作业帮请教直升机专家:直升机用倾斜盘平衡左右侧升力,那自旋翼机需要倾斜盘解决吗?
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：综合作业 时间：2024/05/20 13:34:12
请教直升机专家:直升机用倾斜盘平衡左右侧升力,那自旋翼机需要倾斜盘解决吗?
不好意思,我是想知道直升机是用什么方法达到平衡左右侧升力的差异的?是周期距还是摆振铰呢?还是两者同时控制?另外,请问自旋翼机会有左右侧升力不一致的情况吗?如果有又是怎么解决的呢?竹蜻蜓为何就能一直上升,没有左右升力不平衡的问题呢?
不好意思,我是想知道直升机是用什么方法达到平衡左右侧升力的差异的?是周期距还是摆振铰呢?还是两者同时控制?另外,请问自旋翼机会有左右侧升力不一致的情况吗?如果有又是怎么解决的呢?竹蜻蜓为何就能一直上升,没有左右升力不平衡的问题呢?
不需要,自旋翼机动力不在上面的旋翼,且有专门的方向舵,所以不需要倾斜盘.
再问： 谢谢!我的提问有点不正确,因为被网上资料误导了.不过我想知道的是:直升机旋翼有左右侧升力不一致的情况,究竟是用周期距控制还是摆振铰控制,还是两者同时控制呢?
再答： 因为字数限制，麻烦你多追问几次吧，我没法一次说完。
首先，说明一下左右升力不均的解决方法。 挥舞铰和摆振铰并不是控制机构，而是自动工作的，所以不存在你所说的用这两者控制的问题。 意大利人Juan de la Cierva 在1923年设计旋翼机时，他发明的挥舞铰解决了困扰直升机旋翼设计的一个重大问题。他的模型旋翼机试飞很成功，但是全尺寸的旋翼机一上天就横滚翻，开始以为是遇到突然的横风，第二架飞机上天同样命运。de la Cierva经过研究，发现模型旋翼机的桨叶是用藤条材料做的，有弹性，而全尺寸旋翼机的桨叶是刚性的钢结构，由此认识到桨叶的挥舞铰的必要性。具体来说，为了补偿左 右的升力不均匀，和减少桨叶的疲劳，桨叶在翼根要采用一个容许桨叶在回转过程中上下挥舞的铰链，这个铰链称为挥舞铰（flapping hinge，也称垂直铰）。桨叶在前行时，升力增加，桨叶自然向上挥舞，由于桨叶在旋转过程中同时上升，桨叶的实际运动方向不再是水平的，而是斜线向上的，桨叶和水平面的夹角（桨距）虽然不因为桨叶向上挥舞而改变，但桨叶和气流的相对运动方向之间的夹角由于这斜线向上的运动而变小，这个夹角才是桨叶真正的迎角，桨叶的迎角在升力作用下下降，降低升力；桨叶在后行时，桨叶的升力不足，自然下垂，边旋转边下降造成桨叶和气流相对运动方向之间的夹角增大，迎角增加，增加升力。 由于离心力使桨叶有自然拉直的趋势，桨叶不会在升力作用下无限升高或降低，机械设计上也采取措施，保证桨叶的挥舞不至于和机体发生碰撞。桨叶在环行过程中，不断升高、降低，翼尖离圆心的距离不断改变，引起科里奥利效应，所以桨叶在水平方向也要前后摇摆，以补偿桨叶上下挥舞所造成的科里奥利效应。摆振铰利用前行时阻力增加，使桨叶自然增加后掠角（即所谓“滞 后”， 因为桨叶在旋转方向上的角速度低于圆心的旋转速度），这也变相增加桨叶在气流方向上剖面的长度，加强了减小迎角的作用；在后行时，阻力减小，阻尼器（相当于弹簧）使桨叶恢复的正常位置（即所谓“领先”，因为桨叶在旋转方向上的角速度高于圆心的旋转速度），当然也加强了增加迎角的作用，所以摆振铰（drag hinge 也称水平铰）也称领先-滞后铰（lead lag hinge）。
再问： 非常感谢!辛苦了!其实你说的我曾也在网上看过,但由于没有系统学习,加上网上资料零乱,所以经常有次是而非的感觉.请问自旋翼机是怎么解决左右升力不平衡的呢?竹蜻蜓存在左右升力不平衡的情况吗?谢谢!
再答： 挥舞铰和摆振铰是旋翼升力均匀的飞行平稳的关键。由于桨叶在旋转中容许上下挥动和前后摆动，这种桨叶称为柔性桨叶（articulated rotor）。除了用机械铰链容许桨叶在环形过程中相对于其他桨叶有一定的挥舞外，桨叶材质也必须具有弹性，这就是为什么直升机停在地面时，桨叶总是“耷拉” 着的原因。但机械铰链磨损大，可靠性不好，德国 MBB（战时着名的梅塞施密特就是 MBB 中的 M）用弹性元件取代了挥舞铰，研制成功无铰桨叶，第一个应用无铰桨叶的是 MBB Bo-105，中国曾进口一批，用于支援海上采油平台。 双叶旋翼是一个特例，桨叶和圆心的桨毂刚性连接，但用一个单一的“跷跷板”铰链同时代替挥舞铰和摆振铰，所以也称为半刚性桨叶（semi- rigid rotor）。跷跷板铰链在一侧桨叶上扬时，将另一侧桨叶自然下压；在一侧桨叶“领先”时，将另一侧桨叶自然“滞后”，既简化了机械设计，又完美地实现了 更复杂的机械设计才能实现的功能。贝尔直升机公司用双叶用出了味道，越战期间漫天蝗虫似的 UH-1 就是双叶，后来的 AH-1 也是。不过“跷跷板”设计只能用于双叶旋翼。双叶旋翼有无可置疑的简洁性和由此而来的成本和可靠性上的优势，但双叶旋翼也只有两片桨叶可以产生升力和推 力，和多叶桨叶相比，就要增加旋翼直径，增加旋翼转速，前者增加总体尺寸和阻力，后者增加噪声。
接着直升机，再说一下竹蜻蜓的问题。 竹蜻蜓就是直升机的鼻祖，直升机在悬停过程中，是没有左右升力不均的问题的，而竹蜻蜓只会向上飞，自然没有这个问题。在有时候，竹蜻蜓受侧风影响，或者放飞的时候就有倾斜，这时竹蜻蜓会出现侧飞移动，这其实类似于周期距控制的结果，此时会有左右升力不均的问题，但是竹蜻蜓转速慢，移动速度慢，重量轻，实际升力差很小，而且竹蜻蜓是双叶旋翼，上面专门说了双叶旋翼的控制问题。竹蜻蜓真是天生丽质，自己就天然地解决了这些问题。
还是超字数了，麻烦再追问一次把···
再问： 太感谢您了!您的耐心回答非常专业,让人敬佩!我希望有您的联系方式,因为财富值不够.我希望能全面而专业的了解直升机和自旋翼机的原理.我觉得网上资料解释得比较笼统,所以我只好自己买来航模琢磨.您能解释一下:您上面解释了直升机前飞时左右升力不平衡的情况,请问它在遇到侧风横风的时候又是怎么解决的呢?还有反扭矩的计算问题等等. 我的QQ:563481485.谢谢!
再答： 我也是网上差的资料现学的，真心不是专业人士。
直升机周期距控制的作用
周期矩控制示意图，注意上旋转斜板和旋翼桨叶的连接，和下旋转斜板受飞行员控制的可调角度。
上旋转斜板紧贴下旋转斜板滑动（或在接触面上安装滚珠，减少摩擦阻力），其倾斜角度由下旋转斜板决定。上旋转斜板随旋翼转动，由于前低后高，连杆和 支点的作用迫使旋翼上升下降，最后按斜板的角度旋转，达到旋翼倾斜旋转。下旋转斜板不随旋翼转动，但倾斜角度可以由飞行员通过机械连杆或液压作动筒控制，以控制旋翼的倾斜角度。下旋转斜板不光可以前低后高，还可以左低右高，或向任意方向偏转。这就是直升机旋翼可以向任意方向倾斜的道理。这个改变旋翼在每个旋转周期内角度的控制称周期距控制，用来控制行进方向。直升机的另一个主要的飞行控制为桨叶的桨距，用来控制升力，这称为总距控制。和固定翼飞机的飞行控制不同，直升机不靠气动翼面实现飞行控制，而是靠这总矩控制和周期距控制 实现飞行控制。
至于反扭矩的问题就比较复杂了，需要相应翼型的阻力系数，还有速度，然后积分什么的，这个需要专业资料。
再问： 谢谢!您很实在!是的,您说的我网上看过不少,不过之前是没有带着问题看,所以留下很多问题.玩航模的时候就产生兴趣了,所以想重新学习.经过您的指导,我明白了很多.我觉得自旋翼机不用尾桨是因为主旋翼转速低,产生的反扭矩小,而不是无动力的原因.因为它能飞是两个桨合力的,主要动力是摧桨,如果主旋翼的转速和直升机一样即使没动力其反扭矩也会很大的.您说呢?
再答： 实在谈不上指导，我也就是把查到的资料根据你的问题筛选一下发上来而已。 自旋翼机确实查不到太多资料，我也只是凭有限的资料和自己的理解来回答的。自旋翼机之所以会自旋究竟是利用了什么呢？应该是气流对不同桨叶的阻力不同，所以气流就是桨叶转动的动力。如果存在反扭矩，那么根据直升机的情况来看，反扭矩由气流对桨叶的阻力产生，而桨叶转动的正扭矩也来自气流的阻力，这是矛盾的，同一个力不能既推又拉，所以自旋翼机没有反扭矩。
再问： 这个问题我觉得很有意思,但是您的意见我需要保留,我想做一个实验来证明它,要在高转速情况下看看结果.就直升机来看专家的分析,其反扭矩产生于桨叶切割气流做正扭矩运动时同时产生的一个大小相等方向反的力,所以它是既能催又能拉的,符合牛顿力学.就象划船,船桨在给船一个前进的力的同时也给它一个大小相等方向相反的力.希望一起学习进步.
再答： 那我换个说法吧，旋翼机的旋翼和机体之间只有升力的作用，没有扭矩的作用，如果有，那就成了直升机了。具体来说，自旋翼机的机体没有力矩推动或阻止旋翼转动（机械运作的阻力不计算在内，多加点润滑油就行了，哈哈），这个应该不难理解，所以两者之间没有力矩作用，自然也就没有反扭矩的问题了。 如果还不能理解，那么我举一个例子，小时候应该玩过纸风车，装在一个小木棍上，拿在手里，跑起来的时候风车会转，但手上之后向后的阻力，没有其他方向的力，这里风车的轴上是无阻力的，风车自由转动。再举一个例子，磨坊的风车应该都知道，风带动叶片，叶片带动齿轮皮带，最终带动磨盘做功，这里风车的轴是有阻力的，阻力来自与齿轮或者皮带，所以在叶片转动时，磨坊对风车有阻碍作用，相对应的是风车对磨坊也有力矩作用。综合上面两个例子，轴系上需要做功的就有反扭矩，轴系上不做功的就没有反扭矩，直升机的发动机恰恰就在轴系上做功，而自旋翼机的轴系上是没有功能转换的，能量直接在叶片上转换了，所以没有反扭矩。这样应该好理解了。 回答你这一系列问题确实是个很好的学习过程，能学到很多知识，也能开拓思维。
再问： 谢谢!我的提问有点不正确,因为被网上资料误导了.不过我想知道的是:直升机旋翼有左右侧升力不一致的情况,究竟是用周期距控制还是摆振铰控制,还是两者同时控制呢?
再答： 因为字数限制，麻烦你多追问几次吧，我没法一次说完。
首先，说明一下左右升力不均的解决方法。 挥舞铰和摆振铰并不是控制机构，而是自动工作的，所以不存在你所说的用这两者控制的问题。 意大利人Juan de la Cierva 在1923年设计旋翼机时，他发明的挥舞铰解决了困扰直升机旋翼设计的一个重大问题。他的模型旋翼机试飞很成功，但是全尺寸的旋翼机一上天就横滚翻，开始以为是遇到突然的横风，第二架飞机上天同样命运。de la Cierva经过研究，发现模型旋翼机的桨叶是用藤条材料做的，有弹性，而全尺寸旋翼机的桨叶是刚性的钢结构，由此认识到桨叶的挥舞铰的必要性。具体来说，为了补偿左 右的升力不均匀，和减少桨叶的疲劳，桨叶在翼根要采用一个容许桨叶在回转过程中上下挥舞的铰链，这个铰链称为挥舞铰（flapping hinge，也称垂直铰）。桨叶在前行时，升力增加，桨叶自然向上挥舞，由于桨叶在旋转过程中同时上升，桨叶的实际运动方向不再是水平的，而是斜线向上的，桨叶和水平面的夹角（桨距）虽然不因为桨叶向上挥舞而改变，但桨叶和气流的相对运动方向之间的夹角由于这斜线向上的运动而变小，这个夹角才是桨叶真正的迎角，桨叶的迎角在升力作用下下降，降低升力；桨叶在后行时，桨叶的升力不足，自然下垂，边旋转边下降造成桨叶和气流相对运动方向之间的夹角增大，迎角增加，增加升力。 由于离心力使桨叶有自然拉直的趋势，桨叶不会在升力作用下无限升高或降低，机械设计上也采取措施，保证桨叶的挥舞不至于和机体发生碰撞。桨叶在环行过程中，不断升高、降低，翼尖离圆心的距离不断改变，引起科里奥利效应，所以桨叶在水平方向也要前后摇摆，以补偿桨叶上下挥舞所造成的科里奥利效应。摆振铰利用前行时阻力增加，使桨叶自然增加后掠角（即所谓“滞 后”， 因为桨叶在旋转方向上的角速度低于圆心的旋转速度），这也变相增加桨叶在气流方向上剖面的长度，加强了减小迎角的作用；在后行时，阻力减小，阻尼器（相当于弹簧）使桨叶恢复的正常位置（即所谓“领先”，因为桨叶在旋转方向上的角速度高于圆心的旋转速度），当然也加强了增加迎角的作用，所以摆振铰（drag hinge 也称水平铰）也称领先-滞后铰（lead lag hinge）。
再问： 非常感谢!辛苦了!其实你说的我曾也在网上看过,但由于没有系统学习,加上网上资料零乱,所以经常有次是而非的感觉.请问自旋翼机是怎么解决左右升力不平衡的呢?竹蜻蜓存在左右升力不平衡的情况吗?谢谢!
再答： 挥舞铰和摆振铰是旋翼升力均匀的飞行平稳的关键。由于桨叶在旋转中容许上下挥动和前后摆动，这种桨叶称为柔性桨叶（articulated rotor）。除了用机械铰链容许桨叶在环形过程中相对于其他桨叶有一定的挥舞外，桨叶材质也必须具有弹性，这就是为什么直升机停在地面时，桨叶总是“耷拉” 着的原因。但机械铰链磨损大，可靠性不好，德国 MBB（战时着名的梅塞施密特就是 MBB 中的 M）用弹性元件取代了挥舞铰，研制成功无铰桨叶，第一个应用无铰桨叶的是 MBB Bo-105，中国曾进口一批，用于支援海上采油平台。 双叶旋翼是一个特例，桨叶和圆心的桨毂刚性连接，但用一个单一的“跷跷板”铰链同时代替挥舞铰和摆振铰，所以也称为半刚性桨叶（semi- rigid rotor）。跷跷板铰链在一侧桨叶上扬时，将另一侧桨叶自然下压；在一侧桨叶“领先”时，将另一侧桨叶自然“滞后”，既简化了机械设计，又完美地实现了 更复杂的机械设计才能实现的功能。贝尔直升机公司用双叶用出了味道，越战期间漫天蝗虫似的 UH-1 就是双叶，后来的 AH-1 也是。不过“跷跷板”设计只能用于双叶旋翼。双叶旋翼有无可置疑的简洁性和由此而来的成本和可靠性上的优势，但双叶旋翼也只有两片桨叶可以产生升力和推 力，和多叶桨叶相比，就要增加旋翼直径，增加旋翼转速，前者增加总体尺寸和阻力，后者增加噪声。
接着直升机，再说一下竹蜻蜓的问题。 竹蜻蜓就是直升机的鼻祖，直升机在悬停过程中，是没有左右升力不均的问题的，而竹蜻蜓只会向上飞，自然没有这个问题。在有时候，竹蜻蜓受侧风影响，或者放飞的时候就有倾斜，这时竹蜻蜓会出现侧飞移动，这其实类似于周期距控制的结果，此时会有左右升力不均的问题，但是竹蜻蜓转速慢，移动速度慢，重量轻，实际升力差很小，而且竹蜻蜓是双叶旋翼，上面专门说了双叶旋翼的控制问题。竹蜻蜓真是天生丽质，自己就天然地解决了这些问题。
还是超字数了，麻烦再追问一次把···
再问： 太感谢您了!您的耐心回答非常专业,让人敬佩!我希望有您的联系方式,因为财富值不够.我希望能全面而专业的了解直升机和自旋翼机的原理.我觉得网上资料解释得比较笼统,所以我只好自己买来航模琢磨.您能解释一下:您上面解释了直升机前飞时左右升力不平衡的情况,请问它在遇到侧风横风的时候又是怎么解决的呢?还有反扭矩的计算问题等等. 我的QQ:563481485.谢谢!
再答： 我也是网上差的资料现学的，真心不是专业人士。
直升机周期距控制的作用
周期矩控制示意图，注意上旋转斜板和旋翼桨叶的连接，和下旋转斜板受飞行员控制的可调角度。 上旋转斜板紧贴下旋转斜板滑动（或在接触面上安装滚珠，减少摩擦阻力），其倾斜角度由下旋转斜板决定。上旋转斜板随旋翼转动，由于前低后高，连杆和 支点的作用迫使旋翼上升下降，最后按斜板的角度旋转，达到旋翼倾斜旋转。下旋转斜板不随旋翼转动，但倾斜角度可以由飞行员通过机械连杆或液压作动筒控制，以控制旋翼的倾斜角度。下旋转斜板不光可以前低后高，还可以左低右高，或向任意方向偏转。这就是直升机旋翼可以向任意方向倾斜的道理。这个改变旋翼在每个旋转周期内角度的控制称周期距控制，用来控制行进方向。直升机的另一个主要的飞行控制为桨叶的桨距，用来控制升力，这称为总距控制。和固定翼飞机的飞行控制不同，直升机不靠气动翼面实现飞行控制，而是靠这总矩控制和周期距控制 实现飞行控制。
至于反扭矩的问题就比较复杂了，需要相应翼型的阻力系数，还有速度，然后积分什么的，这个需要专业资料。
再问： 谢谢!您很实在!是的,您说的我网上看过不少,不过之前是没有带着问题看,所以留下很多问题.玩航模的时候就产生兴趣了,所以想重新学习.经过您的指导,我明白了很多.我觉得自旋翼机不用尾桨是因为主旋翼转速低,产生的反扭矩小,而不是无动力的原因.因为它能飞是两个桨合力的,主要动力是摧桨,如果主旋翼的转速和直升机一样即使没动力其反扭矩也会很大的.您说呢?
再答： 实在谈不上指导，我也就是把查到的资料根据你的问题筛选一下发上来而已。 自旋翼机确实查不到太多资料，我也只是凭有限的资料和自己的理解来回答的。自旋翼机之所以会自旋究竟是利用了什么呢？应该是气流对不同桨叶的阻力不同，所以气流就是桨叶转动的动力。如果存在反扭矩，那么根据直升机的情况来看，反扭矩由气流对桨叶的阻力产生，而桨叶转动的正扭矩也来自气流的阻力，这是矛盾的，同一个力不能既推又拉，所以自旋翼机没有反扭矩。
再问： 这个问题我觉得很有意思,但是您的意见我需要保留,我想做一个实验来证明它,要在高转速情况下看看结果.就直升机来看专家的分析,其反扭矩产生于桨叶切割气流做正扭矩运动时同时产生的一个大小相等方向反的力,所以它是既能催又能拉的,符合牛顿力学.就象划船,船桨在给船一个前进的力的同时也给它一个大小相等方向相反的力.希望一起学习进步.
再答： 那我换个说法吧，旋翼机的旋翼和机体之间只有升力的作用，没有扭矩的作用，如果有，那就成了直升机了。具体来说，自旋翼机的机体没有力矩推动或阻止旋翼转动（机械运作的阻力不计算在内，多加点润滑油就行了，哈哈），这个应该不难理解，所以两者之间没有力矩作用，自然也就没有反扭矩的问题了。 如果还不能理解，那么我举一个例子，小时候应该玩过纸风车，装在一个小木棍上，拿在手里，跑起来的时候风车会转，但手上之后向后的阻力，没有其他方向的力，这里风车的轴上是无阻力的，风车自由转动。再举一个例子，磨坊的风车应该都知道，风带动叶片，叶片带动齿轮皮带，最终带动磨盘做功，这里风车的轴是有阻力的，阻力来自与齿轮或者皮带，所以在叶片转动时，磨坊对风车有阻碍作用，相对应的是风车对磨坊也有力矩作用。综合上面两个例子，轴系上需要做功的就有反扭矩，轴系上不做功的就没有反扭矩，直升机的发动机恰恰就在轴系上做功，而自旋翼机的轴系上是没有功能转换的，能量直接在叶片上转换了，所以没有反扭矩。这样应该好理解了。 回答你这一系列问题确实是个很好的学习过程，能学到很多知识，也能开拓思维。