直升机飞行中的陀螺效应

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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。
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操纵过程
一、初始状态
希拉小翼由于空气和离心力作用,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、外界气流对飞机进行干扰。
当遇到气流时,由于主旋翼的旋转,会导致左、右主旋翼相对于空气的速度不同,从而产生力矩,使飞机偏离平衡位置。
飞机机身及主旋翼平面由于干扰而失去平衡位置。但由于希拉小翼采用
对称翼型,不会受到外界干扰。由于陀螺效应的定轴性,希拉小翼平面保持不变。所以此时主旋翼平面由于与希拉小翼平面有夹角而产生恢复力矩,抵抗外界干扰。这就是贝尔-希拉控制方式的自稳定过程。也正是这个过程,使得遥控直升飞机避免了被干扰后就陷于进动的问题。同时,当直升飞机高速前进时,由于左、右主旋翼相对空气的速度不同,会导致力矩的产生,使飞机抬头的现象也被这种贝尔-希拉控制方式有效抑制,从而有效地提高了遥控直升飞机的可操纵性。值得注意的是,贝
尔-希拉自稳定过程不能抑制过强的干扰。原因是希拉小翼旋转平面保持原来运动状态的同时,由于机身的倾斜,小翼与空气平面会产生夹角,从而破坏小翼原来的运动状态。由于β角的存在,希拉小翼旋转平面会向主旋翼旋转平面方向旋转,最后趋于平行。所以贝尔-希拉的自稳定过程是有限的。还需要其他手段(比如使希拉小翼不太灵敏)来增加稳定性。