直升机操纵系统技术研究

王一博 高玮 刘怀明

摘 要：相比于民航機，直升机的用途比较单一，且多用于战争。本文首先简要分析了直升机操纵的基本特点，探讨了设计直升机操纵系统的具体要求，节后结合国外直升机机型，就直升机操作系统的当前发展趋势作一探讨。

关键词：直升机；操纵系统；电传操纵

回顾近几年来发生的局部战争，直升机在其中扮演着关键角色，发挥着重要作用。直升机在现代战争中发挥如此重要的作用，从根本上来讲，与其超强的机动性与智能化密不可分，而其超强的机动性往往与先进的操纵系统密不可分。而伴随当今直升机技术、控制技术以及电子技术的持续更新与完善，有力推动着直升机操纵系统技术的发展与推新。本文就此作一探讨。

1.直升机操纵的基本特点

1.1操纵反应所具有的迟缓性

针对驾驶员而言，其从操纵到感觉直升机转动，在此期间所用时间就是操作的时间迟缓，其要长于一般飞机，即直升机对于操纵动作的反应要迟于一般的飞机；直升机在操纵过程中之所以会有此特点，起到决定作用的是直升机独特的操纵原理。对于一般飞机而言，对其实施操纵，主要是通过方向舵、偏转升降舵/附翼来实现的。因此些舵面在完成偏转后，会出现气动力方面的变化，它们又均与飞机重心之间有较远距离，因此，在偏转之后，会有较大的操纵力矩产生，形成较大的角加速度。所以，驾驶员可以从中感受到飞机的飞行姿态，即飞机能以较快速度随操纵而变换动作。但要想对直升机进行横侧或俯仰操纵，需要通过改变旋翼气动合力的方向，因旋翼在陀螺定轴效应上比较好，因此，要想从之前的旋翼周期变距操纵，向实现旋翼椎体倾斜的转变，通常需要延迟一定时间，外加对旋翼锥体进行操纵且倾斜后，会产生比较小的操纵力矩，因此，相比于一般飞机，直升机操纵反应要比较迟缓。

1.2操纵的双重性

对直升机飞行状态予以改变的操纵动作，有着典型的双重性特点。如拉杆之后，机头会快速上仰，如果持续上仰，并且已经维持稳定状态，此时，需要根据实际情况向前迎杆，使直升机保持预定状态，不然，直升机会持续上仰，并且超出既定状态；此外，还需要指出的是，当推杆之后，机头会下俯，如果与预定状态比较接近，此时，需要稍微向后带杆，使其维持在预定状态。此种为了使飞行状态予以改变，而需要进行反复操纵的特点，即操纵动作双重性。

1.3直升机操纵动作的可协调性

由于直升机有着比较复杂的构造特点，因此，其诸如横、纵、油门以及总距等方面的方向操作间，有着比较突出的牵连作用。所以，无论是改变直升机的飞行状态，还是保持其飞行状态，均须重视操纵动作的协调、柔和。如比较典型的黑鹰直升机，当将油门桨距杆上提，持续增大旋翼拉力时，由于会增大旋翼的反扭矩，因此，直升机要一定程度向右偏，为了保持方向感，使之处于平衡状态，需要蹬左舵，当左舵量一定程度增大之后，因尾桨拉力的增大，会造成右滚力矩的增大，为了使横侧维持平衡状态，须向左边压杆；同理。如果将油门桨距杆下放时，便需要回杆且回舵，这样才能维持直升机的飞行平衡。

2.直升机操纵系统的基本设计要求

2.1一般要求

2.1.1静态指标

（1）在整个操纵系统中，因存在有摩擦力、质量不平衡及空行程等情况，因此，对于操纵面来讲，不能绝对的回中。（2）伺服作动器滑阀摩擦力、系统线摩擦力对飞行系统操纵性能会产生不同程度影响，如果系统线系摩擦力比较小，那么其对飞行操纵系统性能所造成的影响也会比较小，但如果摩擦力过大，那么这是驾驶员所不希望看到的，因而其会造成操纵面偏转的增大，增加座舱操纵力方面的相位差，除此之外，还会对精确操纵以及回中操纵造成不良影响。（3）座舱操纵之所以会出现空行程情况，多因飞行操纵系统线系各个节点的间隙、气动力造成线系弹性变形等所造成，拥有比较典型的非线性特性。（4）针对各个操作轴间的操纵力来讲，其匹配关系尤为重要，如果存在匹配不当的情况，会造成复合操纵困难。

2.1.2动态指标

（1）针对飞行操纵系统来讲，因其为非线性高阶系统，因此，对于传统线性系统而言，其动态要求对于飞行操纵系统并不适用。而针对非线性系统来讲，其动态响应密切相关于输入指令的幅值，此外，还相关于输入信号的类型。（2）在整个飞行操纵系统架构中，时间响应当中的速度响应，或者是正弦响应，相比于阶跃响应，更加受到重视。主要因为正弦响应与飞行操纵系统的实际工作状态更为相符，且受非线性因素的多元影响，正弦响应同样可得到较好的应用效果。（3）针对飞行操纵系统而言，在其动态性能当中，伺服作动器的动态性能在其中占据着重要地位，而对于飞行操作系统的动态性能来讲，其则会对操纵面造成影响，此外，还会影响飞机对驾驶员操作指令的对应影响。

2.2系统可靠性的设计要求

（1）针对组成系统的各零部件来讲，在耐久性、刚度及强度方面，应满足现实需要。（2）在系统性能方面，除了要满足跟随性、快速性的相关要求之外，还需拥有足够的稳定裕量，不能产生极限环振荡，或者是系统不稳定情况。（3）在选择系统零部件的结构形式时，或者是设计其尺寸时，需采取针对性的避错、防错措施，预防零件漏装或错装情况发生。（4）针对各种接头及可拆卸连接件来讲，需要采取防松脱措施，确保连接牢靠，预防脱落情况发生。

3.发展趋势分析

3.1电传操纵

美国著名的阿帕奇直升机便是采用的电传操作系统，针对此系统来讲，其未用拉杆摇臂等机械连接，而是借助驾驶杆，利用多余的电路，将操作指令输送给计算机，而计算机负责作动器的控制，以此来驱动自动倾斜器，实现旋翼的变距。

3.2侧杆操纵器

针对电传操纵来讲，在其整个系统当中，所传输的仅为计算机与驾驶员的指令信号，无驾驶员的操纵位移及操纵力，因此，无需高强度、大尺寸的杆系。在此情况下，便研发了一种比较轻巧的座舱操纵器，用于取代之前的驾驶杆舵，即侧杆。侧杆通常被安置与驾驶员的右侧，将手柄上施加各方向力的信号，当作操作的指令。选用侧杆操作，优点有二，其一，能够将驾驶员的一手、一脚解脱出来，方便任务的完成；其二，能够大幅减少驾驶舱空间，还能减小机头的尺寸，此点对于军用直升机而言，非常重要。

4.结语

综上，伴随科学技术的不断发展，许多新技术、新理念在航空领域得到广泛应用；直升机作为各种航空器当中的重要构成，得到广泛应用与更新，尤其是在军事领域，更是得到广泛应用。直升机操纵系统技术作为直升机的核心部分，其技术的好坏会对整个直升机飞行安全产生直接影响，因此，需重视此领域的技术提升。

参考文献：

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作者简介：

王一博，1983.09，男，汉，河北邯郸，助理工程师，硕士，直升机机械.