無人機飛行原理——直升機

航模無人機干貨分享

2021年3月31日 15:18

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首先，我們先來看看什么是直升機，利用槳葉的旋轉支承其空中飛行的升力完全依靠一具或多具繞垂直軸旋轉的旋翼向下方排斥氣流所產生的反作用力。

直升機的布局有很多種，在直升機發展初期，沒有哪一種布局的直升機占有主導地位，不同的設計者根據自己的理解和喜好，設計出各種各樣的垂直起降飛行器，比如：共軸、支奴干（串列式），單旋翼尾槳式等等。

但是經過多年的實踐，其他布局的直升機大多失去了熱衷者，唯獨單旋翼尾槳式勢頭未見，一直占據主導地位，成為目前應用最廣的一種直升機。下面我主要講講單旋翼尾槳式直升機的工作原理。

無人機飛行原理——直升機的圖1

主要組成

主要由動力系統，變速箱，主旋翼，尾旋翼，主旋翼總成，尾旋翼總成，傳動機構，執行機構，起落架等組成。

無人機飛行原理——直升機的圖3

旋翼旋轉方向

一般來說，美國的一些直升機喜歡采用俯視逆時針旋翼。法國俄羅斯等多說國家喜歡采用俯視順時針的旋翼。我國直升機中“黑鷹”和直-8是俯視逆時針旋翼，其他機型都是俯視順時針旋翼。從氣動特性來說，兩者都沒有明顯的區別。但是，作為有人機來講，如果采用并列式駕駛艙，并指定左座為機長位置，那么還是采用俯視順時針旋翼更好一些。這主要是在懸停和起降中，飛行員的視線方向與飛行員小臂移動方向一致，操作動作比較自然的緣故。

無人機飛行原理——直升機的圖5

槳葉數量

一般來說，理想的翼型應該既有較好的低速性能，又有較好的高速性能，同時俯仰力矩也要符合要求，還要考慮防顫震等特殊要求，這些要求往往相互矛盾。目前來看，相對厚度比較薄的接近對稱型方案占到上風。

至于旋翼的槳葉片數，目前多數單旋翼帶尾槳無人直升機大多數采用兩片槳葉。

無人機飛行原理——直升機的圖7

尾槳作用

尾槳的作用主要有兩個：

1. 抵消大槳的反扭力

大槳在旋轉的時候會有反扭力，這時需要一個力來平衡大槳的反扭力。

2. 航向操縱

航向操縱是用方向舵操縱尾槳的推力的大小實現航向操縱。當尾旋翼的推力改變時，此力對直升機重心的力矩與旋翼的反作用力矩不再平衡，直升機繞立軸轉動，使航向發生改變。

無人機飛行原理——直升機的圖9

十字盤

十字盤是用于傳遞操作指令實現總距操縱和周期變距操縱的機械機構。自動傾斜器發明于1911年，由于其出現使直升機的復雜操縱得以實現，現已在所有直升機上應用。其構造形式雖有多種，但工作原理基本相同。一般由與操縱線系相連的不旋轉件和與槳葉變距拉桿相連的旋轉件組成。不旋轉件通過軸承與旋轉件相連。

由操縱線系輸入的操縱量，經過不旋轉件轉換成旋轉件的上下移動和傾斜運動，再由旋轉件通過與槳葉變距搖臂相連的槳葉變距拉桿去改變槳葉槳距，使旋翼拉力的大小和方向改變，從而實現直升機的飛行操縱。傾斜盤旋轉件的轉動由與旋翼槳轂相連的扭力臂帶動。傾斜盤在結構上要保證縱向、橫向和總距操縱的獨立性。

無人機飛行原理——直升機的圖11

如何實現上升下降

總距操縱（collective fitch):總距即直升機旋翼的相對水平面的攻角（迎角）。當需要控制直升機上升或者下降時，操作總距桿上移，此時十字盤總體上移，通過十字盤轉動部分連桿的傳遞作用使槳葉的攻角加大，從而控制飛行器的上升（直升機的旋翼通常是以相對固定的轉速工作的，它通過改變旋翼的攻角來改變飛行狀態），反之則下降。

如何實現左右前后移動

周期距操縱（cyclic pitch 橫滾和俯仰）：所謂周期距又稱為循環螺距，是指在直升機旋翼作滾轉或俯仰操作時，旋翼每旋轉一周，旋翼總距的最大變化量。當操縱控制飛機前、后、左、右運動的操作桿時，通過一定的機械結構傳動，最終使十字盤相應地前、后、左、右傾斜，達到控制直升機旋盤相應地前、后、左、右傾斜，從而實現控制飛行器的前后左右運動。