周期变距操纵 脚蹬操纵
操纵直升机升降 改变旋翼拉力方向 改变直升机航向
2.5.1 直升机的飞行原理
旋翼机
2.5.1 直升机的飞行原理
旋翼机
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机定义：
以动力驱动的旋翼作为主要升力来源，能垂直起落的重于空气的航空器。
直升机特点：
(1)能垂直起降，对起降场地没有太多的特殊要求； (2)能在空中悬停； (3)能沿任意方向飞行； (4)飞行速度较低，航程较短。 (良好的低空低速特性)
直升机可广泛应用于各个领域、各种环境。
外廓尺寸小。
缺点：传动系统复杂，
桨尖可能碰地，不安全，直 升机的平衡复杂。
H43-B Huskie
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机基本结构
减速器 旋翼 桨毂 倾斜器 发动机 尾桨
机载设备
燃油箱
起落架
机身
传动装置
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机的操纵
★ 操纵系统
操纵系统的功用是将驾驶员对驾驶杆和脚蹬的操纵 传到有关的操纵机构，以改变直升机的飞行姿态和方向。
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机用途
★ 民用： 通用运输、抢险救生、公安巡查、特种作业…
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机用途
★ 军用： 对地攻击、反潜攻舰、机降运输、战勤侦察…
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机飞行原理
直升机的主要部件有旋翼、尾桨和机身。 旋翼:既是产生升力的部件，又是产生拉力的部件。同时， 旋翼又是直升机的操纵面，直升机通过旋翼拉力的倾斜实现 前进、后退和侧飞。
2.5.1 直升机的飞行原理
旋翼反扭矩
旋翼一般由发动机带动在空气中旋转，给其周围的空气以作用力矩，根 据作用力和反作用力原理，空气也以大小相等、方向相反的反力矩作用于旋 翼，该力矩从旋翼传到机体上，将使机体发生逆向旋转，这个反作用力矩通 常称为反扭矩。
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机构型
为了消除旋翼的反扭矩以保持直升机航向，出现了不同 构造型式的直升机。
直升机构型
（3）纵列式双桨直升机
两个旋翼安装在机身的前后端，后面的旋翼通常高于 前面旋翼的旋转平面。
优点：纵向稳
定性好，重心定位范 围广，重量效率高， 机身有效容积大。
缺点：传动系
统复杂，平飞时诱导 损失大，利用旋翼自 转进行滑翔降落困难。
美国 CH-47 支努干
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机构型
武汉大学通识课程
航空航天技术概论
武汉大学电子信息学院 光谱成像实验室
吴琼水 qswu@whu.edu.cn
第2章 航空航天飞行器基本飞行原理
• 2.5直升机与旋翼机的飞行原理
第2章航空航天飞行器基本飞行原理
2.5.1 直升机的飞行原理
飞机 VS 直升机
武直-11直升机 飞机： 苏-27
第2章航空航天飞行器基本飞行原理
直升机的操纵
★ 操纵系统（脚蹬）
整体改变尾桨桨距，从而改 变尾桨拉力，使机体产生航 向运动。
2.5.1 直升机的飞行原理
旋翼机
一种利用前飞时的相对气流吹动旋翼自转以产生升力的旋翼航空器。它 的前进力由发动机带动螺旋桨直接提供。旋翼机必须滑跑加速才能起飞。 旋翼机实际上是一种介于直升机和飞机之间的飞行器，它除去旋翼外， 还带有一副垂直放置的螺旋桨以提供前进的动力。 旋翼机与直升机的最大区别是，旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连， 发动机不是以驱动旋翼为飞机提供升力，而是在旋翼机飞行的过程中， 由前方气流吹动旋翼旋转产生升力。 在飞行中，旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜， 而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。
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2.5.1 直升机的飞行原理
直升机飞行原理
★ 直升机水平飞行
前飞、侧飞、后飞是通过调整旋翼桨盘向 所需飞行方向倾斜，产生所需方向的水平分力， 从而实现该方向的水平飞行。
前飞
侧飞
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机飞行原理
★ 直升机水平飞行（续）
前飞时由于左右两侧气流不对称，导致左右两侧桨叶升力分布不对称， 从而引起很大的周期变化的桨根弯矩。
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机构型
（2）共轴式双桨直升机
两个旋转方向相反的旋翼安装在一根轴上，旋翼的反 作用扭矩相互平衡。
优点：机身短
外形好，正面阻力小， 外廓尺寸小。
缺点：操纵系
统及传动系统复杂， 旋翼有相互干扰，方 向稳定性不够。 苏联 卡莫夫设计局 卡-52
2.5.1 直升机的飞行原理
（4）横列式双桨直升机
两个旋翼位于机身两侧并在同一平面内，转向相反。
优点：操纵性、稳定性较好平飞诱导损失小，经济性
较好。
缺点：构造复杂，操纵系统复杂。
米-12“信鸽”
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机构型
（5）交叉式双桨直升机
两个旋翼位于机身两侧，但两个桨毂之间很近。转轴 向外倾斜。
优点：正面阻力小，
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机构型
（1）单旋翼带尾桨直升机
旋翼反作用扭矩靠尾桨推力平衡。
优点：构造简 单，操纵系统简单， 成本较低。 缺点：尾部螺 旋桨造成功率损失， 重心定位范围窄， 尾部长，尺寸大。
（1）单旋翼带尾桨直升机
中国轻型多用途军民两用型直升机 “黑鹰”直升机 UH-60 苏联米尔设计局 Mi-4 运输直升机 Z-11
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机的操纵
★ 操纵系统（总距杆）
使旋翼桨距同时增大或减小，从而使旋 翼升力增大或减小。
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机的操纵
★ 操纵系统（周期变距杆）
使旋翼桨距产生周期性变化， 从而使桨盘倾斜。
如果打算前飞，就将驾驶杆向前推；反之则将驾驶杆向后拉。
2.5.1 直升机的飞行原理
竹蜻蜓
直-9和直-8
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机飞行原理
★ 旋翼升力的产生
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机飞行原理
2.5.1 直升机的飞行原理
直升机飞行原理
★ 直升机垂直飞行
通过同时改变各片桨叶安 装角（桨距）的大小，改变旋翼升 力的大小，从而实现直升机的悬停、 垂直上升和垂直下降。
桨距