某型直升機機械油門操作系統的計算研究

陳騰 王付濤 趙健

摘要：機械油門操作系統是直升機動力系統控制領域中的重要組成部分，能夠通過信號接收與傳遞，進行直升機發動機油門開度的有效調解，以滿足直升機飛行控制需求。本文以某型直升機機械油門操作系統為研究對象，根據系統設計目標與內容，進行了計算研究，以期直升機機械油門操作系統能夠滿足實際需求。

關鍵詞：直升機；機械油門操作系統；計算分析

引言：

直升機機械油門操作系統是機械燃調發動機應用的前提條件，對直升機飛行質量、飛行安全與飛行穩定存在密切關聯性。隨著近些年電調發動機的普遍應用，關于機械油門操作系統的研究相對較少，缺乏系統研究資料與經驗。因此，為滿足某直升機渦軸發動機使用要求，需加強理論計算分析，為機械油門操作系統設計與改造提供信息依據，豐富同類型之后直升機機械油門操作系統設計經驗。

1直升機機械油門操作系統概述

機械油門操作系統與電調控制系統是當前直升機發動機油門控制的重要手段。相對于電調控制系統而言，機械油門操作系統是直升機早期應用較為廣泛的控制方式，其控制精度相對較低，且機械結構存在復雜性特征，但對電能的需求要小，抗電磁干擾能力更強。因此，雖然大多數直升機已經應用電調控制系統進行發動機油門控制，但也有部分直升機仍應用機械油門操作系統進行控制。

直8某直升機則是應用機械油門操作系統進行發動機油門控制。機械油門操作系統包括總距油門操作系統與發動機油門桿操作系統兩部分。從整體層面來看，直升機機械油門操作系統主要由起動設備、總距—連接搖臂、發動機油門桿、總距—油門混合器、連桿、執行組織、彈性拉桿、旋翼轉速調節裝置等共同構成，如圖1所示。將系統進行分層，大致可分為以下三層：一是，人工地面調整層，即對油門板尺、發動機油門搖臂、凸輪結構等進行調整，以滿足總距—油門曲線設定需求；二是，飛行員操作層，即由飛行員負責，對駕駛艙頂棚油門桿以及直升機總距桿進行調整，以滿足直升機實際需求；三是，直升機自動調節層，即依靠旋翼轉速調節系統實現直升機油門開度的自動化調整，使其能夠根據執行限定，保證油門開度在可控氛圍內[1]。

2某型直升機機械油門操作系統設計

直8某直升機在升級后，傳統的機械油門操作系統已經無法滿足實際需求。因此，為保證直升機發動機功率與實際需求功率的相統一，保證直升機分型過程中旋翼轉速的穩定，避免不爬升、超轉等問題的產生，提升直升機應用的安全性與可靠性。需進行直升機機械油門操作系統的重新設計與科學調整。

2.1設計目的

在此直升機機械油門操作系統設計與調整過程中，設計的主要目的在于保證直升機發動機功率能夠滿足實際需求功率；改善機械油門操作系統調節能力。

2.2設計思路

要想實現設計目標，首先應對影響因素具有全面與準確的了解，包括環境溫度、直升機飛行姿態、直升機飛行氣壓高度等。同時，需準確計算機械油門操作系統各項參數，實現調解能力設計，掌控機械加工誤差、直升機發動機性能存在的差異等。此外，在系統設計與調整過程中，需做好機械油門操作系統典型狀態的選擇，并在此基礎上進行計算分析。

由于系統執行機構在發動機油門調節過程中，做伸縮動作，要想實現實際功率需求與發動機功率的有效匹配，可以執行機構中立狀態為基準，確定總距—油門曲線，實現基準油門開度與傳動比的科學計算。通常情況下，基準油門開度出現誤差時將影響直升機著陸速度；傳動比出現誤差時，將導致大功率狀態下直升機轉速出現偏差，不利于直升機飛行的穩定與安全。直8某直升機可通過改變有門板尺組建的半徑進行傳動比調整。

由于直8某直升機是利用凸輪機構實現基準油門開度調節的，因此當理論計算不準確時，將無法保證發動機功率滿足實際需求，可通過改變彈性拉桿長度進行基準油門開度調整。

3某型直升機機械油門操作系統計算分析

根據上述分析可知，直升機機械油門操作系統計算內容主要包括大功率狀態下的總距—油門關系、小功率狀態下的總距—油門關系、彈性拉桿長度、油門板尺半徑及其調節能力、執行機構調節能力等。根據計算內容，為提升計算質量與效率，可通過原始數據擬合進行計算流程簡化。

公式1：直升機油門開度=-0.000004139x2+0.033603988x+14.385824144（x代表三臺發動機功率）[2]。該關系式為直升機油門開度與海平面標況下三體發動機臺架功率之間存在的關系。

公式2：油門開度=0.00654x-130.5（x代表發動機轉速，單位為：rpm）。改關系式為直升機油門開度與發動機轉速之間的關系。

根據設計思路，在本文計算中存在以下控制條件：（1）計算海平面標況（Hp=0m OAT=15℃）懸停狀態；（2）操作系統執行機構中立；（3）調節結構位于中立位置；（4）小功率狀態安裝損失與超黃蜂直升機一致；大功率轉臺安裝損失為百分之七。

依據控制條件，根據公式1可得到y=29.788x2-52.2x+562.67（公式3），確定直升機功率需求。根據公式3與公式2可得到小功率狀態下的油門開度為2，即y=-0.0013x2+5.5844x+23318，其中需求公路為512kw，Ng=25836rpm。由于大功率安裝損失為7%，根據公式3可得到不同總距下發動機臺架功率，從而得出發動機油門開度。并根據DMU分析，確定總距—油門連接搖臂半徑，得到彈性拉桿調解能力與油門板尺調節能力。

結論：

直升機機械油門操作系統的計算研究是機械油門操作系統設計與改造過程中不可或缺的環節，對提升機械油門操作系統設計與應用質量、效果、安全存在重要影。本文通過分析某直升機機械油門操作系統計算問題，為其設計提供理論支持，并進行實踐指導，提升設計方案的科學性與完善性。

參考文獻：

[1]莊培，張翔宇，謝凱，李忠新，蔡紅明.六旋翼無人機飛行控制系統研究[J].江蘇航空，2018（03）：20-23.

[2]王青松.某型直升機機械油門操作系統的計算分析[J].中國科技信息，2018（14）：22-24+13.

作者簡介：

陳騰，男，漢族，河南長垣，1991年12月，研究方向：航空機械方向（直升機）.

王付濤，男，漢族，山東德州，1991年02月，研究方向：航空機械方向（直升機）.

趙健，男，漢族，山東東營，1988年10月，研究方向：航空機械方向（直升機）.