直升機操縱系統技術研究

王一博 高瑋 劉懷明

摘 要：相比于民航機，直升機的用途比較單一，且多用于戰爭。本文首先簡要分析了直升機操縱的基本特點，探討了設計直升機操縱系統的具體要求，節后結合國外直升機機型，就直升機操作系統的當前發展趨勢作一探討。

關鍵詞：直升機；操縱系統；電傳操縱

回顧近幾年來發生的局部戰爭，直升機在其中扮演著關鍵角色，發揮著重要作用。直升機在現代戰爭中發揮如此重要的作用，從根本上來講，與其超強的機動性與智能化密不可分，而其超強的機動性往往與先進的操縱系統密不可分。而伴隨當今直升機技術、控制技術以及電子技術的持續更新與完善，有力推動著直升機操縱系統技術的發展與推新。本文就此作一探討。

1.直升機操縱的基本特點

1.1操縱反應所具有的遲緩性

針對駕駛員而言，其從操縱到感覺直升機轉動，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，即直升機對于操縱動作的反應要遲于一般的飛機；直升機在操縱過程中之所以會有此特點，起到決定作用的是直升機獨特的操縱原理。對于一般飛機而言，對其實施操縱，主要是通過方向舵、偏轉升降舵/附翼來實現的。因此些舵面在完成偏轉后，會出現氣動力方面的變化，它們又均與飛機重心之間有較遠距離，因此，在偏轉之后，會有較大的操縱力矩產生，形成較大的角加速度。所以，駕駛員可以從中感受到飛機的飛行姿態，即飛機能以較快速度隨操縱而變換動作。但要想對直升機進行橫側或俯仰操縱，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上比較好，因此，要想從之前的旋翼周期變距操縱，向實現旋翼椎體傾斜的轉變，通常需要延遲一定時間，外加對旋翼錐體進行操縱且傾斜后，會產生比較小的操縱力矩，因此，相比于一般飛機，直升機操縱反應要比較遲緩。

1.2操縱的雙重性

對直升機飛行狀態予以改變的操縱動作，有著典型的雙重性特點。如拉桿之后，機頭會快速上仰，如果持續上仰，并且已經維持穩定狀態，此時，需要根據實際情況向前迎桿，使直升機保持預定狀態，不然，直升機會持續上仰，并且超出既定狀態；此外，還需要指出的是，當推桿之后，機頭會下俯，如果與預定狀態比較接近，此時，需要稍微向后帶桿，使其維持在預定狀態。此種為了使飛行狀態予以改變，而需要進行反復操縱的特點，即操縱動作雙重性。

1.3直升機操縱動作的可協調性

由于直升機有著比較復雜的構造特點，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，無論是改變直升機的飛行狀態，還是保持其飛行狀態，均須重視操縱動作的協調、柔和。如比較典型的黑鷹直升機，當將油門槳距桿上提，持續增大旋翼拉力時，由于會增大旋翼的反扭矩，因此，直升機要一定程度向右偏，為了保持方向感，使之處于平衡狀態，需要蹬左舵，當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，為了使橫側維持平衡狀態，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的飛行平衡。

2.直升機操縱系統的基本設計要求

2.1一般要求

2.1.1靜態指標

（1）在整個操縱系統中，因存在有摩擦力、質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、系統線摩擦力對飛行系統操縱性能會產生不同程度影響，如果系統線系摩擦力比較小，那么其對飛行操縱系統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空行程情況，多因飛行操縱系統線系各個節點的間隙、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，其匹配關系尤為重要，如果存在匹配不當的情況，會造成復合操縱困難。

2.1.2動態指標

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

2.2系統可靠性的設計要求

（1）針對組成系統的各零部件來講，在耐久性、剛度及強度方面，應滿足現實需要。（2）在系統性能方面，除了要滿足跟隨性、快速性的相關要求之外，還需擁有足夠的穩定裕量，不能產生極限環振蕩，或者是系統不穩定情況。（3）在選擇系統零部件的結構形式時，或者是設計其尺寸時，需采取針對性的避錯、防錯措施，預防零件漏裝或錯裝情況發生。（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，預防脫落情況發生。

3.發展趨勢分析

3.1電傳操縱

美國著名的阿帕奇直升機便是采用的電傳操作系統，針對此系統來講，其未用拉桿搖臂等機械連接，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，而計算機負責作動器的控制，以此來驅動自動傾斜器，實現旋翼的變距。

3.2側桿操縱器

針對電傳操縱來講，在其整個系統當中，所傳輸的僅為計算機與駕駛員的指令信號，無駕駛員的操縱位移及操縱力，因此，無需高強度、大尺寸的桿系。在此情況下，便研發了一種比較輕巧的座艙操縱器，用于取代之前的駕駛桿舵，即側桿。側桿通常被安置與駕駛員的右側，將手柄上施加各方向力的信號，當作操作的指令。選用側桿操作，優點有二，其一，能夠將駕駛員的一手、一腳解脫出來，方便任務的完成；其二，能夠大幅減少駕駛艙空間，還能減小機頭的尺寸，此點對于軍用直升機而言，非常重要。

4.結語

綜上，伴隨科學技術的不斷發展，許多新技術、新理念在航空領域得到廣泛應用；直升機作為各種航空器當中的重要構成，得到廣泛應用與更新，尤其是在軍事領域，更是得到廣泛應用。直升機操縱系統技術作為直升機的核心部分，其技術的好壞會對整個直升機飛行安全產生直接影響，因此，需重視此領域的技術提升。

參考文獻：

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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，直升機機械.