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机载设备对直升机技术发展的影响

  直升机机载设备是指在直升机上为保障飞行、完成各种任务的设备和系统的总称。直升机机载设备品种繁多,包括电气、显示和控制、导航、通信及电子对抗故障诊断等。随着现 代直升机技术发展,机载设备的地位越来越重要。机载设备性能的优劣已成为现代直升机先 进与否的重要标志之一,先进的机载设备在提高直升机的使用效能和保证经济性、安全性方面具有不可替代的突出作用。据有关统计资料,80年代中期的民用直升机上,机载设备只占总价的5%;军用直升机上,机载设备占总价的30%一40%。

   随着对民用直升机和军用直升机的性能要求的不断提高和军、民用直升机应用领域的不断拓展,机载设备占全机总价的比例有了显著的增加。目前民用直升机中设备所占的价格比 已达10%左右,而军用直升机,尤其是专用武装直升机、特种部队所装备的直升机机载设备所占价格比已上升至50%左右。美国正在研制的RAH—66轻型侦察攻击直升机,其机载设备所占的价格比已超过60%。

直升机的飞行自动控制系统

  由于直升机有悬停、垂直升降及后飞的功能,其自动飞行控制系统和全向空速系统在技术上较特殊。

  与固定翼飞机相比,作为被控制对象的空中飞行的直升机,运动状态更为复杂。固定翼飞机飞行时可视为六自由度的运动物体。而对直升机而言,还必须考虑旋翼、尾桨的旋转, 直升机一系列特有的飞行状态,如悬停、垂直上升和下降、自转下降等。旋冀旋转时除产生 升力外还产生操纵直升机运动的纵向、侧向力,俯仰、滚转力矩。因此,与固定翼飞机相比,直升机的飞行控制有显著区别。

  旋翼系统产生的操纵载荷不仅数值大,而且变化复杂,因而不能让其通过操纵线系等反 传到驾驶操纵机构上,为此现代直升机特别是大、中型直升机上,均采用不可逆的(无回力)液压助力操纵系统,使载荷在传到驾驶杆上之前分散至机体结构上去。使助力器产生足够大的力来操纵旋翼系统,同时还使旋翼操纵载荷直接传到机体结构,而不致传到驾驶操纵机构上。

液压助力器

  液压助力器是系统中执行助力的附件。利用液压助力器,飞行员只需施加很小的力就可 操纵较大载荷的旋翼系统。由于液压助力器具有体积小、重量轻、快速致动性好,并能产生 出很大的操纵力等优点,因而被广泛采用。一般液压助力器是由以下几个主要机件所组成 (见下图):液压滑阀(伺服阀)、活塞杆、作动筒及输入摇臂机构等。液压滑阀起着 功率放大作用,活塞杆是将液体压力能转换成机械能,输入摇臂机构则起着操纵和反馈作用。

  目前在直升机上采用的液压助力器,构造形式很多,但常见的有装有主、副液压分油滑 阀的单腔液压助力器;装有制动器的双系统供油的液压助力器;装有主、副液压分油滑阀的双压助力器(有的在主液压分油滑阀上带有阻尼活塞)。

  在较小型直升机上只有一套液压系统就能进行满意的操纵,甚至将液压系统关闭或发生 故障时也能飞行。但大的直升机上有双套或更多独立的液压系统来保证时时有一个系统在工作,以确保飞行安全。

配平机构

  驾驶员改变飞行状态,通过驾驶杆借自动倾斜器使桨叶周期变距位置发生变化。如果驾 驶员移动驾驶杆没有力的感觉显然是无法操纵直升机的,杆力大小不同反应就会不同。大多 数直升机上驾驶杆的杆力纵向梯度为0.2—0.7kg/cm,横向杆力梯度相对小一些,均由载荷 感觉弹簧产生。但飞行中如果要长时间保持这一状态,驾驶员就感到疲劳。 为了能在不同的飞行状态下持续飞行而又不使驾驶员感到体力疲劳,就需卸除驾驶杆(包括脚蹬)上的“载荷”。所以一般直升机上为此设置了杆(舵)力配平机构。

  目前直升机上的配平机构有两种类型,即用磁性制动器或用双向传动电动机构,从而达 到卸载作用。配平机构的按钮都装在驾驶杆顶端,飞行中使用非常方便。

直升机自动飞行控制

  一般直升机的操纵力矩较小,操纵响应迟缓,而且直升机操纵时的协调动作多,加上直升机自身稳定性较差,因而使直升机驾驶员工作负担重、易于疲劳,而且也难以掌握直升机 的驾驶技术。为此,越来越多的直升机上设计了自动飞行控制系统,如自动驾驶仪和增稳装置,以减轻飞行员的负荷、改善直升机的稳定性。

  在四五十年代间出现了初期的系统,即利用传感器(姿态角、航向角、高度和加速度等 传感器)的电信号控制液压舵机,舵机按并联或串联方式接入操纵系统,通过自动倾斜器使 桨叶进行周期变距自动稳定来控制俯仰角和倾斜角,通过尾桨变距来稳定和控制航向角,通 过控制总距来稳定和改变飞行高度,还可以用速度信号控制俯仰角来稳定飞行高度。在70 年代功能发展到包括自动悬停、自动过渡飞行、自动载荷稳定、全天候自动飞行及拉降着舰 (直升机在颠簸的舰面上降落时,用舰上钢索挂上并拖拉直升机,使它安全降落)、自动稳定 等。另外,也可以与其他设备交联以提高直升机的战斗性能,如:地形回避、反潜吊放声呐 电缆角自动稳定、反潜搜索时飞行航迹的自动控制等。很多新技术,如射流式系统、增稳系 统、数字式控制系统、电传系统、变稳系统等也先后进行了试验和应用。