殷士輝，萬海明，陸永杰

(中國直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001)

0 引言

為了研究直升機氣動解耦設(shè)計方法，采用全機非線性飛行動力學(xué)模型[1-3]進行配平計算，分析某民用直升機，得出總距操縱與縱向、橫向和航向操縱的聯(lián)動比例系數(shù)，與國外設(shè)計結(jié)果具有較好的符合性。

1 直升機氣動解耦設(shè)計思路

在直升機飛行中，主槳槳距、縱(橫)向周期變距和尾槳槳距的變化操縱直升機進行各種飛行，這4種操縱來自兩個方面，包括飛行員駕駛桿行程和操縱系統(tǒng)(或者飛控系統(tǒng))的助力器變化，形成了如圖1的關(guān)系。

由于在大部分飛行狀態(tài)下，為了直升機的穩(wěn)態(tài)飛行，總距操縱的增加或者減少總是會引起縱向、橫向和航向操縱的相應(yīng)變化，如果在操縱系統(tǒng)(或者飛控系統(tǒng))中引入總距與其他三個操縱方向的聯(lián)動關(guān)系，則可以降低飛行員的操作負荷，提高全機飛行品質(zhì)水平。因此，為了確定操縱聯(lián)動關(guān)系，需要全機飛行動力學(xué)模型計算出在各種飛行狀態(tài)下槳葉變距的配平值，分析總距與縱向(橫向)周期變距、尾槳距的變化關(guān)系，研究并確定在主要飛行狀態(tài)下的比例關(guān)系。

圖1 操縱示意圖

某民用直升機在機械操縱系統(tǒng)上具有總距與其他三個方向的操縱聯(lián)動關(guān)系，為研究設(shè)計方法，我們確定了解決氣動解耦的兩個設(shè)計要點：

1) 操縱聯(lián)動關(guān)系確立后的全機操縱范圍能夠滿足所有飛行狀態(tài)要求；

2) 總距與縱向、橫向、航向的操縱聯(lián)動關(guān)系能夠在主要飛行狀態(tài)上降低飛行員操縱負荷。

2 樣例直升機氣動解耦設(shè)計

該直升機的主要飛行狀態(tài)為：從懸停到大速度前飛，在不同速度下的爬升和下降。

采用全機非線性飛行動力學(xué)模型計算出了這些主要狀態(tài)的配平結(jié)果，得到了槳葉變距的變化關(guān)系。在配平計算結(jié)果中，可以形成總距與縱向、橫向和航向之間的操縱關(guān)系，見圖2、圖3和圖4。以總距與尾槳距的操縱關(guān)系為例，配平計算反映了從懸停到大速度、從爬升到下降的整個飛行區(qū)域的操縱關(guān)系，總的來看，在每個速度點上，總距與尾槳距之間都存在較好的線性關(guān)系。

由此可以得到在不同速度點上的操縱聯(lián)動比例關(guān)系，形成圖5、圖6和圖7。確定最終的比例關(guān)系不僅需要考慮減輕飛行員操縱負荷，還需要考慮對全機操縱范圍的影響。

圖2 在主要飛行狀態(tài)下的總距與尾槳距的變化關(guān)系

圖3 在主要飛行狀態(tài)下的總距與縱向周期變距的變化關(guān)系

圖4 在主要飛行狀態(tài)下的總距與橫向周期變距的變化關(guān)系

圖5 總距-尾槳距的操縱聯(lián)動關(guān)系

圖6 總距-縱向周期變距的操縱聯(lián)動關(guān)系

從圖5、圖6和圖7可以看出，在整個速度范圍內(nèi)，總距與其他三個方向的操縱關(guān)系具有一定的離散性。由于該型機的使用特點決定了其常用的飛行狀態(tài)是巡航飛行，因此選取在巡航狀態(tài)的操縱比例關(guān)系將能最大程度地降低飛行員的操縱負荷，同時考慮到具有該比例關(guān)系的操縱范圍需要涵蓋所有的飛行狀態(tài)，最終形成的操縱聯(lián)動比例見表1。

圖7 總距-橫向周期變距的操縱聯(lián)動關(guān)系

按照上述設(shè)計思路和流程，對比計算了增加氣動解耦時駕駛員操縱負荷的降低程度[4]，見圖8。

表1 氣動解耦設(shè)計對比

圖8顯示，帶有氣動解耦后，在前飛過程中，駕駛員在航向、橫向的操縱負荷明顯降低，縱向操縱保持了原有的操縱梯度。在我們計算的其他速度狀態(tài)下，爬升或者下降時航向、縱向和橫向操縱負荷都降低很多，反映出目前設(shè)計的操縱聯(lián)動關(guān)系能夠有效降低駕駛員的操縱負荷，提升全機飛行品質(zhì)。

圖8 帶有操縱聯(lián)動后駕駛員操縱負荷的降低程度

3 結(jié)束語

本文基于直升機飛行動力學(xué)模型和配平結(jié)果，總結(jié)出操縱聯(lián)動關(guān)系的設(shè)計方法，驗證和應(yīng)用結(jié)果表明，該設(shè)計方法達到工程精度，并具有較強的通用性，能夠適用于各類直升機。通過該方法得到的氣動解耦能夠有效降低駕駛員操縱負荷，能夠作為操縱系統(tǒng)或者飛控系統(tǒng)設(shè)計之全機氣動解耦中的重要輸入?yún)?shù)，具有工程應(yīng)用價值。