直升机制造原理

直升机制造原理

作为一种特殊的飞行器，直升机的升力和推力均通过螺旋桨的旋转获得，这就决定了其动力和操作系统必然与各类固定机翼飞机有所不同。一般固定翼飞机的飞行原理从根本上说是对各部位机翼的状态进行调节，在机身周围制造气压差而完成各类飞行动作，并且其发动机只能提供向前的推力。但直升机的主副螺旋桨可在水平和垂直方向上对机身提供动力，这使其不需要普通飞机那样的巨大机翼，二者的区别可以说是显而易见。下面我们便对直升机的操控系统做一个简单的剖析。

操纵系统

直升机的操纵系统可分为三大部分：

踏板在直升机驾驶席的下方通常设有两块踏板，驾驶员可以通过它们对尾螺旋桨的输出功率和桨叶的倾角进行调节，这两项调整能够对机头的水平方向产生影响。

周期变距杆位于驾驶席的中前方，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的不动环。不动环可对主螺旋桨的旋转倾角进行调整，决定机身的飞行方向。

总距杆位于驾驶席的左侧，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的动环。动环通过对主螺旋桨的桨叶倾角进行调节来对调整动力的大小。另外，贝尔公司生产的系列直升机在总距杆上还集成有主发动机功率控制器，该控制器可根据主螺旋桨桨叶的旋转倾角自动对主发动机的输出功率进行调整。

飞行操作

升降有些读者可能会认为，直升机在垂直方向上的升降是通过改变主螺旋桨的转速来实现的。诚然，改变主螺旋桨的转速也不失为实现机体升降的方法之一，但直升机设计师们很早之前便发现，提升主螺旋桨输出功率会导致机身整体负荷加大。所以，目前流行的方法是在保持主螺旋桨转速一定的情况下依靠改变主螺旋桨桨叶的倾角来调整机身升力的大小。驾驶员可通过总距杆完成这项操作。当把总距杆向上提时，主螺旋桨的桨叶倾角增大，直升机上升；反之，直升机下降。需要保持当前高度时，一般将总距杆置于中间位置。

平移直升机最大飞行优势之一是：可以在不改变机首方向的情况下，随时向各个方向平移。这种移动是通过改变主螺旋桨的旋转倾角来实现的。当驾驶员向各个方向扳动周期变距杆时，主螺旋桨的主轴也会发生相应的倾斜。此时，主螺旋桨所产生的推力分解为垂直和水平两个方向的分力，垂直方向的分力依旧用于保持飞行高度，水平方向上的分力可使机身在该方向上产生平移。

需要指出的是，以上分析是将主螺旋桨看作一个整体而得出的。如果我们把目光投向每一片桨叶的受力情况，将呈现出更为复杂的情况。直升机螺旋桨的横截面与普通飞机机翼的横截面类似，均为头粗尾尖的纺锤型或半纺锤型。当桨叶划过空气时的切入角度发生变化时，桨叶所产生的升力也会随之改变。而在直升机主螺旋桨的旋转面偏离水平面的情况下，单片桨叶划过空气的切入角度将随着螺旋桨的转动而发生周期

性的变化。同理，该片桨叶所产生的升力也会表现为周期性的改变。这也是驾驶舱中控制主螺旋桨主轴角度的操纵杆被称为周期变距杆的由来。以四桨叶结构的螺旋桨为例，当其旋转面发生倾斜时，相对的两片桨叶所产生的升力差同样会对机身的飞行姿态和移动方向造成影响。事实上，设计师正是利用了这种升力差，才能够使直升机在空中灵活自如地飞行。

旋转那么直升机又是如何在水平面上进行旋转的呢？这个功能是通过直升机的尾螺旋桨来完成的。对于只装有一具主螺旋桨的直升机来说，如果把机身和主螺旋桨看作一对施力和受力物体的话，主螺旋桨旋转所产生的反作用力必然会使机身向相反的方向转动。要保持机身的稳定，就必须增加一个额外的力矩来抵消这种旋转，这也是设计师在直升机尾部安装尾螺旋桨的原因。当直升机处于直线飞行时，尾桨的推力力矩与主桨的反作用力矩刚好构成一对平衡力矩，而只需改变尾桨的输出功率机身就可以在水平面上进行旋转。大多数直升机都是通过驾驶席前方的一对脚踏板来调整机头方向。有了上面的分析，我们就不难理解这对踏板实际控制的是尾桨的功率。

通过上面的介绍，相信读者已经对直升机的驾驶和飞行原理有了初步的了解。事实上，直升机的每一个动作都是上述三个基本控制系统共同作用的结果。以起飞为例，直升机在起飞时通常是先启动主螺旋桨，使飞机垂直升至1～1.5米的高度，然后驾驶员会一方面加大主螺旋桨的桨叶倾角来加快爬升，另一方面还会让主螺旋桨向前倾斜以提升飞行速度。随着主螺桨旋功率的增加，驾驶员还需不断调整尾螺旋桨的功率使机身保持直线飞行。可以说直升机在飞行中的每时每刻都贯穿着数个力的平衡与失衡，所以直升机的操作系统看似简单，要想真正掌握却绝非易事....