陳騰 王付濤 趙健

摘要：機械油門操作系統(tǒng)是直升機動力系統(tǒng)控制領(lǐng)域中的重要組成部分，能夠通過信號接收與傳遞，進行直升機發(fā)動機油門開度的有效調(diào)解，以滿足直升機飛行控制需求。本文以某型直升機機械油門操作系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計目標與內(nèi)容，進行了計算研究，以期直升機機械油門操作系統(tǒng)能夠滿足實際需求。

關(guān)鍵詞：直升機；機械油門操作系統(tǒng)；計算分析

引言：

直升機機械油門操作系統(tǒng)是機械燃調(diào)發(fā)動機應(yīng)用的前提條件，對直升機飛行質(zhì)量、飛行安全與飛行穩(wěn)定存在密切關(guān)聯(lián)性。隨著近些年電調(diào)發(fā)動機的普遍應(yīng)用，關(guān)于機械油門操作系統(tǒng)的研究相對較少，缺乏系統(tǒng)研究資料與經(jīng)驗。因此，為滿足某直升機渦軸發(fā)動機使用要求，需加強理論計算分析，為機械油門操作系統(tǒng)設(shè)計與改造提供信息依據(jù)，豐富同類型之后直升機機械油門操作系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗。

1直升機機械油門操作系統(tǒng)概述

機械油門操作系統(tǒng)與電調(diào)控制系統(tǒng)是當前直升機發(fā)動機油門控制的重要手段。相對于電調(diào)控制系統(tǒng)而言，機械油門操作系統(tǒng)是直升機早期應(yīng)用較為廣泛的控制方式，其控制精度相對較低，且機械結(jié)構(gòu)存在復(fù)雜性特征，但對電能的需求要小，抗電磁干擾能力更強。因此，雖然大多數(shù)直升機已經(jīng)應(yīng)用電調(diào)控制系統(tǒng)進行發(fā)動機油門控制，但也有部分直升機仍應(yīng)用機械油門操作系統(tǒng)進行控制。

直8某直升機則是應(yīng)用機械油門操作系統(tǒng)進行發(fā)動機油門控制。機械油門操作系統(tǒng)包括總距油門操作系統(tǒng)與發(fā)動機油門桿操作系統(tǒng)兩部分。從整體層面來看，直升機機械油門操作系統(tǒng)主要由起動設(shè)備、總距—連接搖臂、發(fā)動機油門桿、總距—油門混合器、連桿、執(zhí)行組織、彈性拉桿、旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置等共同構(gòu)成，如圖1所示。將系統(tǒng)進行分層，大致可分為以下三層：一是，人工地面調(diào)整層，即對油門板尺、發(fā)動機油門搖臂、凸輪結(jié)構(gòu)等進行調(diào)整，以滿足總距—油門曲線設(shè)定需求；二是，飛行員操作層，即由飛行員負責(zé)，對駕駛艙頂棚油門桿以及直升機總距桿進行調(diào)整，以滿足直升機實際需求；三是，直升機自動調(diào)節(jié)層，即依靠旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)實現(xiàn)直升機油門開度的自動化調(diào)整，使其能夠根據(jù)執(zhí)行限定，保證油門開度在可控氛圍內(nèi)[1]。

2某型直升機機械油門操作系統(tǒng)設(shè)計

直8某直升機在升級后，傳統(tǒng)的機械油門操作系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足實際需求。因此，為保證直升機發(fā)動機功率與實際需求功率的相統(tǒng)一，保證直升機分型過程中旋翼轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，避免不爬升、超轉(zhuǎn)等問題的產(chǎn)生，提升直升機應(yīng)用的安全性與可靠性。需進行直升機機械油門操作系統(tǒng)的重新設(shè)計與科學(xué)調(diào)整。

2.1設(shè)計目的

在此直升機機械油門操作系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)整過程中，設(shè)計的主要目的在于保證直升機發(fā)動機功率能夠滿足實際需求功率；改善機械油門操作系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。

2.2設(shè)計思路

要想實現(xiàn)設(shè)計目標，首先應(yīng)對影響因素具有全面與準確的了解，包括環(huán)境溫度、直升機飛行姿態(tài)、直升機飛行氣壓高度等。同時，需準確計算機械油門操作系統(tǒng)各項參數(shù)，實現(xiàn)調(diào)解能力設(shè)計，掌控機械加工誤差、直升機發(fā)動機性能存在的差異等。此外，在系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)整過程中，需做好機械油門操作系統(tǒng)典型狀態(tài)的選擇，并在此基礎(chǔ)上進行計算分析。

由于系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)在發(fā)動機油門調(diào)節(jié)過程中，做伸縮動作，要想實現(xiàn)實際功率需求與發(fā)動機功率的有效匹配，可以執(zhí)行機構(gòu)中立狀態(tài)為基準，確定總距—油門曲線，實現(xiàn)基準油門開度與傳動比的科學(xué)計算。通常情況下，基準油門開度出現(xiàn)誤差時將影響直升機著陸速度；傳動比出現(xiàn)誤差時，將導(dǎo)致大功率狀態(tài)下直升機轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，不利于直升機飛行的穩(wěn)定與安全。直8某直升機可通過改變有門板尺組建的半徑進行傳動比調(diào)整。

由于直8某直升機是利用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)基準油門開度調(diào)節(jié)的，因此當理論計算不準確時，將無法保證發(fā)動機功率滿足實際需求，可通過改變彈性拉桿長度進行基準油門開度調(diào)整。

3某型直升機機械油門操作系統(tǒng)計算分析

根據(jù)上述分析可知，直升機機械油門操作系統(tǒng)計算內(nèi)容主要包括大功率狀態(tài)下的總距—油門關(guān)系、小功率狀態(tài)下的總距—油門關(guān)系、彈性拉桿長度、油門板尺半徑及其調(diào)節(jié)能力、執(zhí)行機構(gòu)調(diào)節(jié)能力等。根據(jù)計算內(nèi)容，為提升計算質(zhì)量與效率，可通過原始數(shù)據(jù)擬合進行計算流程簡化。

公式1：直升機油門開度=-0.000004139x2+0.033603988x+14.385824144（x代表三臺發(fā)動機功率）[2]。該關(guān)系式為直升機油門開度與海平面標況下三體發(fā)動機臺架功率之間存在的關(guān)系。

公式2：油門開度=0.00654x-130.5（x代表發(fā)動機轉(zhuǎn)速，單位為：rpm）。改關(guān)系式為直升機油門開度與發(fā)動機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

根據(jù)設(shè)計思路，在本文計算中存在以下控制條件：（1）計算海平面標況（Hp=0m OAT=15℃）懸停狀態(tài)；（2）操作系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)中立；（3）調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)位于中立位置；（4）小功率狀態(tài)安裝損失與超黃蜂直升機一致；大功率轉(zhuǎn)臺安裝損失為百分之七。

依據(jù)控制條件，根據(jù)公式1可得到y(tǒng)=29.788x2-52.2x+562.67（公式3），確定直升機功率需求。根據(jù)公式3與公式2可得到小功率狀態(tài)下的油門開度為2，即y=-0.0013x2+5.5844x+23318，其中需求公路為512kw，Ng=25836rpm。由于大功率安裝損失為7%，根據(jù)公式3可得到不同總距下發(fā)動機臺架功率，從而得出發(fā)動機油門開度。并根據(jù)DMU分析，確定總距—油門連接搖臂半徑，得到彈性拉桿調(diào)解能力與油門板尺調(diào)節(jié)能力。

結(jié)論：

直升機機械油門操作系統(tǒng)的計算研究是機械油門操作系統(tǒng)設(shè)計與改造過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，對提升機械油門操作系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用質(zhì)量、效果、安全存在重要影。本文通過分析某直升機機械油門操作系統(tǒng)計算問題，為其設(shè)計提供理論支持，并進行實踐指導(dǎo)，提升設(shè)計方案的科學(xué)性與完善性。

參考文獻：

[1]莊培，張翔宇，謝凱，李忠新，蔡紅明.六旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)研究[J].江蘇航空，2018（03）：20-23.

[2]王青松.某型直升機機械油門操作系統(tǒng)的計算分析[J].中國科技信息，2018（14）：22-24+13.

作者簡介：

陳騰，男，漢族，河南長垣，1991年12月，研究方向：航空機械方向（直升機）.

王付濤，男，漢族，山東德州，1991年02月，研究方向：航空機械方向（直升機）.

趙健，男，漢族，山東東營，1988年10月，研究方向：航空機械方向（直升機）.