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图:直升机导航保障事业。图/手机微信“平岭翔安”

直升机导航基本原理涉及流体力学、导航结构力学、机械系统等多个层面的专业知识。本文展示了感兴趣的盆友对直升机导航一些基本概念的基本掌握。

支撑力的原因

当直升机停在路上时，旋翼的叶片会因为自身的净重而自然松弛。直升机航行时，旋翼不断旋转，空气体穿过桨叶上表层，流管变小，水流速度加快，工作压力降低；当空气体通过叶片下表面时，流管变得越来越粗，水流变慢，工作压力增大。这样，在叶片的上表面层和下表面层之间产生压力差，并且在叶片上产生向上的拉力。这种张力受到许多方面的危害，如叶片与气旋之间的视角，空气体的密度，飞机机翼的尺寸和外观以及叶片与气旋之间的相对运动。叶片的总拉力就是电机转子的拉力。

直升机在航行时，旋翼的叶片会产生一个有一定光滑度的大圆锥体，底部朝上，也就是白色的旋翼圆锥体。电机转子的张力垂直平分电机转子锥体的底部边缘。当向上的拉力超过直升机自重时，直升机会上升，当低于直升机自重时，直升机会下降，同理，直升机会悬停。

根据控制旋翼锥体的前、后、左、右偏转，可以改变旋翼拉力的方向，使直升机向不同方向航行。

“讨厌的”反冲

牛顿第三基本定律告诉我们“两个相互作用的物体之间的相互作用力和反冲力总是大小相等，方向相反，作用在同一条平行线上。”所以直升机驾驶员旋翼旋转时，旋翼一定会对直升机造成反冲力矩。如果只有一个旋翼，不采取其他对策，直升机外壳会不由自主地转动。

因此，设计人员想了很多办法来控制反冲力矩，比如安装两个大小相同、旋转方向相反的电机转子，按照并置、前后竖杆、左右同轴输出、十字型的合理布局来抵消对方的反冲力矩。比如利用主旋翼的射流引射器和下洗气旋之间的优良相互作用来抵消后坐力矩，但很简单的方法就是在末端安装一个垂直旋转的小旋翼，按“拉”或“拉”的说法叫尾桨。除非另有说明，本文中提到的直升机均为单旋翼和尾桨直升机。

根据控制尾桨的“拉力阻力”或“扭力”可以使直升机偏离，然后直升机就可以转弯了。

挥舞着刀片

当电机转子旋转时，它做匀速圆周运动。由于半翘，叶尖的角速度很高，而靠近叶片管理中心的根部角速度很小，甚至基本为零。所以，一片树叶造成的空空气阻力，各地都不一样。在叶片周围造成较大的空空气阻力，而在根部周围仅造成较小的空空气阻力。

此外，直升机在向前运动健身时，旋翼内前桨叶(桨叶转到发动机)的相对气旋速度高于后桨叶(桨叶转到尾舵)，其引起的空空气阻力也高于后桨叶，导致两侧空空气阻力不对称。

如果叶片与轮圈刚性连接，一方面，叶片上不均匀的空空气阻力会使叶片产生明显的扭曲，不仅会加速叶片原料的耗尽，还容易引起振动；另一方面，旋翼两侧的非对称空气动阻力会导致壳体向一侧转动而不平衡。为了更好的处理这个问题，设计师设计了一种连接门扇和轮圈的门铰链装置，即“拍门铰链”。

“拍门铰链”又称“调平比较法”，是在门扇根部设置调平孔轴，根据底脚螺栓与轮辋连接。这种连接让灰刀在一定范围内晃动。那样，叶子在前进健身运动时，由于空空气阻力的增大，自然会向上抖动，其健身运动的具体方位不是水平的，而是向上倾斜的。因为这种健身运动，叶片的比攻角也减小了，空气阻力空减小了。当灰刀向后移动时，提升力不够，当然减小。这种旋转和减少的健身运动促进了叶片的特定攻角和空空气阻力。此外，由于向心力的作用，树叶自然会挺直，因此在升力的作用下，不容易无休止地上升或下降。换句话说，树叶的起伏不是无止境的。此外，设计者还在机械系统上采取了相对的对策，保证树叶不容易因为无休止的起伏而与外壳发生碰撞。

眨眼拼图

虽然摇叶解决了空气阻不对称和原料耗尽的问题，但也产生了新的问题。当叶片向上摆动时，重心与转轴的距离减小，科里奥利力力矩加速了叶片的旋转。叶片放平时，重心与旋转轴的距离会增大，科里奥利力力矩会缓解叶片的旋转。科里奥利力力矩的大小和方向随着叶片的晃动而周期性变化，叶片会在水平方向上来回晃动，以补偿晃动带来的科里奥利效应。如果不加以控制，对叶根的损害会非常大。解决办法是安装一个“拖门铰链”。

“拖门铰链”又称“立门铰链”，是在门扇根部设置一个立轴孔，并按地脚螺栓与轮辋其他结构连接。这种连接可以让叶子在小范围内来回摇摆，从而防止叶子的根部弯曲或疲劳。此外，为了更好地表现出对摩擦阻力门铰链周围叶片的摆振适应运动的减振作用，并保证足够的稳定裕度以避免“路面共振”，一般在摩擦阻力门铰链上安装摆振液压阻尼器，称为摆振液压阻尼器。

由于摩擦阻力门铰链的存在，在叶片向前运动健身时(说白了就是“向后”，因为叶片在旋转方向的角速度小于中心点的转速)，叶片的后掠角肯定是提高的，提高了叶片横截面在旋风方向的积分回路长度，提高了降低俯仰角的实际效果；向后转弯时，阻尼器使叶片恢复到所有正常位置(说白了就是“超前”，因为叶片在旋转方向的角速度高于中心点的旋转速率)，提高了改善攻角的实际效果，所以摩擦阻力门铰链有时也叫超前-滞后门铰链。

可变间距的问题

叶根处还有一个键门铰链装置，即“变距门铰链”，也称“轴径门铰链”。它的作用是使叶片在一定范围内绕其中心线偏移，然后改变其安装角度，进而调节叶片引起的空空气阻力。简单来说就是液压旋转关节，完成叶片的变桨健身运动。

扑翼门铰链、拖曳门铰链和变距门铰链是完成直升机控制和旋翼所有正常工作的重要部件。

其他方式

除了装备全固定旋翼(包括扑翼门铰链、拖曳门铰链和变桨距门铰链)的直升机，有的直升机采用球形聚氨酯弹性体滚动轴承组件完成三个固定组件的功能，即真扑翼门铰链、拖曳门铰链和变桨距门铰链，有的则采用无铰链结构，即取消单独的扑翼门铰链和拖曳门铰链，根据叶根软组件的变形完成摇摆和摆振。

另外，主旋翼只有两片桨叶的直升机一般采用跷跷板式轮圈结构，轮圈与主轴轴承按照水平地脚螺栓结构连接，轮圈可以绕地脚螺栓转动。

操纵系统

如上所述，根据旋翼和尾桨的控制，直升机可以上升、下降、悬停、向前航行、侧向航行和转弯。所以，其实直升机的操纵机构关键是旋翼和尾桨。直升机的关键操纵机构包括驾驶杆(又称周期时变距杆)、全距杆、踏板等。

汽车方向盘

组斜倚杆一般位于驾驶员座椅的左侧，实际上由驾驶员右手操作。它按照控制线与全自动翻转装置连接，由全自动翻转装置控制所有叶片的俯仰角，从而改变叶片的俯仰，进而改变旋翼的空气动阻力。旋转油门踏板，控制一些总距调节杆的摇杆上的组织机构，来调节柴油机油门踏板的大小，使柴油机的功率在电机转子叶片更换后，可以整合成电机转子所需的输出功率；有的全螺距杆集成了发动机排量控制板，可以根据电机转子叶片的螺距变化自动调节柴油机的功率；所以总距杆也叫总距油门踏板杆。

自动调角器是完成转换杆和总距杆实际操作的关键部件，由非旋转环和旋转环两个关键部分组成。非旋转环安装在电机的转子轴上，根据线控系统软件与旋转杆和组合限位杆连接。可以向各个方向歪斜，可以沿电机转子轴垂直移动，但不能旋转。转环按轴承安装在非转环上，按支撑杆与变距门铰链(轴径门铰链)连接。变距门铰链既能随电机转子轴转动，又能沿非转动环歪斜，整体沿转轴左右垂直移动。

控制的完成

驾驶员根据驾驶员对转向杆的水平和垂直控制，使自动倾角控制器的旋转环和非旋转环沿相反方向倾斜。由于转环与桨叶的俯仰铆钉按定长支撑杆连接，全自动翻转装置的倾斜会引起桨叶的俯仰规律性变化，使旋翼的气动力不同，旋翼的锥体会向相反的方向倾斜，旋翼的抗拉力矢量材料的方向也会向相反的方向倾斜，从而达到水平和垂直方向操纵直升机的目的。如果驾驶杆前移保持中立位置，旋翼锥体前倾，直升机低着头前进；向后，旋翼锥体向后倾斜，直升机向后抬头；向左，旋翼锥体偏左，直升机偏左移动；向右，旋翼锥体向右偏斜，直升机向右偏斜移动。

司机实际操作增减组斜拉杆，使自动调角器的转动环和不转动环根据线控系统软件沿电机转子的轴径上下移动。另外，由于转动环按照固定长度的支撑杆与叶片的倾斜铆钉连接，全自动串肉机的左右健身运动会引起叶片的倾斜上升或下降，从而使电机转子的空空气阻力上升或下降。简单来说，当艏冉冉上升时，桨叶桨距和柴油机功率增大，旋翼的空气动阻力增大，直升机增大；低头时，桨叶倾角和柴油机功率减小，旋翼空空气阻力减小，直升机下降。

踏板位于驾驶员座椅的前方和下方，由驾驶员双脚控制，根据线控系统软件与尾桨连接，完成尾桨的俯仰变化，控制尾桨叶片的俯仰，改变尾桨的“拉力阻力”或“扭矩”。尾桨的结构和旋翼类似，但比旋翼简单很多。既没有全自动的歪斜，也没有规则的俯倾变换。一般来说，如果你一直在一侧爬行，直升机发动机会偏向那一侧。

以上是单旋翼和尾桨直升机导航的一些基本概念。《走马观花》的描述难免有不准确和疏漏之处，不作为全部依据，仅供大家理解和参考。促进学习培训，也想报道相关作品。(1
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