浅谈直升机飞行操纵及控制系统
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２ ０ １ ５ 年第 １ Ｏ Ｎ
浅谈 直升 机 飞行操 纵及控制 系统
徐琼 琼 景德 镇 陶瓷 学院 ， 江 西景 德镇 ３ ３ ３ ０ ０ １
摘 要 直升机 飞行 操 纵 系统 和 飞行 控 制 系统 是 直升机 上重要 的 两个 系统 ， 直 升机 由于其 独 特 的飞行 方 式 ， 导致
卡 一２ ８ 。
位 于 机 身两侧 ， 但 两个 桨 毂之 间很 近 。旋 翼转 轴 向外倾 斜 ， 旋翼 的旋 转 必须 协调 以免 相碰 。两 个 旋翼 的反 作用 扭矩 对直 升机 的垂 直轴 平衡 ， 但 对横 轴 的分量 则要 相加 ， 因此 会 产 生俯 仰 力矩 。这 种 型 式 的优 点是 正 面 阻力 小 ， 外廓尺 寸 小 。但 传 动系 统复杂 ， 桨尖 可 能碰地 ， 不安 全 ， 直升 机 的平衡 复杂 。代 表机种 如美 国的 Ｋ— ｍ ａ ｘ 。 ６ ）倾 转 旋 翼机 。这种 型 式 的直 升机 在 起 飞时 象横 列 式直 升机 ， 起 飞后 旋翼 轴相 对 于机 体 向前倾 转 ， 旋 翼 锥 体 也 随之 前倒 ， 直 升机 逐渐 转入 前 飞 ，过渡 到平 飞 时 就 象普通 的固定 翼 飞机那 样 ， 靠机 翼 产生 升力 ， 靠 转轴 近 于水 平 的旋翼 产生 向前 的力 。代 表 机种 为美 国的 Ｖ一
右 各个 方 向任 意运 动 ， 并 且还 能 在 一 定高 度 保 持悬 停 ， 对起 落 场地 质量 要 求 也不 高 。上 述这 些特 点 ， 使 它 日益 广泛 地 运用 于 军事 和 民用 的各 个 方面 。直升 机 不仅 在 国 民经 济 各个 部 门 （ 如 农牧 渔 业 、地 质 、石 油 、交通 、 电 力和Biblioteka Baidu公 安等 ）用作 交 通运 输 、施 肥 灭虫 、地 质 勘探 、海 上石 油 开采 、 消 防灭 火 、 应 急救 生 、吊装 巡线 、 城 市治 安 、 海关 缉 私等 任 务 ， 而 且在 军事 上 用作 通信 联 络 、边 境巡 逻 、炮兵 观 测 、后勤 支援 、战 地救 护 、袭击 登 陆等任 务 ， 武装直升机还可执行对地火力支援、攻击地面 目标、反 坦 克 、反潜 艇 、布 雷 和 扫雷 、 以及 与敌 方 武装 直升 机 进 行 空战 等任 务 。 按结 构型 式 ， 可 分为 如 下几种 。 １ ）单 旋 翼 带尾 桨 直 升机 。这 种直 升 机 的旋 翼 反 作 用 扭矩 靠尾 桨 推 力来 平 衡 。优 点是 构造 简 单 、操 纵系 统 简 单 、成 本较 低 。缺 点 是尾 桨造 成 功率 损 失 ，重 心定 位 范围窄 ， 尾部长 ， 尺寸 大 。直 ８ 、直 ９ 均 为 此种 型式 。 ２ ）共 轴 式 双旋 翼 直 升机 。两 副旋 转 方 向相 反 的 旋 翼 安装 在 一根 轴 上 ， 旋 翼 的反作 用 扭矩 互 相平 衡 。共 轴 式 直 升 机 由于 机 身 短 ，外 形 好 ，因而 正 面 阻 力 小 ，而 且 外廓 尺 寸 也小 。缺 点 是操 纵 系统 及传 动 机构 复 杂 ， 旋 翼 有相 互 干 扰 ， 方 向稳 定性 不 够 。代表 机 种如 前 苏联 的
２ ２“ 鱼鹰 ”。
２ 直升 机飞行 操 纵系统
直升 机 在 空 中 有 六 个 自 由度 ，即 沿 ｘ 、Ｙ 、ｚ三 轴 的 移动 和绕 这三 个轴 的转 动 。稳 定飞 行时 ， 直 升机 处 于 种 平 衡 状 态 ，作 用 在 它 上 面 的力 和 力 矩 合 力 为 零 。 若 要改 变直 升机 的飞行状 态 ， 必 须对 它进 行操 纵 。所 谓 操 纵就 是 改变作 用 在直 升机 上 的力和 力矩 ， 即打破 原 来 的 平衡 状态 ， 建 立新 的平 衡状 态 ， 直 升机 操纵 具有 以下 特点。 １ ）对 于直 升 机 的 ６个运 动 自由度 ， 只有 ４ 个 直 接 的飞 行操 纵 ，（ 注 ： 还 有 一个 操 纵是 对 发动 机 转速 或 功 率 控制 ） ， 因而对 各 自由度 的控 制并 非彼 此独 立 。 ２ ）直 升机 对 操纵 的响应 ， 各轴 间耦 合 严 重 （ 对 扰 动 的 响应 也是 如 此 ） ， 须 由驾 驶 员或 Ｓ Ｃ Ａ Ｓ的修 正动 作 予 以消除 。 ３ ）升 降 、俯 仰 、滚 转操 纵 ，皆经过 旋 翼 挥 舞这 一 环节 ， 所 以直 升机 响应滞 后 较大 ， 而 且挥 舞惯 性 抑制 了 对 于 高频操 纵输 入 的响应 ，起着 过滤 器 的作用 。驾驶 员 通 过飞 行操 纵 系统 改变 主旋 翼和 尾桨 的桨 距 角 ， 从而 改 变 直 升机 的 高度 、速 度 和 航 向 ，以控 制 直 升机 的飞 行 。 总 桨距 操 纵杆 能 同时改 变所 有桨 叶 的桨距 角 ， 从 而改 变 主 旋 翼的 升力 （ Ｆ Ｎ ） 的大小 。周 期变 距操 纵 杆能 使主 桨 叶桨距 角产 生周 期性 的改 变 ， 来操 纵 旋翼桨 盘 的倾斜 角 ， 从 而控 制升 力 （ Ｆ Ｎ ） 的方 向。脚蹬 的作用 是 改变 尾桨 的 推力 （ Ｔ Ｙ ）的大 小来 实现直 升机 的航 向操 纵 。
应用。
关键词
直升机 ； 飞行操 纵 ；飞行控 制 ；交联设 计 中图分 类号 Ｖ ２ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号
２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ５ ）１ ０ － ０ ０ ２ ５ 一 Ｏ ２
１ 直升 机概 述
直 升 机 能 够 垂 直 起 降 ，能 在 空 中 向 前 、 后 、 左 、
它 的操 纵方 式 与 固定翼 飞机 完全 不 同 ， 直升机 飞 行控 制 系统是 在 飞行操 纵 系统 的基础 上通 过加 装辅 助舵机 ， 提 高全 机 的稳 定性 和操 纵 性 ； 直升 机旋 翼 的特 点决 定 了直升 机 具有 强耦合 ， 弱 稳 定的 等特性 ， 这 也给 飞行操 纵 及控 制 系统 的设 计 提 出 了很 高的要 求 。本 文 简单描 述 了直升 机 飞行操 纵 及控 制 系统 的特 点 ， 以及 两者 之 间的 交联设 计特 点及 其
浅谈 直升 机 飞行操 纵及控制 系统
徐琼 琼 景德 镇 陶瓷 学院 ， 江 西景 德镇 ３ ３ ３ ０ ０ １
摘 要 直升机 飞行 操 纵 系统 和 飞行 控 制 系统 是 直升机 上重要 的 两个 系统 ， 直 升机 由于其 独 特 的飞行 方 式 ， 导致
卡 一２ ８ 。
位 于 机 身两侧 ， 但 两个 桨 毂之 间很 近 。旋 翼转 轴 向外倾 斜 ， 旋翼 的旋 转 必须 协调 以免 相碰 。两 个 旋翼 的反 作用 扭矩 对直 升机 的垂 直轴 平衡 ， 但 对横 轴 的分量 则要 相加 ， 因此 会 产 生俯 仰 力矩 。这 种 型 式 的优 点是 正 面 阻力 小 ， 外廓尺 寸 小 。但 传 动系 统复杂 ， 桨尖 可 能碰地 ， 不安 全 ， 直升 机 的平衡 复杂 。代 表机种 如美 国的 Ｋ— ｍ ａ ｘ 。 ６ ）倾 转 旋 翼机 。这种 型 式 的直 升机 在 起 飞时 象横 列 式直 升机 ， 起 飞后 旋翼 轴相 对 于机 体 向前倾 转 ， 旋 翼 锥 体 也 随之 前倒 ， 直 升机 逐渐 转入 前 飞 ，过渡 到平 飞 时 就 象普通 的固定 翼 飞机那 样 ， 靠机 翼 产生 升力 ， 靠 转轴 近 于水 平 的旋翼 产生 向前 的力 。代 表 机种 为美 国的 Ｖ一
右 各个 方 向任 意运 动 ， 并 且还 能 在 一 定高 度 保 持悬 停 ， 对起 落 场地 质量 要 求 也不 高 。上 述这 些特 点 ， 使 它 日益 广泛 地 运用 于 军事 和 民用 的各 个 方面 。直升 机 不仅 在 国 民经 济 各个 部 门 （ 如 农牧 渔 业 、地 质 、石 油 、交通 、 电 力和Biblioteka Baidu公 安等 ）用作 交 通运 输 、施 肥 灭虫 、地 质 勘探 、海 上石 油 开采 、 消 防灭 火 、 应 急救 生 、吊装 巡线 、 城 市治 安 、 海关 缉 私等 任 务 ， 而 且在 军事 上 用作 通信 联 络 、边 境巡 逻 、炮兵 观 测 、后勤 支援 、战 地救 护 、袭击 登 陆等任 务 ， 武装直升机还可执行对地火力支援、攻击地面 目标、反 坦 克 、反潜 艇 、布 雷 和 扫雷 、 以及 与敌 方 武装 直升 机 进 行 空战 等任 务 。 按结 构型 式 ， 可 分为 如 下几种 。 １ ）单 旋 翼 带尾 桨 直 升机 。这 种直 升 机 的旋 翼 反 作 用 扭矩 靠尾 桨 推 力来 平 衡 。优 点是 构造 简 单 、操 纵系 统 简 单 、成 本较 低 。缺 点 是尾 桨造 成 功率 损 失 ，重 心定 位 范围窄 ， 尾部长 ， 尺寸 大 。直 ８ 、直 ９ 均 为 此种 型式 。 ２ ）共 轴 式 双旋 翼 直 升机 。两 副旋 转 方 向相 反 的 旋 翼 安装 在 一根 轴 上 ， 旋 翼 的反作 用 扭矩 互 相平 衡 。共 轴 式 直 升 机 由于 机 身 短 ，外 形 好 ，因而 正 面 阻 力 小 ，而 且 外廓 尺 寸 也小 。缺 点 是操 纵 系统 及传 动 机构 复 杂 ， 旋 翼 有相 互 干 扰 ， 方 向稳 定性 不 够 。代表 机 种如 前 苏联 的
２ ２“ 鱼鹰 ”。
２ 直升 机飞行 操 纵系统
直升 机 在 空 中 有 六 个 自 由度 ，即 沿 ｘ 、Ｙ 、ｚ三 轴 的 移动 和绕 这三 个轴 的转 动 。稳 定飞 行时 ， 直 升机 处 于 种 平 衡 状 态 ，作 用 在 它 上 面 的力 和 力 矩 合 力 为 零 。 若 要改 变直 升机 的飞行状 态 ， 必 须对 它进 行操 纵 。所 谓 操 纵就 是 改变作 用 在直 升机 上 的力和 力矩 ， 即打破 原 来 的 平衡 状态 ， 建 立新 的平 衡状 态 ， 直 升机 操纵 具有 以下 特点。 １ ）对 于直 升 机 的 ６个运 动 自由度 ， 只有 ４ 个 直 接 的飞 行操 纵 ，（ 注 ： 还 有 一个 操 纵是 对 发动 机 转速 或 功 率 控制 ） ， 因而对 各 自由度 的控 制并 非彼 此独 立 。 ２ ）直 升机 对 操纵 的响应 ， 各轴 间耦 合 严 重 （ 对 扰 动 的 响应 也是 如 此 ） ， 须 由驾 驶 员或 Ｓ Ｃ Ａ Ｓ的修 正动 作 予 以消除 。 ３ ）升 降 、俯 仰 、滚 转操 纵 ，皆经过 旋 翼 挥 舞这 一 环节 ， 所 以直 升机 响应滞 后 较大 ， 而 且挥 舞惯 性 抑制 了 对 于 高频操 纵输 入 的响应 ，起着 过滤 器 的作用 。驾驶 员 通 过飞 行操 纵 系统 改变 主旋 翼和 尾桨 的桨 距 角 ， 从而 改 变 直 升机 的 高度 、速 度 和 航 向 ，以控 制 直 升机 的飞 行 。 总 桨距 操 纵杆 能 同时改 变所 有桨 叶 的桨距 角 ， 从 而改 变 主 旋 翼的 升力 （ Ｆ Ｎ ） 的大小 。周 期变 距操 纵 杆能 使主 桨 叶桨距 角产 生周 期性 的改 变 ， 来操 纵 旋翼桨 盘 的倾斜 角 ， 从 而控 制升 力 （ Ｆ Ｎ ） 的方 向。脚蹬 的作用 是 改变 尾桨 的 推力 （ Ｔ Ｙ ）的大 小来 实现直 升机 的航 向操 纵 。
应用。
关键词
直升机 ； 飞行操 纵 ；飞行控 制 ；交联设 计 中图分 类号 Ｖ ２ 文献 标识 码 Ａ 文章 编 号
２ ０ ９ ５ — ６ ３ ６ ３（ ２ ０ １ ５ ）１ ０ － ０ ０ ２ ５ 一 Ｏ ２
１ 直升 机概 述
直 升 机 能 够 垂 直 起 降 ，能 在 空 中 向 前 、 后 、 左 、
它 的操 纵方 式 与 固定翼 飞机 完全 不 同 ， 直升机 飞 行控 制 系统是 在 飞行操 纵 系统 的基础 上通 过加 装辅 助舵机 ， 提 高全 机 的稳 定性 和操 纵 性 ； 直升 机旋 翼 的特 点决 定 了直升 机 具有 强耦合 ， 弱 稳 定的 等特性 ， 这 也给 飞行操 纵 及控 制 系统 的设 计 提 出 了很 高的要 求 。本 文 简单描 述 了直升 机 飞行操 纵 及控 制 系统 的特 点 ， 以及 两者 之 间的 交联设 计特 点及 其