[发明专利]直升机旋翼操纵方法及系统

说明书

所属技术领域

本发明是一种直升机旋翼操纵方法及系统，属于直升机操纵技术领域。

技术背景

直升机由于其具有独特的飞行特性，既可以悬停、垂直升降，又能向任何一个方向飞行，使其在飞行器大家族中独树一帜；直升机之所以具备这种能力，主要得益于旋翼及其操作系统。旋翼及其操纵系统是直升机的关键部件，对直升机的性能、操纵稳定性及直升机的飞行安全都有重要影响。

现有的直升机一般是通过间接地对自动倾斜器的操纵来实现对直升机操纵的，其工作的基本原理见参考文献中的介绍：(博思.俄罗斯直升机创始人——尤里耶夫.航空知识，2001(3).5～6.)。自动倾斜器由旋转环和不旋转环构成，不旋转环连接液压助力器和操纵杆系，接受驾驶员的操作输入；旋转环通过变距拉杆与各片桨叶根部的摇臂相连，变距拉杆上下移动则带动各片桨叶变距。旋转环和不旋转环之间通过轴承连接。当驾驶员进行总距操纵时，自动倾斜器上下运动，各片桨叶桨距同时变化，实现总距变化，直升机实现垂直运动；当驾驶员进行周期变距操纵时，自动倾斜器向某方向倾斜，各片桨叶桨距产生周期变距，引起的桨叶挥舞使旋翼旋转面向预定方向倾斜，产生在该方向的分力，直升机实现前飞运动。由于自动倾斜器操纵系统首先可靠灵活的实现了桨距操纵，因此，在此后的时间里，利用自动倾斜器进行直升机操纵成为主流。但传统直升机旋翼操纵系统的缺点也很明显：传统的旋翼操纵系统，由于使用自动倾斜器、机械操纵杆系以及液压助力器，以及一些机载液压设备，使直升机的重量效率较低。同时，由于众多的机械液压设备导致传统直升机的可靠性较低，制造维护成本加大；传统的旋翼，由于操纵机构复杂，安全性、可靠性不佳，不易于多冗余度操纵设计；传统的旋翼操纵系统，机械操纵杆系和桨毂结构形式的复杂，桨毂废阻大，全机气动效率低。传统直升机旋翼系统的桨距变化受自动倾斜器的约束，因此无法施加一些有利于改善性能、减小振动、降低噪声的先进桨距控制方案。

此外，人们还对其它一些旋翼操纵方式进行了研究，其中最著名的便是美国人Kaman所研制的伺服襟翼操纵系统，见参考文献介绍(徐德康.凯门先生、凯门航宇公司和KMAX直升机.国际航空，1994(7).)。驾驶员的操纵首先传至幅角器的不旋转环，继而通过连接在旋转环上的推拉杆传至位于桨毂顶部的爪盘，再通过一系列拉杆摇臂机构传至位于桨叶后缘的外伸式伺服襟翼，操纵襟翼产生相应偏转。桨叶气动力矩作用下产生变距运动，从而实现旋翼操纵。显然，操纵小尺寸襟翼偏转所需功率远比从桨根直接操纵整片桨叶变距所需的功率要小。因而较之采用自动倾斜器的直升机而言具有较高的重量效率。尽管如此，Kaman伺服襟翼技术所采用的机械操纵线系十分复杂，幅角器仍是一个类似于自动倾斜器的机械装置，而且对桨叶设计有许多特殊要求。也许正是如此，与自动倾斜器操纵技术相比并不具有明显优势。

在美国直升机协会2001年度学生设计竞赛中，Maryland大学提出了一种不采用自动倾斜器的旋翼操纵系统设计方案，见参考文献介绍(Tarascio；Matthew，J.Winner of the AHS/Industry/NASA Student Design Competition.AHS58th Annual Forum，2002.)。该方案采用两片双余度嵌入式襟翼设计，襟翼由固定于桨叶D型大梁后部的作动器驱动。桨叶根部采用拉压变距弹簧以提供适当的扭转刚度，变距弹簧通过支座与旋翼轴固联。在该设计方案中，作动器位于桨叶径向靠近尖部位置，此处离心力巨大，在此作用下作动器将无法正常工作；同时由于作动器位于桨尖处，襟翼与作动器之间没有传动机构；桨根变距弹簧类似于常规直升机的变距拉杆，同样将产生较大的废阻力；此外，该方案没有提及相应的测控方案，因此认为其襟翼操纵为开环控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种可独立控制各片桨叶桨距的、结构简单，重量轻、操纵性好，可靠性、安全性高的直升机旋翼操纵系统。

本发明的基本思路是：通过摆动式电磁作动器驱动位于桨叶后缘的襟翼，在测控系统的作用下实现桨叶桨距的准确控制，从而实现对旋翼系统的操纵。主要包括四部分内容：(1)扭转柔软桨毂，(2)襟翼的操纵机构及安装方式，(3)摆动式电磁作动器，(4)旋翼操纵系统的测试控制部分。

一、方法：