【正文】 降時，也只要通過操縱改變拉力的大小，使拉力小于重力，就能降低高度垂直降落。(3)要想讓直升機向預定的方向運動，必須操縱旋翼錐體向預定的方向傾斜，使旋翼拉力也跟著傾斜，以取得向該方向運動的力。由于旋翼拉力方向在空間是可以改變的，為了便于分析問題，我們規(guī)定：在前飛中，拉力的第一分力(T，)，在鉛垂面內(nèi)并垂直于飛行方向；拉力第二分力(T2)，與飛行方向平行，；拉力第三分力(T3)，在水平面內(nèi)垂直于飛行方向。至于在懸停和垂直飛狀態(tài)中，拉力第一分力(T1)鉛垂向上；拉力第二分力(T2)作為水平縱向分力，在無風的穩(wěn)定狀態(tài)，T2應等于零；拉力第三分力(T3)則為水平側(cè)向分力。從能量轉(zhuǎn)換的觀點分析，直升機在懸停狀態(tài)時，發(fā)動機輸出的軸功率，其中約90％用于旋翼，分配給尾槳、傳達裝置等消耗的軸功率加起來約占10％。旋翼所得到的90％的功率當中，旋翼型阻功又用去20％，旋翼用于轉(zhuǎn)變成氣流動能以產(chǎn)生拉力的誘導功率僅占70％。二、直升機的反扭矩從以上所述可知，直升機飛行主要靠旋翼產(chǎn)生的拉力。當旋翼由發(fā)動機通過旋轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)時，旋翼給空氣以作用力矩(或稱扭矩)，空氣必然在同一時間以大小相等、方向相反的反作用力矩作用于旋翼(或稱反扭矩)，繼而再通過旋翼將這一反作用力矩傳遞到直升機機體上。如果不采取措施予以平衡，那么這個反作用力矩就會使直升機逆旋翼轉(zhuǎn)動方向旋轉(zhuǎn)。如圖所示。(一)旋翼的布局型式旋翼之所以會出現(xiàn)不同的布局型式，主要是因平衡旋翼軸帶動旋翼轉(zhuǎn)動工作時，空氣作用其上的反作用力矩采取的方式不同而形成的。為了平衡這個來自空氣的反作用力矩，有兩種常見的辦法，組合形成了現(xiàn)代多種旋翼布局型式。(見圖2．1～20)。單旋翼帶尾槳布局?？諝鈱π硇纬傻姆醋饔昧?，由尾槳產(chǎn)生的拉力(或推力)相對于直升機機體重心形成的偏轉(zhuǎn)力矩予以平衡(見圖2．1—1 9)。這種方式目前應用較廣泛，雖然尾槳工作需要消耗一部分功率，但構(gòu)造上比較簡單。雙旋翼式布局。由于在直升機上裝有兩副旋翼，可以是共軸式雙旋翼，也可以是縱列式雙旋翼或者橫列式雙旋翼(含交叉雙旋翼)，通過傳動裝置使兩副旋翼彼此向相反的方向轉(zhuǎn)動，那么，空氣對其中一副旋翼的反作用力矩，正好為另一副旋翼的反作用力矩所平衡，見圖中的b、c、d、e。(二)尾槳的作用和特點尾槳像一個旋轉(zhuǎn)平面垂直于旋翼轉(zhuǎn)速平面的小螺旋槳，工作時產(chǎn)生拉力(或推力)。尾槳的作用可以概括為以下三點：尾槳產(chǎn)生的拉力(或推力)通過力臂形成偏轉(zhuǎn)力矩，用以平衡旋翼的反作用力矩(即反扭轉(zhuǎn))；相當于一個直升機的垂直安定面，改善直升機的方向穩(wěn)定性。而且，可能通過加大或減少小尾槳的拉力(推力)來實現(xiàn)直升機的航向操縱；某些直升機的尾軸向上斜置一個角度，可以提供部分升力，也可以調(diào)整直升機重心范圍。尾槳和旋翼的動力均來源于發(fā)動機。發(fā)動機產(chǎn)生的功率通過傳動系統(tǒng)，按需要再傳給旋翼和尾槳。尾槳的旋轉(zhuǎn)速度較高。直升機航向操縱和平衡反作用力矩，只需增加或減少尾槳拉力(推力)，對尾槳總距操縱是通過腳蹬操縱系統(tǒng)來實現(xiàn)的。(三)尾槳的類型尾槳通常包括常規(guī)尾槳、涵道尾槳和無尾槳系統(tǒng)等三種類型。常規(guī)尾槳這種尾槳的構(gòu)造與旋翼類似，由槳葉和槳轂組成。常見的有蹺蹺板式、萬向接頭式和鉸接式。涵道尾槳這種尾槳由兩部分組成：一部分是置于尾斜梁中的涵道；另一部分是位于涵道中央的轉(zhuǎn)子，其特點是涵道尾槳直徑小、葉片數(shù)目多。涵道尾槳的推力有兩個來源：一是涵道內(nèi)空氣對葉片的反作用推力；二是涵道唇部氣流負壓產(chǎn)生的推力。無尾槳系統(tǒng)無尾槳系統(tǒng)主要是用一個空氣系統(tǒng)代替常規(guī)尾槳，該系統(tǒng)由進氣口、噴氣口、壓力風扇、帶縫尾梁等幾部分組成。第二節(jié)直升機操縱特點一、直升機駕駛員座艙操縱機構(gòu)及配置直升機駕駛員艙主要的操縱機構(gòu)是：賀駛桿(又稱周期變距桿)、腳蹬、油門總距桿。此外還有油門調(diào)節(jié)環(huán)、直升機配平調(diào)整片開關(guān)及其他手柄(見圖2．1—24)。駕駛桿位于駕駛員座倚前面，通過操縱線系與旋翼的自動傾斜器連接。駕駛桿偏離中立位置表示：向前——直升機低頭并向前運動；向后一一直升機抬頭并向后退；向左——直升機向左傾斜并向左側(cè)運動；向右——直升機向右傾斜并向右側(cè)運動。腳蹬位于座椅前下部，對于單旋翼帶尾槳的直升機來說，駕駛員蹬腳蹬操縱尾槳變距改變尾槳推(拉)力，對直升機實施航向操縱。油門總距桿通常位于駕駛員座椅的左方，由駕駛員左手操縱，此桿可急時操縱旋翼總距和發(fā)動機油門，實現(xiàn)總距和油門聯(lián)合操縱。油門調(diào)節(jié)器拉環(huán)位于油門總距桿的端部，在不動總距油門桿的情況下，駕駛員左手擰動油門調(diào)節(jié)環(huán)可以在較小的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)調(diào)整發(fā)動機功率。調(diào)整片操縱(又稱配平操縱)的主要原因是因為直升機在飛行中駕駛桿的載荷，不同于飛機的舵面載荷。如果直升機旋翼使用可逆式操縱系統(tǒng)，那么駕駛桿要受周期(第一轉(zhuǎn))的可變載荷，而且此載荷又隨著飛行狀態(tài)的改變而產(chǎn)生某些變化。為減少駕駛桿的載荷，大多數(shù)直升機操縱系統(tǒng)中都安裝有液壓助力器。操縱液壓助力器可進行不可逆式操縱，即除了操縱系統(tǒng)的摩擦之外，旋翼不再向駕駛桿傳送任何力。二、自動傾斜器自動傾斜器的構(gòu)造如圖2．1～25所示，圖中為簡化起見只畫出兩片槳葉旋翼的自動傾斜器。自動傾斜器主要零件包括：旋轉(zhuǎn)環(huán)連接槳葉拉桿，旋轉(zhuǎn)環(huán)利用滾珠軸承連接在不旋轉(zhuǎn)環(huán)上，不旋轉(zhuǎn)環(huán)壓在套環(huán)上；套環(huán)帶有橫向操縱拉桿和縱向操縱拉桿；操縱總槳距的滑筒。直升機的駕駛桿動作時旋轉(zhuǎn)環(huán)和不旋轉(zhuǎn)環(huán)隨同套環(huán)一起向前、后、左、右傾斜或任意方向傾斜。 因為旋轉(zhuǎn)環(huán)用垂直拉桿用槳葉連接，所以旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)面傾斜會引起槳葉繞縱軸做周期性轉(zhuǎn)動(即旋翼每轉(zhuǎn)一周重復一次)，換句話說，每片槳葉的槳距將進行周期性變化。為了解槳距的變化，應分別分析直升機的兩種飛行狀態(tài)，即垂直飛行狀態(tài)和水平飛行狀態(tài)。垂直飛行，靠改變總距來實施，換句話說，就是靠同時改變所有槳葉的迎角來實施。此時所有將葉同時增大或減小相同的迎角，就會相應地增大或減小升力，因而直升機也會相應地進行垂直上升或下降。操縱總距是用座艙內(nèi)駕駛員座椅左側(cè)的油門總距桿。從圖2．1—25中看出，若上提油門總距桿，則不旋轉(zhuǎn)環(huán)和旋轉(zhuǎn)環(huán)向上抬起，各片槳葉的槳距增大，直升機上升，若下放油門總距桿，直升機則垂直下降。 直升機水平飛行要使旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜，使旋翼總空氣動力矢量傾斜得出水平分力。旋轉(zhuǎn)平面傾斜是靠周期性改變槳距得到的。這說明，旋翼每片槳葉的槳距在每一轉(zhuǎn)動周期中(每轉(zhuǎn)一周)，先增大到某一數(shù)值，然后下降到某一最小數(shù)值，繼而反復循環(huán)。各種方位的槳距周期性變化如圖2．1—26所示，下面考察自動傾斜器未傾斜和向前傾斜面時作用于槳葉上的各力。旋翼旋轉(zhuǎn)時，每片槳葉上的作用力如圖2．1—27所示：升力Y葉重力G葉，揮舞慣性力J和離心力J離心力。旋翼由900旋轉(zhuǎn)到2700，由于槳距減小槳葉剖面迎角也減小。隨著迎角減小，槳葉升力Y葉也開始減小(參見圖2．1—27)。這將使水平鉸上的力矩平衡遭到破壞，因而槳葉開始下垂。當旋翼由2700旋轉(zhuǎn)到900時，槳距增大，因而槳葉升起。由于槳距周期性變化，槳葉在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生揮舞。三、尾槳的操縱機構(gòu)尾槳的構(gòu)造同旋翼相似，不過比旋翼要簡單得多。尾槳的每一槳葉和旋翼槳葉一樣，繞其旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。由于尾槳轉(zhuǎn)速很高，工作時會產(chǎn)生很大的離心力。 下面以某些直升機三葉片尾槳系統(tǒng)為例，介紹尾槳操縱機構(gòu)的組成及工作原理。 尾槳操縱沒有自動傾斜器，也不存在周期變距問題?？康拍_蹬改變尾槳的總距來操縱尾槳。當駕駛員蹬腳蹬后，齒輪通過傳動鏈條帶動蝸桿螺帽轉(zhuǎn)動，此時，蝸桿螺帽沿旋轉(zhuǎn)軸推動滑動操縱桿滑動，桿用軸承固定在三爪傳動臂上，另一端則用槽與支座相連，以防止滑動操縱桿轉(zhuǎn)動。 三爪傳動臂隨同尾槳葉轉(zhuǎn)動，通過三個拉桿使三片槳葉繞自身縱軸同時轉(zhuǎn)動，此時，根據(jù)腳蹬蹬出方向和動作量大小，來增大或減小尾槳槳距。 四、雙旋翼直升機的操縱原理 雙旋翼式直升機的水平飛行或垂直飛行的操縱原理，同單旋翼直升機的操縱原理類似。每一旋翼將產(chǎn)生的現(xiàn)象大致相同，一般說來，雙旋翼的效能是兩個單旋翼效能之和。只是縱列式直升機在縱向操縱方面和橫列式直升機在橫向操縱方面有某些不同。對于縱列式直升機來說，在自動傾斜器向前、向后傾斜的同時，前旋翼和后旋翼總距將產(chǎn)生差動變化，此時，隨著自動傾斜器傾斜，一方的旋翼總距將減小，另一方旋翼的總距此時將增大。五、直升機的駕駛特點由于直升機飛行原理及構(gòu)造上的特殊性，它的平衡、穩(wěn)定性和操縱性與固翼飛機相比，有很大的不同，這是因為駕駛直升機的操縱規(guī)律具有下列特點：(一)操縱的滯后性 飛機與直升機在操縱原理方面的重要區(qū)別是，飛機上的舵和副翼距重心的力臂相當長，單旋翼直升機的縱向和橫向操縱是靠旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜，拉力矢量相對重心的力臂很短。 由此可見，操縱駕駛桿使飛行器轉(zhuǎn)動的力矩，對直升機來說所需要的力很大，而對飛機來說則相對較小，這說明，為了改變拉力矢量方向來獲得所需要的力矩，對直升機來說比飛機需要更多的空氣量產(chǎn)生附加運動。飛機上操縱駕駛桿，如推桿立即引起升降舵產(chǎn)生向上的作用力，使機頭下俯。直升機推桿為得到所需力矩就要經(jīng)過一定時間，即需要經(jīng)過一定時間旋翼的氣流才會改變到新的方向。 由于槳葉旋轉(zhuǎn)時具有很大的慣性，所以旋轉(zhuǎn)平面不能立即傾斜，旋轉(zhuǎn)平面總力求保持自己的狀態(tài)。此外流過旋翼的氣流，也不能隨著旋轉(zhuǎn)平面的傾斜立即改變自己的方向。旋轉(zhuǎn)平面傾斜時，旋翼排壓出的氣流還產(chǎn)生附加渦流，這在一定程度上阻礙新的拉力方向的建立。由此可見，直升機對操縱桿的反應總帶有一定的延遲。綜上所述，駕駛員在操縱直升機，特別是改變飛行狀態(tài)時，要用更多的“提前量”使駕駛桿傾斜。 (二)操縱的反復性 由前述得知，從操縱駕駛桿使自動傾斜器傾斜，到旋翼錐體改變方向，再到直升機的狀態(tài)開始改變，要經(jīng)過一段時間。當飛行員操縱駕駛桿產(chǎn)生位移時，開始感到飛行狀態(tài)沒有立即反應或直升機姿態(tài)改變很慢，誤認為操縱量不夠，或者為較快地改變飛行狀態(tài)，而加大了操縱量。但當飛行狀態(tài)發(fā)生變化后，由于直升機的角速度阻尼小，操縱靈敏度較高，使直升機姿態(tài)變化量很大，往往超過預定的飛行狀態(tài)，在懸停時此種現(xiàn)象更為明顯。為保持或改變直升機的飛行狀態(tài)，就要求在操縱駕駛桿時，要有往返的反復動作。 例如，駕駛員操縱直升機作穩(wěn)定懸停時，在直升機離地后，為保持力和力矩的平衡，必須保持適當飛行狀態(tài)。如果機頭下俯時，應向后拉一定量的駕駛桿，經(jīng)過一段時間后，直升機在上仰力矩的作用下，機頭開始上仰。此時，駕駛員應根據(jù)機頭上仰角速度的大小和接近預定狀態(tài)的程度，及時、適量地向前回桿。當機頭上仰到預定狀態(tài)時，再稍向后帶桿，就能使直升機保持某一狀態(tài)穩(wěn)定懸停。這種桿的往返動作，就是操縱駕駛桿的反復性。 (三)操縱的協(xié)調(diào)性直升機運動狀態(tài)的變化同操縱桿、舵和油門總距桿是互相聯(lián)系著和互相影響著的。例如上提油門總距桿后，旋翼拉力和反作用力矩都增大，在直升機增加高度的同時又要向一邊偏轉(zhuǎn)。因此，必須相應地蹬舵，才能保持航向平衡。加大舵量后，尾槳拉力所形成的滾轉(zhuǎn)力矩也增大，為保持側(cè)向平衡，還必須向另一側(cè)壓桿。而且，上提油門總距桿越猛，力和力矩的變化也就越突然，駕駛桿和舵配合保持平衡就越困難。反之，操縱得越柔和，保持平衡就越容易。此外，操縱還必須考慮到旋翼的陀螺效應對飛行狀態(tài)的影響，當操縱駕駛桿時，旋翼的陀螺效應使直升機產(chǎn)生進動作用，對飛行狀態(tài)的影響如圖2．1—36所示。進動大小決定于操縱桿動作的粗猛程度。柔和協(xié)調(diào)地操縱駕駛桿，直升機轉(zhuǎn)動慢，還可減小旋翼進動所帶來的不利影響，有利于直升機從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種所需狀態(tài)。第三章直升機構(gòu)造特點第一節(jié)升力系統(tǒng)旋翼系統(tǒng)由漿葉和漿轂組成。旋翼形式是由漿轂形式?jīng)Q定的。它隨著材料、工藝和旋翼理論的發(fā)展而發(fā)展。到目前為止，已以實踐中就用的旋翼形式有鉸接式、蹺蹺板式、無鉸式和無軸承式，它們各自的原因如圖2．2～1所示。一、漿轂連結(jié)構(gòu)特點(一)鉸接式鉸接式(又稱全鉸接式)旋翼漿轂是通過漿轂上設置揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸來實現(xiàn)漿葉的揮舞、擺振和變距運動。典型的鉸接式漿轂鉸的布置順序(從里向外)是由揮舞鉸、擺振鉸到變距鉸，如圖2．2—2所示。也有揮舞鉸與擺振鉸重合的。(二)漿轂減擺器鉸接式旋翼在擺振鉸上都有帶有漿轂減擺器，簡稱為減擺器，為漿葉繞擺振鉸的擺振運動提供阻尼。減擺器對于防止出現(xiàn)“地面共振”，保證其有足夠的隱定性裕度是必要的。液壓減擺器主要是用油液流動速度的損失來產(chǎn)生壓力差從而起到阻尼作用。圖2．2—5為這種減擺器的原理，圖2．2—6表示了這種減擺器在漿轂上可能的安裝情況。當漿葉繞垂直鉸來回擺動時，減擺器殼體與活塞桿之間產(chǎn)生往復運動。這時，充滿殼體內(nèi)的油液也就要以高速度流進殼體與活塞之間的縫隙(或者是活塞上的節(jié)流孔)，活塞的左右就產(chǎn)生了壓力差，從而形成減擺力矩。粘彈減擺器70年代開始出現(xiàn)了用粘彈性材料硅橡膠制成的粘彈減擺器。這種減擺器是利用粘彈性材料變形時很大的內(nèi)阻尼來提供所要求的減振阻尼，其構(gòu)造原理見圖2．2—7。減擺器由當中的金屬板及其兩邊的兩塊外部金屬板構(gòu)成。內(nèi)部金屬板及兩塊外部金屬板之間各有一層硅橡膠，金屬板與橡膠硫化粘結(jié)在一起，內(nèi)部金屬板一端與軸向鉸軸頸相連，而外部金屬板則與中間連接件相連接。(三)萬向接頭式及蹺蹺板式40年代中期，在全鉸式旋翼得到廣泛應用的同時，貝爾公司發(fā)展了萬向接頭式旋翼，圖2．2—8所示為Bell 47型直升機萬向接頭式旋翼漿轂的構(gòu)造。兩片漿葉通過各自的軸向鉸和漿轂殼體互相連接，而漿轂殼體又通過萬向接頭與旋翼軸連結(jié)。改變總距是通過軸向鉸實現(xiàn)的，而周期變距是通過萬向接頭繞Q—Q鉸的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)。蹺蹺板式旋翼和萬向接頭式旋翼的主要區(qū)別漿轂殼體中通過一個水平鉸與旋翼軸相連，這種漿轂構(gòu)造比萬向接頭式簡單一些，但是周期變距也是通過變距鉸來實現(xiàn)。(四)無鉸式與鉸接式旋翼相比，無鉸式旋翼的結(jié)構(gòu)的力學特性與飛行的力學特性聯(lián)系更為密切。這種形式的旋翼會產(chǎn)生一些新的動力穩(wěn)定性問題。(1)B0—105型直升機的無鉸式旋翼BO一1 05型直升機無鉸式旋翼，它的漿轂尺寸比較緊湊，剛度也很大