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遥控直升机控制原理与性能分析.docx遥控直升机控制原理与性能分析2008-07-1607:10:00来源:作者:【大中小】评论:6条从高中时代起,我就开始接触航模这项运动。进了大学后,我有了更多空余时间来搞航模,研究航模。•-次偶然的机会在网上看见高手飞3D直升机的录像,直升机的灵活与刺激深深地吸引了我。于是我开始练****直升机。曾听人说,,最复杂的航模。我开始练****后才深有体会。直升机不但操纵困难,控制原理也比较发杂。那些精细、发杂的结构一直使我困惑不直升机到底是如何实现操纵和控制的?为什么宙虎的飞机和hirobo的飞机操纵感觉不…样?为什么90级的飞机比50级的稳定?是否可以白行改造直升机从而改善它的操纵性能?这些问题我相信不仅仅我有,其他大多数玩直机的人也有。古人说过,''工欲善其事,必先利其器〃。我觉得要想练好直机,好飞机是-•方面,一个对直升机了解与精通的大脑也是必不可少的''器〃。所以我决定利用这几年学到的知识,对直升机做…个稍微深入一点的分析,这对我是一次知识的深化,也希望对同好们能有所帮助。一、话说旋翼头旋翼头是直升机中最神奇,也是最关键的部件。直升机的绝大多数性质,比如稳定性、灵活性,包括所谓操纵感觉,都是由旋翼头决定的。•希拉操纵方式,也就是一对主旋翼,产生升力,同时靠一对小翼控制升力的方向,从而达到控制直升机的目的。我们下血就来细说一-卜贝尔•希拉方式是如何达到操纵直升机的目的的。I、 陀螺效应所谓陀螺效应,就是旋转着的物体具有像陀螺一样的效应。陀螺有两个特点:进动性和定轴性。当高速旋转的陀螺遇到外力时,它的轴的方向是不会随着外力的方向发生改变的,而是轴I韦I绕着一个定点进动。大家如果玩过陀螺就会知道,陀螺在地上旋转时轴会不断地扭动,这就是进动(不考虑章动)。以下是陀螺效应的示意图:dL图一、陀螺效应示意图在上图中,圆盘是陀螺。L是圆盘的角动量,其大小是RxMv或者13。由于在力学中,有,所以M和dL方向相同。这直接导致了(如图)高速转动的陀螺在受到F后,整个陀螺以X轴为转轴转动而不是以Y轴为转轴。这就是神奇的陀螺效应。这种效应一直伴随潸直升机的飞行。例如:要使直升机仰俯,就必须要使直升机左右的升力不平衡而不是使其前后不平衡。基于这种原理我们下面就来解释遥控直升机的所谓贝尔•希拉操纵方式。II、贝尔■希拉操纵方式的初步分析说起贝尔•希拉,同好们映像最深的一定是那对''希拉〃小翼。这是遥控直升机唯一区别于真飞机的地方。那么这对小翼的作用究竟是什么呢?她所带来的好处是什么?下面就听我细细说来。在I中,我们已经看到陀螺效应的基本顷理。在遥控直升机中,主旋翼就是一个大陀螺,它木身具有陀螺效应。当我们改变主旋翼倾角时,。但同时,如果用舵机宜接改变主旋翼的倾佑来控制飞机,问题是很多的。泞先,主旋翼倾佑的改变需要较大的力矩。如果用十字盘直接控制的话,强大的、交变的力矩将会直接作用到舵机上。这样舵机将会受到很大负荷,操纵精度会严重下降。第二,当直升机受到轻微扰动后,由于陀螺的进动性,直升机将不会恢复原来状态,而是绕着垂线方向进动(如图)。图如图,由于重力不通过旋翼头中心,所以造成力矩的产生,从而导致主旋翼发生进动。这个问题是严重的,会直接导致遥控直升机悬停及飞行时无法稳定。基于以上问题,贝尔・希拉操纵方式产生了。操纵过程是这样的:一、初始状态主旋翼平面希拉小翼平面希拉小翼由于空气和高心力作用,和主旋翼平面平行。此时两片主旋翼升力相等,飞行状态不发生变化二、操纵时主旋翼平面0度、180度状态希拉小翼平面主旋翼平面图II90度、270度状态希拉小翼平面上图为同一个视角,主旋翼转动到不同角度时的状态。在图I中,操纵者将十字盘倾斜。希拉小翼就与空气呈10。倾角。由于空气的作用,希拉小翼在图I位置受力。由于陀螺效应,希拉小翼不会在图I位置立即上抬,而是在转过90。后在上图II位置上抬。于是希拉小翼旋转平面与主旋翼平面呈10。夹角并稳定于此。在图II中,我们清晰地看见,由于希拉小翼通过连杆控制肴主旋翼的倾角,所以希拉小翼旋转平面的改变导致了主旋翼与空气产生夹角。从而使主旋翼在图II位置受力。由于陀螺效应,主旋翼不会在图II位置立即上抬,而是在转过90。后在图I位置上抬。从而使得主旋翼平面趋于平行于希拉小翼。至此,遥控直升机主旋翼平面的倾转过程己经分析完毕。我们看到,遥控百升机的倾转总是希拉小翼旋转平而先倾转,主旋翼平而跟上趋于平行的过程。有意思的是,在这一过程中主旋翼操纵的负荷被希拉小翼完全承担。舵机只需承担操纵希拉小翼的负荷。这就有效地化解了一般操纵方式舵机负荷过重的问题。下面再来初步分析希拉小翼对遥控直升飞机稳定性带来的好处。为此,我们来看贝尔・希拉操纵系统的干扰•稳定过程:一、初始状态主旋翼平面希