直升机通识

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直升机通识

直升机关键部件

发动机

主要是涡轴发动机活塞发动机

旋翼和桨毂

旋翼的三种运动模式:挥舞(Flap)摆振(Drag)变距(Pitch)

直升机旋翼三种运动模式

在旧的直升机设计中,采用金属全铰接桨毂,旋翼三种运动模式对应着三种铰链机械结构:挥舞铰摆振铰变距铰

直升机旋翼铰链

旋翼操纵机构:旋转斜盘(Swash Plate)

三个铰链中,挥舞铰和摆振铰都是依靠桨叶承受受的空气动力、离心力、自身的弹性以及阻尼器的复位阻力自主工作的,不需人为干预

只有变距铰需要人为操纵,用来改变直升机的升力大小。

旋转斜盘(Swash Plate)机构用来操纵变距铰,实现对旋翼的变距功能,改变旋翼的升力从而改变飞机飞行状态。

旋转斜盘

旋转斜盘分为动环静环两部分。动环与静环之间用球形轴承连接,一同升降,一同倾斜

动环(上斜盘)

动环通过变距拉杆扭力臂与旋翼固联,会随着旋翼一起转动。

变距拉杆连接着旋翼的变距摇臂,通过变距拉杆的上下位移可以控制变距摇臂的角度,从而控制旋翼的总距(迎风角度)。

变距

扭力臂用于传递动环与旋翼之间的扭力。

静环(下斜盘)

静环与飞机本体通过防扭臂操纵连杆固联。通过操纵连杆,可以控制静环在主轴上的上下位置以及倾斜角度,从而带动控制上环的上下位置倾斜角度,进而控制旋翼的总距

旋转斜盘控制直升机的具体过程是什么?

1) 旋转斜盘整体上升或下降

旋转斜盘上升 -> 变距拉杆上升 -> 变距摇臂角度变大 -> 旋翼迎风角度变大 -> 旋翼总距整体变大 -> 桨盘总升力变大 -> 飞机垂直上升

2) 旋转斜盘左右倾斜

旋转斜盘静环向左倾斜(左低右高) -> 动环也向左倾斜(左低右高) -> 左侧变距拉杆下降,右侧变距拉杆升高 -> 左侧变距摇臂角度变小,右侧变距摇臂角度变大 -> 左侧旋翼迎风角度变小,右侧旋翼迎风角度变大 -> 左侧旋翼总距变小(升力小),右侧旋翼总距变大(升力大) -> 相对桨盘中心产生扭矩(逆时针)-> 机体发生倾斜(左低右高)-> 升力线向左倾斜,产生向左的分量 -> 直升机向左位移。

主减速器

主减速器(Main Gearbox),它的作用是减速转向并车

减速

将发动机输出轴的高转速降低至旋翼适合的低转速,通过减速器的行星齿轮系来实现。

主要参数是减速比

转向

发动机为了进、排气顺畅,一般是沿轴向安装的,而旋翼主轴是垂直安装,这个动力转向的过程也是在主减速器里通过纯齿轮机械结构实现。

并车

并车的概念适用于多发直升机。

通过将多个发动机输出的功率汇合到主减速箱,再由减速箱统一分配至旋翼、尾翼、发电机和液压泵等部件。

FAQ

直升机为什么不通过调节发动机转速来控制飞行高度、速度?

直升机采取发动机定转速飞行,原因有三:

1、涡轴发动机和旋翼的工作转速范围都非常窄,而且旋翼高速旋转时产生巨大的转动惯量,要靠调节转速改变升力响应时间将会很长,无法精确操控;

2、结构复杂的主减速器已经承载了巨大的重力和旋转载荷,要再给它增加改变传动比的机构将导致主减速器过大过重,工程上不现实;

3、高速旋转的旋翼共振现象严重,全机各个部件在设计时都要避开其固定的几个共振频率,如果旋翼转速可变将导致共振频率跟着改变,令动力学设计复杂化。

Keywords: UAV Helicopter
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