无人机飞行原理-第06章 单旋翼无人机构造

单旋翼无人机第6章单旋翼无人机构造1单旋翼无人机2旋翼无人驾驶航空器（unmanned

rotorcraft）：由动力驱动，飞行时凭借一个或多个旋翼提供升力和操纵的，能够垂直起降、自由

悬停的重于空气的无人驾驶航空器。（出自GB/T

38152—2019）无人直升机（unmanned

helicopter）：由遥控设备或自备程序控制装置操纵，飞行时主要凭借一个或多个在基本垂直轴上由动力驱动的旋翼为主要升力和推进力来源，能垂直起降的重于空气的带任务载荷的无人驾驶航空器。（出自GB/T

38152—2019）无人直升机（unmanned

helicopter）：具有一个或两个旋翼，能垂直起降、自由悬停的无人驾驶航空器。（出自GA/T

1411.1—2017）第6章单旋翼无人机构造3√无人直升机（Unmanned

Helicopter，UMH）是一种由动力驱动，机上无人驾驶的航空器，是无人机中的重要一类。这种带旋翼无人机在构造形式上属于旋翼飞行器，在功能上属于垂直起降飞行器，可以由无线电地面遥控飞行或/和自主控制飞行的可垂直起降的飞行器。按照旋翼数量可以将无人直升机分为单旋翼无人机和多旋翼无人机。6.1无人直升机分类4√直升机主要从平衡旋翼反扭矩的方式、驱动旋翼的方式和提供升力与推进力的不同方式来进行结构分类。□直升机按平衡旋翼反扭矩的方式可分为单旋翼带尾桨式、双旋翼式、多旋翼式；□按提供升力与推动力的方式可分为正常式、带翼式、倾转旋翼式、复合式等。6.1无人直升机分类√1、单旋翼直升机□也可以称为单旋翼带尾桨式直升机，旋翼系统为一副旋翼和一副尾桨，旋翼既产生升力又产生推进力，可以使直升机垂直飞行、前飞、后飞和侧飞56.1无人直升机分类√2、双旋翼直升机□双旋翼直升机是用两副机械驱动式旋翼产生升力的直升机。两副旋翼尺寸相同而旋转方向相反，其反扭矩互相平衡，因而不需要安装尾桨。□这种形式又可分为共轴式双旋翼直升机、纵列式双旋翼直升机、横列式双旋翼直升机和横列交叉式双旋翼直升机。66.2直升机的组成√直升机的组成76.2直升机的组成8√旋翼和尾桨□直升机的旋翼系统是直升机最关键的部件，包含着多片桨叶，可以形象地认为是旋转的机翼。□主旋翼与尾旋翼都属于旋翼系统，主旋翼产生的旋翼拉力主要是克服直升机重力，而尾旋翼产生的拉力主要是为了改变直升机航向。□为了简单明了，也可以将主旋翼称为旋翼，将尾旋翼称为尾桨。□旋翼和尾桨由数片桨叶和桨毂构成，形状像细长机翼的桨叶连接在桨毂上。6.2直升机的组成□直升机在空中飞行，升力、前进推力和操纵力都由旋翼产生；而固定翼飞机的升力主要是靠安装在飞机机身的机翼产生的，而前进拉力则靠另外的螺旋桨或喷气式发动机产生。所以，直升机的旋翼既起到飞机机翼的作用，又起到螺旋桨（或喷气式发动机）的作用，此外还起到副翼、升降舵和方向舵的作用。旋翼既是升力面又是操纵面，这使得直升机旋翼比固定翼飞机的机翼结构复杂。96.2直升机的组成√最早的旋翼桨毂根据它的结构设计，主要分为全铰式桨毂、半刚性跷跷板式桨毂和刚性桨毂三类。目前无人直升机见到最多的旋翼是全铰式旋翼和半刚性跷跷板式旋翼。106.2直升机的组成11√全铰式旋翼桨毂包含有轴向铰、垂直铰和水平铰，三个铰链的作用分别如下：□轴向铰的作用是当操纵旋翼桨叶绕轴向铰转动时，旋翼的桨距发生变化，从而改变旋翼的拉力，因此轴向铰又称变距铰。□垂直铰的功用是消除桨叶在旋转面内的摆动（摆振）引起的旋翼桨叶根部弯曲，垂直铰又称摆振铰。为了防止旋翼桨叶摆振，一般在垂直铰处设置减摆器而起阻尼作用，因此垂直铰又称阻尼铰。设置垂直铰的另外一个作用就是减小旋翼结构尺寸。□水平铰的作用是让旋翼桨叶上下挥舞，消除或减小飞行中在旋翼上出现的左右倾覆力矩，因此水平铰又称挥舞铰。6.2直升机的组成□全铰式旋翼的特点是，挥舞铰可以使旋翼倾斜而不需要使旋翼主轴倾斜；挥舞铰可以减小因阵风引起的反应，通过单独的桨叶挥舞，而不会将影响传递到机身上；挥舞铰和摆振铰可以释放旋翼安装处的弯曲应力和载荷，尤其在中速到高速前飞过程中，挥舞铰和摆振铰提高了直升机的稳定性。单独的桨叶挥舞会产生科里奥利斯效应，故需要安装摆振铰。126.2直升机的组成√桨叶□旋翼桨叶一般会采用新材料、改进桨叶形状和新翼型来提高其性能，一般采用矩形桨叶、梯形桨叶、混合梯形桨叶和桨尖后掠桨叶等。□桨叶平面形状主要由空气动力学性能决定，一般低速桨叶适宜采用前三种构型，而高速桨叶采用桨尖后掠的构型。136.2直升机的组成14√稳定杆□有些直升机的旋翼系统包含稳定杆（Stabilizer

Bar），也称为平衡杆或飞杆（Flybar），主要是为旋翼桨毂提供内在稳定性。□稳定杆有3种不同形式（贝尔式、希勒式、贝尔-希勒式），分别称之为贝尔稳定系统、希勒稳定系统和贝尔-希勒系统。□贝尔稳定系统是通过安装阻尼器减小外力的影响，后来发展为采用小桨代替阻尼器和配重，称之为希勒稳定系统。目前，将考虑前两种稳定系统的优点设计为贝尔-希勒稳定系统。6.2直升机的组成□（1）贝尔稳定系统（Bell

control

system）这是最简单的飞杆形式，飞杆两端各有配重，垂直于旋翼桨叶安装，并通过机械摇杆连接到斜盘和桨叶连杆上。由于飞杆的控制作用限制了周期变距的控制权限，所以将飞杆称为平衡杆156.2直升机的组成□（2）希勒稳定系统（Hiller

control

system）希勒控制系统是通过飞杆实现周期变距。当小桨的桨距改变时，飞杆旋转到主旋翼旋转平面不同的旋转平面上，然后周期性改变旋翼桨叶的桨距，最后导致旋翼旋转平面与飞杆旋转平面平行。166.2直升机的组成□（3）贝尔-希勒稳定系统（Bell-Hiller

control

system）贝尔-希勒稳定系统具备了贝尔稳定系统的快速响应和希勒稳定系统的周期变距优先权的优点。贝尔-希勒稳定系统连接着飞杆、斜盘和桨叶连杆，有助于稳定和控制旋翼。176.2直升机的组成18√旋翼的作用：□（1）旋翼总空气动力矢量分力产生向上的升力，用以克服直升机的重力，类似固

定翼飞机机翼的作用。直升机不仅可以飞得很慢，而且可以在空中悬停和垂直起降。即使直升机的发动机空中停车，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓直升机下降趋势，保证安全着陆。□（2）另一分力产生向前的水平分力克服空气阻力，类似固定翼飞机上推进器的作用（如螺旋桨或喷气发动机）。□（3）产生其他分力及力矩对直升机进行控制或机动飞行，类似飞机上各操纵面的作用。6.2直升机的组成√尾桨□对于单旋翼带尾桨布局的直升机，这个反作用力矩主要是通过尾桨来平衡的。□尾桨是安装在直升机尾端的小旋翼，旋翼产生侧力来平衡旋翼旋转时产生的反作用力矩。旋转的尾桨相当于一个垂直安定面，能起到稳定直升机航向的作用。为了简化尾桨桨毂的构造，尾桨一般不设垂直铰，只能进行总距操纵，改变尾桨桨叶的安装角，可改变侧力，实现方向操纵。196.3涉及的基本概念√桨叶工作状态参数□桨叶安装角和桨距（Blade

Angle）□桨叶迎角（Angle

of

Attack，AoA）□入流角（Inflow

angle）206.3涉及的基本概念√旋翼工作状态参数□