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共轴双旋翼技术的共轴式直升机的操纵系统

发布时间:2019-08-24 17:32 来源:未知 编辑:admin

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  共轴式直升机与传统单旋翼带尾桨直升机的主要区别之一是航向操纵的形式和响应不同,其改变上下旋翼的扭矩的方式又分为:全差动、半差动、桨尖制动、磁粉制动。全差动方式是同时反向改变上下旋翼的桨叶角来实现直升机航向的操纵和稳定,俄罗斯卡莫夫系列共轴式直升机均采用此种控制方式。桨尖制动方式是在旋翼桨尖设置阻力板,通过改变阻力板的迎风阻力面积改变旋翼的扭矩以实现直升机的航向操纵和稳定,德国研制的无人驾驶直升机SEAMOS 采用了此种控制方式。磁粉制动是通过传统系统内部的磁粉离合器对上下旋翼轴进行扭矩分配,加拿大研制的无人直升机C L L227采用了此种形式。半差动方式一般是通过改变下旋翼桨叶角改变上下旋翼的功率分配,使其相等或不等来控制直升机的航向。

  根据直升机的飞行原理可知,直升机的飞行控制是通过周期变距改变旋翼的桨盘锥体从而改变旋翼的总升力矢量来实现的,由于旋翼的气动输入(即周期变距)与旋翼的最大响应(即挥舞),其方位角相差90°,当旋翼在静止气流中旋转时,以纵向周期变距为例,上旋翼在90°时即前行桨叶处得到纵向周期变距输入,此时上旋翼为逆时针旋转,对上旋翼来说将在180°时得到最大响应,即挥舞最大。而对下旋翼而言,上旋翼的前行桨叶方位处是下旋翼的后行桨叶方位,此时下旋翼为顺时针旋转,其桨叶前缘正好与上旋翼相反,对上旋翼的最大输入恰好是对下旋翼的最小输入,下旋翼将在0°处达到最小挥舞响应。而在下旋翼的前行桨叶处(上旋翼的后行桨叶)达到最大输入,在180°处达到最大挥舞。因此,上下旋翼在纵向周期变距的操纵下的挥舞平面是基本平行的。类似的在给出横向周期变距操纵后,在上下旋翼的方位角0°、180°处对上下旋翼均给出同样的操纵输入,但由于两旋翼的转向相反,翼剖面的前后缘反向,因而,一个是最大输入对另一个是最小输入,两旋翼的最大响应和最小响应相差180°,其挥舞平面也是平行的。因此,共轴式直升机的上下旋翼的自动倾斜器是通过若干拉杆组成连杆机构,该机构使得上下旋翼的自动倾斜器始终保持平行。

  直升机的两种典型的航向操纵结构形式即半差动和全差动形式。 目前国内研制的共轴式直升机采用的是半差动航向操纵形式,总距、航向舵机固联在主减速器壳体上,纵横向舵机固联在总距套筒上,随其上下运动。舵机输出量通过拉杆摇臂、上下倾斜器和过渡摇臂变距拉杆传到旋翼上,使其转过相应的桨距角,以实现操纵的目的。

  上下桨叶通过桨毂分别与内外转轴固联。在外轴的外面轴套上套总距套筒,其上又套航向操纵滑环、滑套式转盘和下倾斜器内环,它们之间可沿轴向相对上下滑动,但不能转动。上倾斜器内环通过滑键与内轴相联,它不仅可沿轴向上下相对运动,还随内轴一起转动。上下倾斜器外环通过扭力臂与上下桨叶同步转动,并有根等长撑杆将它们相联以实现使上下桨叶同步地偏转相同的桨距角。上倾斜器与上旋翼间摇臂支座直接夹固在内轴上,随内轴转动。而下倾斜器与下旋翼间摇臂支座套在轴套上,半差动航向操纵时可上下滑动,其外环随下旋翼一起转动。

  半差动航向操纵的过程为:航向舵机的输出量通过航向杠杆带动航向操纵滑环,使滑环沿总距套筒上下滑动,滑环经两个撑杆带动过渡摇臂的支座。铰接在支座上的过渡摇臂借助两组推拉杆分别连接下倾斜器和下桨叶的变距摇臂。使下桨叶迎角变化,导致由下旋翼气动力对机体所产生的反扭矩变化,此值就是航向操纵力矩。再根据该力矩的大小和符号,决定航向速率和转弯方向,实现航向操纵的目的。

  上述的半差动航向操纵方案的总距操纵是通过上下移动自动倾斜器来实现的,即总距操纵除了克服上下旋翼的铰链力矩外,还要克服上下倾斜器、上下倾斜器连杆以及相关的套筒和零件的重量。因此,该半差动操纵系统机构比较适于小型共轴式直升机,因为,对于小型直升机来说,旋翼轴径相对较小。各种操纵线系只能从轴外走,上下旋翼的自动倾斜器以及相关零件的重量也相对较轻,采用该方案相对较易实现。而对于大型共轴式直升机如卡-50 直升机,其连接上下旋翼的传动系统、桨毂、操纵机构比人还高,要操纵如此巨大的机构上下移动是难以想象的。半差动方案只改变下旋翼总距,由此引起的垂向运动耦合较大。然而,通过总距补偿完全可以解决问题。 共轴式直升机全差动航向操纵方案是指在航向操纵时大小相等方向相反地改变上下旋翼的总距从而使得直升机的合扭矩不平衡,机体产生航向操纵的力矩。由于在操纵时上下旋翼的总距总是一增一减,因此航向操纵与总升力变化的耦合小,即用于由于差动操纵引起的升力变化所需的总距补偿较小。显然,该方案可减轻驾驶员的操纵负担。前苏联卡莫夫设计局研制的卡莫夫系列共轴式直升机均采用了此种方案。

  该操纵机构分别在上旋翼轴内和下旋翼轴内设有可上下移动的套筒,该套筒随旋翼轴同步转动且可沿旋翼轴做上下相对运动。上下旋翼套筒在上下旋翼桨毂附近,套筒连接上下旋翼变距摇臂,变距摇臂在不同距离处与旋翼变距拉杆和自动倾斜器外环支杆铰接形成杠杆摇臂,通过上下移动套筒实现变距运动。两套筒的内部设有变距装置,该装置与设在主减速器底部的总距手柄和航向手柄相连,总距手柄通过垂直拉动变距装置实现上下旋翼总距的同步增减,达到改变直升机升力的目的。航向手柄通过正反转动变距装置实现上下旋翼总距一增一减的运动,进而实现航向操纵。

  由于操纵拉杆装置设在轴内,使得整个外部操纵机构简单、干净,上下自动倾斜器在轴向没有运动。这种结构方案比较适合于大型直升机,因为轴的内径相对较大,为安装操纵装置提供了较大的空间。而对于轻小型直升机,由于尺寸的限制,采用这样的方案会有些困难。

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