无人机结构与系统 第2版 课件. 第11次课1.3.1无人直升机结构组成

1.3无人直升机机结构与飞行原理1.3无人直升机的结构与飞行原理飞行原理1.3.2结构组成1.3.1飞行控制方式1.3.31.3无人直升机的结构及飞行原理1.3.1结构组成无人直升机主要由主旋翼、尾浆、起落架、机身、传动装置、动力装置等构成，如图1-15所示。1.主旋翼气动布局种类主要由哪些结构组成？1.主旋翼（1）主旋翼结构组成1）桨叶（1）主旋翼结构组成（a）平面形状1）桨叶（1）主旋翼结构组成（b）剖面形状1）桨叶（c）基本参数①旋转平面

是指桨叶旋转时桨尖形成的平面。1）桨叶（c）基本参数②桨叶角

是指桨叶翼弦与旋转平面之间的夹角，也称作变距角或安装角或桨距。1）桨叶（c）基本参数③来流角

是指相对气流与旋转平面之间的夹角。1）桨叶（c）基本参数④迎角

是指桨叶翼弦与相对气流之间的夹角。④迎角

=

-

，当桨距

不变时，来流角

越小，迎角

越大。当来流角

＞0时，

＜

；

=0时，

=

；

＜0时，

＞

；④迎角若来流角不变，可以通过增大桨距来增大迎角。因为迎角

越大，升力就越大。所以，可以通过增大桨距、减少来流角来增加升力，这就是直升机增加升力的主要途径。1）桨叶（c）基本参数⑤相对气流V

是水平气流Vr和垂向气流Vh的合成。⑤相对气流V

当桨距

不变，诱导入流越小，迎角越大，升力也越大。1.关于桨叶的剖面形状说法错误的是（）。A.桨叶的剖面形状称为桨叶翼型。B.桨叶翼型常见的有平凸型、双凸型和非对称型。C.一般用相对厚度、最大厚度位置、相对弯度、最大弯度位置等参数来说明桨叶翼型D.桨叶翼型特有的参数主要有桨叶角（也称作变距角或安装角或桨距）和来流角。

考证题2)桨毂（a）全铰接式2)桨毂（a）全铰接式2)桨毂（a）全铰接式1.主旋翼系统通常全铰接旋翼系统包含三个或者更多个旋翼桨叶。旋翼桨叶可以独立的做挥舞、周期变距、摆振三种运动。典型的铰接式桨毂铰的布置顺序（从里向外）是由挥舞铰、摆振铰到变距铰，20世纪40年代中期，全铰式旋翼系统得到广泛应用。（a）全铰接旋翼系统为何需要这些铰?1.3.1结构组成前行桨的实际桨尖气流速度要叠加直升机向前飞行的速度，后行桨则要减去飞行速度；导致两侧桨叶存在速度差，产生的升力差（速度越快升力差越大，可达到5倍之多）。1.3.1结构组成这一滚转力矩导致直升机失稳进入滚转状态，无法正常飞行；而且周期性的快速应力变化将加速材料疲劳，并产生剧烈振动。，1923年，西班牙工程师胡安·切尔瓦在旋翼和桨毂之间安装了一个机械水平铰链（挥舞铰）、垂直铰链（摆振铰），解决上面问题。1.3.1结构组成1.3.1结构组成早期的旋翼机还留有比较大的机翼和尾翼，俯仰、滚转、偏航等机动都靠传统的副翼和尾舵完成，低速时气动效率低下，响应速度很慢。切尔瓦发明了变距铰，可以直接改变旋翼主轴的倾角，进而改变整个桨盘的升力矢量方向进行俯仰和滚转操纵。1.3.1结构组成1.3.1结构组成2)桨毂（b）半刚体式（b）半刚体旋翼系统这种旋翼形式与铰接式相比，其优点是桨毂构造简单，去掉了摆振铰和减摆器，两片桨叶共同的挥舞铰不负担离心力而只传递拉力及旋翼力矩，万向接头架负荷比较小，没有“地面共振”问题。但是这种旋翼操纵功效和角速度阻尼比较小，稳定性较差。1.3.1结构组成2)桨毂（c）刚体式也叫无铰式桨毂，取消了上述所有的铰，除了周期变距，这种桨毂不再给桨叶提供挥舞和摆振动作。这种设计使操纵反应非常迅速，通常只应用在小型直升机上。

经过长期的理论与试验研究，20世纪60年代末及70年代初刚体（无铰式）旋翼系统进入了实用阶段。这类系统中桨叶不可以做挥舞和摆振动作，但是可以变距。（c）刚体旋翼系统（d）无轴承旋翼系统

无轴承旋翼系统就是取消了挥舞铰、摆振铰和变距铰的旋翼系统，桨叶的挥舞、摆振和变距运动都以桨叶根部的柔性元件来完成，如美国RAH-66科曼奇直升机。1.3.1结构组成1.挥舞运动指的是（）。A.桨叶绕水平铰可以上下活动

B.桨叶绕垂直铰的前后活动C.桨叶绕轴向铰的转动

D.桨叶绕垂直铰的上下活动。

考证题2.摆振运动指的是（）。A.桨叶绕水平铰可以上下活动

B.桨叶绕垂直铰的前后活动C.桨叶绕轴向铰的转动

D.桨叶绕垂直铰的上下活动。

考证题3.变距运动指的是（）。A.桨叶绕水平铰可以上下活动

B.桨叶绕垂直铰的前后活动C.桨叶绕轴向铰的转动

D.桨叶绕垂直铰的上下活动。

考证题3)自动倾斜器（a）固定斜盘不会随着主旋翼传动轴旋转而旋转，但可以沿着主旋翼传动轴上下自由滑动和倾斜运动。3)自动倾斜器（b）旋转斜盘不但会随着主旋翼传动轴旋转而旋转，而且还会随着固定斜盘沿着主旋翼传动轴上下自由滑动和倾斜运动。3)自动倾斜器（c）工作原理总距控制：使自动倾斜器整体向上移动，可以使所有桨叶的桨距同时增加，而且大小相等，升力增加。3)自动倾斜器（c）工作原理周期变距控制：当飞控系统发出指令，使自动倾斜器固定斜盘向某一方向倾斜，旋转斜盘也向同方向倾斜，这个方向桨叶的桨距变小，其余方向桨距变大。3)自动倾斜器2.尾桨大多数单主旋翼直升机需要一个单独的尾桨系统来克服主旋翼旋转产生的扭矩。尾桨的结构形式有跷跷板式、万向接头式、铰接式、无轴承式、“涵道尾桨”式、无尾桨等等。前面4种在学习主旋翼系统时已经介绍，接下来重点介绍涵道尾桨和无尾桨NOTAR。（1）涵道尾桨涵道尾桨将尾桨缩小，“隐藏”在尾撑端部的巨大开孔里（图1-21），相当于给尾桨安上一个罩子，这样大大改善了安全性，不易打到周围的物体，噪音小。涵道尾桨的缺点是重量较大，这个问题随涵道尾桨直径增加而急剧恶化，所以涵道尾桨难以用到大型直升机上。1.3.1结构组成无尾桨用喷气引射和主旋翼下洗气流的有利交互作用形成反扭力，尾撑顶端的直接喷气控制提供更精细的方向控制，但不提供主要的反扭力。NOTAR的噪音比涵道风扇更低，安全性更好。但NOTA同样没有用到大型直升机上的例子。在直升机悬停的时候，保持方向控制所必需的扭矩中Coanda效应提供大约三分之二。（2）无尾桨NOTAR1.3.1结构组成3.起落架

直升机起落架的主要作用是吸收在着陆时由于有垂直速度而带来的能量，减少着陆时撞击引起的过载，以及保证在整个使用过程中不发生“地面共振”。此外，起落架往往还用来使直升机具有在地面运动的能力，减少滑行时由于地面不平而产生的撞击与颠簸。最常见的起落架是滑橇式的，适合在不同类型的表面上起降。一些滑橇式起落架安装了减震器以减少着陆冲击和震动传递到主旋翼。直升机也可以安装浮筒式起落架进行水上作业，或者安装滑雪板式起落架以降落在雪地或者柔软的地面上。1.3.1结构组成3.起落架机轮是另外一种形式的起落架，可以是三点式（前三点式和后三点式）或者是四点式配置。通常为了方便直升机在地面上滑行，机头或者机尾的起落架设计成可以自由旋转的。1.3.1结构组成4.动力和传动装置

典型的无人直升机动力装置主要使用安装在机身上的往复式发动机。发动机可以采用垂直安装或者水平安装方式，通过传动装置将动力传递到垂直的主旋翼和尾翼的传动轴上，如图1-23所示。典型情况下，发动机通过一个主传动机构和皮带或者一个离心式离合器来驱动主旋翼。无人直升机可以采用的另外一种发动机是无刷电机。这种动力装置结构简单、维护方便，适用于大多数的小型无人直升机。1.3.1结构组成1.3.1结构组成5.飞行控制系统

飞行控制系统主要有陀螺仪（飞行姿态感知）、加速计、地磁