遥控直升机控制原理与性能分析.docx

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遥控直升机控制原理与性能分析

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。

遥控直升机的旋翼头采用贝尔-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。

我们下面就来细说一下贝尔-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，而是轴围绕着一个定点进动。

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：

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R×Mv或者Iω。

由于在力学中，有

，所以

和

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。

这种效应一直伴随着直升机的飞行。

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原理。

在遥控直升机中，主旋翼就是一个大陀螺，它本身具有陀螺效应。

当我们改变主旋翼倾角时，直升机的运动状态就会发生改变。

但同时，如果用舵机直接改变主旋翼的倾角来控制飞机，问题是很多的。

首先，主旋翼倾角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）。