直升机的构造和原理介绍
世界上首架成功飞行的无线电遥控模型直升机,是一个法国工程师在 1965 年制造的。模型直升机与固 定翼—飞机模型相比,无论是结构或是其控制系统,都远比一般的固定翼飞机模型复杂得多。模型直升机在 操纵上,也比固定翼飞机模型困难。像载人直升机一样,模型直升机在空中运动具有 6 个自由度(如图 l 所示), 即沿纵轴、横轴、立轴的移动和绕这三个轴的转动,这些运动是通过纵向操纵、横向操纵、航向操纵、总距 操纵和发动机操纵来实现的。当我们操纵模型直升机在空中悬停或飞行时。需要同时控制模型运动的 6 个自 由度。完全靠操纵者的眼睛测量模型状态,并靠操纵者的双手通过遥控器来控制模型是十分困难的。因此, 必须借助许多先进的电子机械、信息等技术,并把这些技术进行有机的组织与综合(也就是所谓“机电一体化 技术”),再应用到模型直升机上,才可能降低模型直升机操纵上的困难。 这一节,我介绍干种适合模型直升机初学者学习的、最常见的单旋翼模型直升机,以及用于控制这架模型直 升机的无线电遥控设备。
竹蜻蜓有据可查的历史记载于晋朝(265 年—420 年)葛洪所著的《抱朴子》一书中。它利用螺旋桨的空气
动力实现垂直升空,演示了现代直升机旋翼的基本工作原理。《简明不列颠百科全书》第 9 卷写道:“直升机 是人类最早的飞行设想之一,多年来人们一直相信最早提出这一想法的是达·芬奇,但现在都知道,中国人比 中世纪的欧洲人更早做出了直升机玩具。”这种玩具于 14 世纪传到欧洲。“英国航空之父”乔治·凯利(1773 年-1857 年)曾制造过几个竹蜻蜓,用钟表发条作为动力来驱动旋转,飞行高度曾达 27 米。
模型直升机与载人直升机的飞行原理完全相同,因此,模型直升机显然具有载人直升机相同的、缩小的 精密机械装置。单旋翼模型直升机的各个组成部分。这种单旋翼模型直升机主要由一组旋翼、一组操纵系统 和动力系统(是由发动机、减速齿轮、离合器组成)、机架以及尾桨构成。发动机输出扭矩给旋翼,旋翼旋转 产生升力。操纵系统通过改变升力方向控制模型的飞行姿态,尾桨则产生抵消因旋翼旋转而加在机架上的扭 矩的推动力。变换尾桨推力的大小可改变模型的航向。一般情况下,当模型处于悬停状态时,经皮带传送动
20 世纪的后半期直升机进入航空实用期,直升机的应用领域不断扩展,数量迅速增加。
* 单旋翼直升机
* 单旋翼带尾桨
最常见的直升机类型,一个水平旋翼负责提供升力,尾部一个小型垂直旋翼(尾桨)负责抵消旋翼产生 的反扭矩。有些机型还将尾桨设计成涵道式,如欧洲直升机公司制造的 EC-135 直升机。
* 单旋翼无尾桨
直升机的构造和原理介绍
自从 1941 年美籍俄人西科斯基研制成人类第一架可以实际应用的直升机 vS -300 后,人们想征服天空的 愿望便进一步实现了。实用直升机不仅可以像固定翼飞机一样飞行,还能悬停在空中和在限定的面积内垂直 升降,其优良的 机动性远非固定冀飞机所能此拟。因此,直升机的应用在世界各国的国民经济中占有十分重 要的地位。近年来,随着先进辅助设计和制造技术的发展,以及复合材料的应用,直升机技术有了显著的变 化,许多新技术和新概念相继问世。例如,先进的旋翼桨时气动设计技术、无轴承桨壳、“无尾桨”概念, “×”机翼旋翼机、倾转旋翼机,以及应用于旋翼和机身构造、发动机构造的先进复合材料技术等。这些新技 术、新概念的出现,大大促进了直升机的发展,使直升机在军事、经济建设和各种公共事业上日益发挥巨大 作用
学习遥控模型直升机,至少要经过如下几个步骤:① 模型调试(包括机体、发动机、动部件、控制系统 的装配);②模型调试(包括用遥控设备总距、周期弯距、尾浆桨距、油门、机械与电子增稳装置、伺服舵机偏 转方向及偏转角度等的综合调试);③发动机磨合试运转;④基本飞行姿态操纵练习(起降、悬停、左右转弯和 水平 8 宇飞行等)。
一个水平旋翼负责提供升力,机身尾部侧面有空气排出,与旋翼的下洗气流相互作用产生侧向力来抵消 旋翼产生的反扭矩。例如,美国麦道直升机公司生产的 MD520N 直升机。西科斯基 S-92
欧直 EC-135
麦道 MD520N * 双旋翼直升机 * 纵列式 两个旋翼前后纵向排列,旋转方向相反,多见于大型运输直升机。例如,美国波音公司制造的 CH-47“支
多项世界纪录。 从圣西高地起飞的法国宪兵救援直升机 从圣西高地起飞的法国宪兵救援直升机
1939 年春,美国的伊戈尔·西科斯基完成了 VS-300 直升机的全部设计工作,同年夏天制造出一架原型机。 这种单旋翼带尾桨直升机构型成为现在最常见的直升机构型。
20 世纪 40 年代,美国沃特-西科斯基公司研制的一种 2 座轻型直升机 R-4,它是世界上第一种投入批量生产 的直升机,也是美国陆军航空兵、海军、海岸警卫队和英国空军、海军使用的第一种军用直升机。该机的公 司编号为 VS-316,VS-316A。美国陆军航空兵的编号为 R-4,美国海军和海岸警卫队的编号为 HNS-1,英 国空军将其命名为“食蚜虻 1”(Hoverfly 1),英国海军将其命名为“牛虻”(Gadfly)。
K-MAX 起重直升机。 波音 CH-47D
米里 Mi-12
卡莫夫 Ka-27
[编辑] 操纵系统
直升机的操纵系统有别于固定翼航空器,通常由以下部分组成:
* 总距操纵杆
简称总距杆,用来控制旋翼桨叶总距变化。总距操纵杆一般布置在驾驶员座位的左侧,绕支座轴线上、下 转动。驾驶员左手上提杆时,使自动倾斜器整体上升而增大旋翼桨叶总距(即所有桨叶的桨距同时增大相同角 度)使旋翼拉力增大,反之拉力减小,由此来控制直升机的升降运动。通常在总距操纵杆的手柄上设置旋转式 油门操纵机构,用来调节发动机油门的大小,以便使发动机输出功率与旋翼桨叶总距变化后的旋翼需用功率 相适应。因此,该操纵杆又被称为总距油门杆。
努干”运输直升机。 * 横列式 两个旋翼左右横向排列,旋翼轴间隔较远,旋转方向相反。例如,前苏联米里设计局研制的 Mi-12 直
升机。 * 共轴式 两个旋翼上下排列,在同一个轴线上反向旋转。例如,前苏联卡莫夫设计局研制的卡-50 武装直升机。 * 交叉式 两个旋翼左右横向排列,旋翼轴间隔较小,并且不平行,旋转方向相反。例如,Kaman 公司制造的
力的尾桨所用的功率约为发动机功率的 8%-10%,而在前进飞行中则为 3%-5%。 540)this.width=540\" border=0> 图 4 所示的,是工厂预制的单旋翼模型直升机的套件材料。制作者另外还要配置无线电遥控设备和一些
必要的用品及工具。对于模型直升机初学者来说,最困难的是如何调校一架适合练习飞行的模型以及如何在 克服操纵者本身心理和生理上的障碍的过程中,掌握模型运动的点。至于装配模型,在套件材料中配有详细 的装配指导书,初学者只要根据指导书所列的步骤仔细地将各个部件组合起来,应当很容易地把模型装配好. 直升机是一种由一个或多个水平旋转的旋翼提供向上升力和推进力而进行飞行的航空器。直升机具有大多数 固定翼航空器所不具备的垂直升降、悬停、小速度向前或向后飞行的特点。这些特点使得直升机在很多场合 大显身手。直升机与飞机相比,其弱点是速度低、耗油量较高、航程较短。 目录
经过 20 世纪初的努力探索,为直升机发展积累了可贵的经验并取得显著进展,有多架试验机实现了短暂的垂 直升空和短距飞行,但离实用还有很大距离。
飞机工业的发展,使航空发动机的性能迅速提高,为直升机的成功提供了重要条件。旋翼技术的第一次突破, 归功于西班牙人 Ciervao,他为了创造“不失速”的飞机以解决固定翼飞机的安全问题,采用自转旋翼代替 机翼,发明了自转旋翼机。旋翼技术在自转旋翼机上的成功应用和发展,为直升机的诞生提供了另一个重要 条件。
20 世纪初为直升机发展的探索期,多种试验性机型相继问世。试验机方案的多样性表明了探索阶段的技术不 成熟性。经过多年实践,这些方案中只有纵列式和共轴双旋翼式保留了下来,至今仍在应用。双桨横列式方 案未在直升机家族中延续,但在倾转旋翼飞机中得到了继承和发展。
俄国人尤利耶夫另辟捷径,提出了利用尾桨来配平旋翼反扭矩的设计方案并于 1912 年制造出了试验机。这 种单旋翼带尾桨式直升机成为至今最流行的形式。
1907 年 8 月,法国人保罗·科尔尼研制出一架全尺寸载人直升机,并在同年 11 月 13 日试飞成功。这架直 升机被称为“人类第一架直升机”。 1938 年,年轻的德国人汉纳赖奇驾驶一架双旋翼直升机在柏林体育场 进行了一次完美的飞行表演。这架直升机被直升机界认为是世界上第一种试飞成功的直升机。 1936 年,德 国福克公司在对早期直升机进行多方面改进之后,公开展示了自己制造的 FW-61 直升机,1 年后该机创造了
* 周期变距操纵杆
简称驾驶杆。与固定翼航空器的驾驶杆作用相似,通过操纵线系与自动倾斜器相连接。一般位于驾驶员座 椅的中央前方。驾驶员沿横向和纵向操纵周期变距操纵杆时,自动倾斜器会出现相应方向的倾斜,从而导致 旋翼拉力方向也发生相应方向的倾斜,由此得到需要的推进力以及横向和纵向操纵力,进而改变直升机的运 动状态和自身姿态。
我国是从 50 年代仿制前苏联的米一 4 直升机开始制造直升机的,经过近 40 年的发展,我国直升机在 科研、生产、教学等方面都取得了较大的成绩,并且已初步形成了一个完整的体系;然而,与先进发达国家 相比,我们仍存在着许多明显的差距。因此,在我国广大青少年和航模爱好者中普及直升机知识,对于培养 我国直升机事业后备人才来说。是十分有意义的。
到 30 年代末期,在法国、德国、美国和前苏联都有直升机试飞成功,并迅速改进达到了能够实用的程度。第 二次世界大战的军事需要,加速了这一进程,促使直升机发展由探索期进入实用期,直升机开始投入生产线 生产。到二战结束时,德国工厂已生产了 30 多架直升机,美国交付的 R5、R6 直升机已达 400 多架。
随着生产力的发展和人类文明的进步,直升机的发展史由幻想时期进入了探索时期。欧洲产业革命之后,机 械工业迅速倔起,尤其是本世纪初汽车和轮船的发展,为飞行器准备了发动机和可供借鉴的螺旋桨。经过航 空先驱者们勇敢而艰苦的创造和试验,1903 年莱特兄弟(Wright brothers)制造的固定翼飞机飞行成功。 在此期间,尽管在发展直升机方面,航空先驱们付出了相当的艰辛和努力,但由于直升机技术的复杂性和发 动机性能不佳,它的成功飞行比飞机迟了 30 多年。 旋翼