直升機(jī)操縱系統(tǒng)技術(shù)研究

王一博 高瑋 劉懷明

摘 要：相比于民航機(jī)，直升機(jī)的用途比較單一，且多用于戰(zhàn)爭。本文首先簡要分析了直升機(jī)操縱的基本特點，探討了設(shè)計直升機(jī)操縱系統(tǒng)的具體要求，節(jié)后結(jié)合國外直升機(jī)機(jī)型，就直升機(jī)操作系統(tǒng)的當(dāng)前發(fā)展趨勢作一探討。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；操縱系統(tǒng)；電傳操縱

回顧近幾年來發(fā)生的局部戰(zhàn)爭，直升機(jī)在其中扮演著關(guān)鍵角色，發(fā)揮著重要作用。直升機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮如此重要的作用，從根本上來講，與其超強(qiáng)的機(jī)動性與智能化密不可分，而其超強(qiáng)的機(jī)動性往往與先進(jìn)的操縱系統(tǒng)密不可分。而伴隨當(dāng)今直升機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及電子技術(shù)的持續(xù)更新與完善，有力推動著直升機(jī)操縱系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與推新。本文就此作一探討。

1.直升機(jī)操縱的基本特點

1.1操縱反應(yīng)所具有的遲緩性

針對駕駛員而言，其從操縱到感覺直升機(jī)轉(zhuǎn)動，在此期間所用時間就是操作的時間遲緩，其要長于一般飛機(jī)，即直升機(jī)對于操縱動作的反應(yīng)要遲于一般的飛機(jī)；直升機(jī)在操縱過程中之所以會有此特點，起到?jīng)Q定作用的是直升機(jī)獨特的操縱原理。對于一般飛機(jī)而言，對其實施操縱，主要是通過方向舵、偏轉(zhuǎn)升降舵/附翼來實現(xiàn)的。因此些舵面在完成偏轉(zhuǎn)后，會出現(xiàn)氣動力方面的變化，它們又均與飛機(jī)重心之間有較遠(yuǎn)距離，因此，在偏轉(zhuǎn)之后，會有較大的操縱力矩產(chǎn)生，形成較大的角加速度。所以，駕駛員可以從中感受到飛機(jī)的飛行姿態(tài)，即飛機(jī)能以較快速度隨操縱而變換動作。但要想對直升機(jī)進(jìn)行橫側(cè)或俯仰操縱，需要通過改變旋翼氣動合力的方向，因旋翼在陀螺定軸效應(yīng)上比較好，因此，要想從之前的旋翼周期變距操縱，向?qū)崿F(xiàn)旋翼椎體傾斜的轉(zhuǎn)變，通常需要延遲一定時間，外加對旋翼錐體進(jìn)行操縱且傾斜后，會產(chǎn)生比較小的操縱力矩，因此，相比于一般飛機(jī)，直升機(jī)操縱反應(yīng)要比較遲緩。

1.2操縱的雙重性

對直升機(jī)飛行狀態(tài)予以改變的操縱動作，有著典型的雙重性特點。如拉桿之后，機(jī)頭會快速上仰，如果持續(xù)上仰，并且已經(jīng)維持穩(wěn)定狀態(tài)，此時，需要根據(jù)實際情況向前迎桿，使直升機(jī)保持預(yù)定狀態(tài)，不然，直升機(jī)會持續(xù)上仰，并且超出既定狀態(tài)；此外，還需要指出的是，當(dāng)推桿之后，機(jī)頭會下俯，如果與預(yù)定狀態(tài)比較接近，此時，需要稍微向后帶桿，使其維持在預(yù)定狀態(tài)。此種為了使飛行狀態(tài)予以改變，而需要進(jìn)行反復(fù)操縱的特點，即操縱動作雙重性。

1.3直升機(jī)操縱動作的可協(xié)調(diào)性

由于直升機(jī)有著比較復(fù)雜的構(gòu)造特點，因此，其諸如橫、縱、油門以及總距等方面的方向操作間，有著比較突出的牽連作用。所以，無論是改變直升機(jī)的飛行狀態(tài)，還是保持其飛行狀態(tài)，均須重視操縱動作的協(xié)調(diào)、柔和。如比較典型的黑鷹直升機(jī)，當(dāng)將油門槳距桿上提，持續(xù)增大旋翼拉力時，由于會增大旋翼的反扭矩，因此，直升機(jī)要一定程度向右偏，為了保持方向感，使之處于平衡狀態(tài)，需要蹬左舵，當(dāng)左舵量一定程度增大之后，因尾槳拉力的增大，會造成右滾力矩的增大，為了使橫側(cè)維持平衡狀態(tài)，須向左邊壓桿；同理。如果將油門槳距桿下放時，便需要回桿且回舵，這樣才能維持直升機(jī)的飛行平衡。

2.直升機(jī)操縱系統(tǒng)的基本設(shè)計要求

2.1一般要求

2.1.1靜態(tài)指標(biāo)

（1）在整個操縱系統(tǒng)中，因存在有摩擦力、質(zhì)量不平衡及空行程等情況，因此，對于操縱面來講，不能絕對的回中。（2）伺服作動器滑閥摩擦力、系統(tǒng)線摩擦力對飛行系統(tǒng)操縱性能會產(chǎn)生不同程度影響，如果系統(tǒng)線系摩擦力比較小，那么其對飛行操縱系統(tǒng)性能所造成的影響也會比較小，但如果摩擦力過大，那么這是駕駛員所不希望看到的，因而其會造成操縱面偏轉(zhuǎn)的增大，增加座艙操縱力方面的相位差，除此之外，還會對精確操縱以及回中操縱造成不良影響。（3）座艙操縱之所以會出現(xiàn)空行程情況，多因飛行操縱系統(tǒng)線系各個節(jié)點的間隙、氣動力造成線系彈性變形等所造成，擁有比較典型的非線性特性。（4）針對各個操作軸間的操縱力來講，其匹配關(guān)系尤為重要，如果存在匹配不當(dāng)?shù)那闆r，會造成復(fù)合操縱困難。

2.1.2動態(tài)指標(biāo)

（1）針對飛行操縱系統(tǒng)來講，因其為非線性高階系統(tǒng)，因此，對于傳統(tǒng)線性系統(tǒng)而言，其動態(tài)要求對于飛行操縱系統(tǒng)并不適用。而針對非線性系統(tǒng)來講，其動態(tài)響應(yīng)密切相關(guān)于輸入指令的幅值，此外，還相關(guān)于輸入信號的類型。（2）在整個飛行操縱系統(tǒng)架構(gòu)中，時間響應(yīng)當(dāng)中的速度響應(yīng)，或者是正弦響應(yīng)，相比于階躍響應(yīng)，更加受到重視。主要因為正弦響應(yīng)與飛行操縱系統(tǒng)的實際工作狀態(tài)更為相符，且受非線性因素的多元影響，正弦響應(yīng)同樣可得到較好的應(yīng)用效果。（3）針對飛行操縱系統(tǒng)而言，在其動態(tài)性能當(dāng)中，伺服作動器的動態(tài)性能在其中占據(jù)著重要地位，而對于飛行操作系統(tǒng)的動態(tài)性能來講，其則會對操縱面造成影響，此外，還會影響飛機(jī)對駕駛員操作指令的對應(yīng)影響。

2.2系統(tǒng)可靠性的設(shè)計要求

（1）針對組成系統(tǒng)的各零部件來講，在耐久性、剛度及強(qiáng)度方面，應(yīng)滿足現(xiàn)實需要。（2）在系統(tǒng)性能方面，除了要滿足跟隨性、快速性的相關(guān)要求之外，還需擁有足夠的穩(wěn)定裕量，不能產(chǎn)生極限環(huán)振蕩，或者是系統(tǒng)不穩(wěn)定情況。（3）在選擇系統(tǒng)零部件的結(jié)構(gòu)形式時，或者是設(shè)計其尺寸時，需采取針對性的避錯、防錯措施，預(yù)防零件漏裝或錯裝情況發(fā)生。（4）針對各種接頭及可拆卸連接件來講，需要采取防松脫措施，確保連接牢靠，預(yù)防脫落情況發(fā)生。

3.發(fā)展趨勢分析

3.1電傳操縱

美國著名的阿帕奇直升機(jī)便是采用的電傳操作系統(tǒng)，針對此系統(tǒng)來講，其未用拉桿搖臂等機(jī)械連接，而是借助駕駛桿，利用多余的電路，將操作指令輸送給計算機(jī)，而計算機(jī)負(fù)責(zé)作動器的控制，以此來驅(qū)動自動傾斜器，實現(xiàn)旋翼的變距。

3.2側(cè)桿操縱器

針對電傳操縱來講，在其整個系統(tǒng)當(dāng)中，所傳輸?shù)膬H為計算機(jī)與駕駛員的指令信號，無駕駛員的操縱位移及操縱力，因此，無需高強(qiáng)度、大尺寸的桿系。在此情況下，便研發(fā)了一種比較輕巧的座艙操縱器，用于取代之前的駕駛桿舵，即側(cè)桿。側(cè)桿通常被安置與駕駛員的右側(cè)，將手柄上施加各方向力的信號，當(dāng)作操作的指令。選用側(cè)桿操作，優(yōu)點有二，其一，能夠?qū)Ⅰ{駛員的一手、一腳解脫出來，方便任務(wù)的完成；其二，能夠大幅減少駕駛艙空間，還能減小機(jī)頭的尺寸，此點對于軍用直升機(jī)而言，非常重要。

4.結(jié)語

綜上，伴隨科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)、新理念在航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；直升機(jī)作為各種航空器當(dāng)中的重要構(gòu)成，得到廣泛應(yīng)用與更新，尤其是在軍事領(lǐng)域，更是得到廣泛應(yīng)用。直升機(jī)操縱系統(tǒng)技術(shù)作為直升機(jī)的核心部分，其技術(shù)的好壞會對整個直升機(jī)飛行安全產(chǎn)生直接影響，因此，需重視此領(lǐng)域的技術(shù)提升。

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作者簡介：

王一博，1983.09，男，漢，河北邯鄲，助理工程師，碩士，直升機(jī)機(jī)械.