遥控直升机控制原理与性能分析.docx
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遥控直升机控制原理与性能分析
一、 话说旋翼头
旋翼头是直升机中最神奇,也是最关键的部件。
直升机的绝大多数性质,比如稳定性、灵活性,包括所谓操纵感觉,都是由旋翼头决定的。
遥控直升机的旋翼头采用贝尔-希拉操纵方式,也就是一对主旋翼,产生升力,同时靠一对小翼控制升力的方向,从而达到控制直升机的目的。
我们下面就来细说一下贝尔-希拉方式是如何达到操纵直升机的目的的。
I、 陀螺效应
所谓陀螺效应,就是旋转着的物体具有像陀螺一样的效应。
陀螺有两个特点:
进动性和定轴性。
当高速旋转的陀螺遇到外力时,它的轴的方向是不会随着外力的方向发生改变的,而是轴围绕着一个定点进动。
大家如果玩过陀螺就会知道,陀螺在地上旋转时轴会不断地扭动,这就是进动(不考虑章动)。
以下是陀螺效应的示意图:
图一、陀螺效应示意图
在上图中,圆盘是陀螺。
L是圆盘的角动量,其大小是R×Mv或者Iω。
由于在力学中,有
,所以
和
方向相同。
这直接导致了(如图)高速转动的陀螺在受到F后,整个陀螺以X轴为转轴转动而不是以Y轴为转轴。
这就是神奇的陀螺效应。
这种效应一直伴随着直升机的飞行。
例如:
要使直升机仰俯,就必须要使直升机左右的升力不平衡而不是使其前后不平衡。
基于这种原理我们下面就来解释遥控直升机的所谓贝尔-希拉操纵方式。
II、 贝尔-希拉操纵方式的初步分析
说起贝尔-希拉,同好们映像最深的一定是那对“希拉”小翼。
这是遥控直升机唯一区别于真飞机的地方。
那么这对小翼的作用究竟是什么呢?
她所带来的好处是什么?
下面就听我细细说来。
在I中,我们已经看到陀螺效应的基本原理。
在遥控直升机中,主旋翼就是一个大陀螺,它本身具有陀螺效应。
当我们改变主旋翼倾角时,直升机的运动状态就会发生改变。
但同时,如果用舵机直接改变主旋翼的倾角来控制飞机,问题是很多的。
首先,主旋翼倾角的改变需要较大的力矩。
如果用十字盘直接控制的话,强大的、交变的力矩将会直接作用到舵机上。
这样舵机将会受到很大负荷,操纵精度会严重下降。
第二,当直升机受到轻微扰动后,由于陀螺的进动性,直升机将不会恢复原来状态,而是绕着垂线方向进动(如图)。
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