直升机飞行控制原理

浅谈直升飞机的飞行原理

作为一种特殊的飞行器，直升机的升力和推力均通过螺旋桨（主旋翼）的旋转获得，这就决定了其动力和操作系统必然与各类固定机翼飞机有所不同。一般固定翼飞机的飞行原理从根本上说是对各部位机翼的状态进行调节，在机身周围制造气压差而完成各类飞行动作，并且其发动机只能提供向前的推力。但直升机的主副螺旋桨（主旋翼与尾旋翼）可在水平和垂直方向上对机身提供动力，这使其不需要普通飞机那样的巨大机翼，二者的区别可以说是显而易见的。

一、直升机飞行的特点

(1) 它能垂直起降，对起降场地要求较低；

(2) 能够在空中悬停。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓下降趋势；

(3) 可以沿任意方向飞行，但飞行速度较低，航程相对来说也较短。

二、关于直升飞机的操纵系统

直升机的操纵系统可分为三大部分：

踏板——在直升机驾驶席的下方通常设有两块踏板，驾驶员可以通过它们对尾螺旋桨的输出功率和桨叶的倾角进行调节，这两项调整能够对机头的水平方向产生影响。

周期变距杆——位于驾驶席的中前方，该手柄的控制对象为主螺旋桨下方自动倾斜器的不动环。不动环可对主螺旋桨的旋转倾角进行调整，决定机身的飞行方向。

总距杆——位于驾驶席的左侧，该手柄的控制

第二章 直升机飞行动力学

2.1 坐标系及运动参量

与固定翼飞机相似，直升机在空中作6个自由度运动，即作为质点的三个线运动：升降运动，前飞与后退运动及左右侧向运动；以及作为刚体的角运动：俯仰运动，偏航运动及滚转运动。为描述直升机自身运动需建立机体坐标系及速度坐标系，为建立直升机相对于地面的运动几何，需建立地面坐标系。

2.1.1 坐标系

1．机体坐标系

机体坐标系（OXYZ）与机体固连，如图2－1所示，原点O为飞机重心，纵轴OX在直升机对称平面内，通过重心，与机身纵轴一致，沿机头方向为正，立轴OZ通过重心，在机身对称平面内与桨毂轴平行，向下为正，横轴OY通过重心O与XOZ平面垂直。若左旋直升机，按左手定则，指向左为正，若右旋直升机则按右手定则，指向右为正。图2－1为右旋直升机的机体轴系。 ?水平面u,p,L??XXE(北)o????X?Y?Yv,q,MYE(东)???w,r,NZZ?ZE(地)图2-1 机体坐标系及与地面坐标系之间关系

2．速度坐标轴系

速度坐标系（OXaYaZa）描述直升机空速相对于机体轴的关系，如图2－2所示，原点

O设在飞机重心，OXa轴与空速向量Vk一致，前飞为正。OZa在直升机

第二章 直升机飞行动力学

2.1 坐标系及运动参量

与固定翼飞机相似，直升机在空中作6个自由度运动，即作为质点的三个线运动：升降运动，前飞与后退运动及左右侧向运动；以及作为刚体的角运动：俯仰运动，偏航运动及滚转运动。为描述直升机自身运动需建立机体坐标系及速度坐标系，为建立直升机相对于地面的运动几何，需建立地面坐标系。

2.1.1 坐标系

1．机体坐标系

机体坐标系（OXYZ）与机体固连，如图2－1所示，原点O为飞机重心，纵轴OX在直升机对称平面内，通过重心，与机身纵轴一致，沿机头方向为正，立轴OZ通过重心，在机身对称平面内与桨毂轴平行，向下为正，横轴OY通过重心O与XOZ平面垂直。若左旋直升机，按左手定则，指向左为正，若右旋直升机则按右手定则，指向右为正。图2－1为右旋直升机的机体轴系。 ?水平面u,p,L??XXE(北)o????X?Y?Yv,q,MYE(东)???w,r,NZZ?ZE(地)图2-1 机体坐标系及与地面坐标系之间关系

2．速度坐标轴系

速度坐标系（OXaYaZa）描述直升机空速相对于机体轴的关系，如图2－2所示，原点

O设在飞机重心，OXa轴与空速向量Vk一致，前飞为正。OZa在直升机

自动侧斜器主要部分为：

（1）旋转环（又称动环）3——它通过变距拉杆（又称小拉杆）8分别于各片桨叶变距铰的摇臂连接，并通过扭力臂（又称拨杆）与旋翼桨相连，旋翼旋转时

则与桨同步旋转。另一面，它通过轴承4与不旋转环2相连接,从而产生相对转动。它与不旋转环可一起升降或倾斜,从而将操纵位移通过变距拉杆8传递给桨

叶变距饺,以改变各片桨叶的安装角(即桨距角)。

（2）不旋转环(又称不动环)2一它通过十字接头或球饺与内层的滑筒相连,两者能一起升降或产生相对倾斜滑筒上还装有纵向5及横向6的操纵摇臂支座,纵、

横向操纵拉杆分别经此与不旋转环相连。纵、横向操纵动作经此使不旋转环连同旋转环一起相对于滑筒向所需方向倾斜,从而周期性改变各片桨叶的安装角.

（3）滑筒一套装在导筒座1上,两者能产生轴向相对滑动,同时滑筒还与总距操纵拉杆7相连.总距操纵动作经此使滑筒连同十字接头,不旋转环、旋转环一起

升降,然后将操纵位移传递给每片桨叶的变距校。

当驾驶员进行总距操纵时(如图4.4匀,例如上提(下压)总距操纵轩2,操纵动作经滑筒、十字接头、不旋转环、旋转环及桨叶变距拉轩传至桨叶变距饺,使各片

桨叶改变同样大小的安装角,从而达到增加(减小)旋翼拉力的目的

“飞霸”遥控直升机安装与调整飞行

初次见到国产的“飞霸”遥控直升机时，给我贸下的印名并不深刻。因为遥控直升机在人们的印象中是航空技术和精密加工的杰作。我国多年前也曾有一些加工水平的企业制造过直升机，但均未批量生产。半年过后听说“飞霸”遥控直升面的制作水平有了很的提高。出于对国产模型器材的偏爱，我也买来一架，想亲身感受一下飞行国产手控直升机的快乐。拿在手上，细细品味。“飞霸”整体工艺虽比不是国外知名品牌的顶级机型，但与进口品牌的普及版相比已不相上下。图1。据悉，生产厂家仍在进行不断的改良和升级。

但是，装好后的初次飞行及是没底。启动发动机很顺利，以过一番初步的调试，开始将油门杆推过中速位置。随着旋翼转速成的提高，模型慢慢地飞了起来。飞得很稳，图2。接下来。“飞霸”前行、后移，左飘、右摆，旋转、急上升 各种基本飞行动作飞地都很稳定。向“飞霸”这样千元左右价位的价位，对我国喜爱遥控直升机飞行的爱好者，特别是新学飞行的爱好者来说科就是福音。但遥控直升机的飞行是一项科技含量较高的综合技能，在做好各项准备工作后，才能逐步地放飞模型。下面就国产“飞震”遥控直升机的组装、调试做一简要分析，供爱好者参考。

一、组装注意事项：

1．各部位紧固螺丝检查

飞过固定翼的爱好者

南京理工大学

硕士学位论文

四旋翼无人直升机飞行控制系统的研究与设计

姓名：何环飞

申请学位级别：硕士

专业：控制理论与控制工程

指导教师：陈庆伟

20090608

摘要

四旋翼无人直升机由于其飞行控制相对容易，安全性也得到了较大的改善，越来越受到研究人员的关注。而四旋翼无人直升机的飞行控制系统是四旋翼无人直升机至关重要的组成部分，它决定了四旋翼无人直升机飞行性能的优劣。

本课题围绕四旋翼无人直升机的自主飞行控制问题，以遥控航模为飞行平台，设计飞行控制系统的总体方案，建立其动力学数学模型；在此基础上，完成了以ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心的飞行控制系统的软硬件设计，包括器件选型、硬件电路设计、模块化软件设计，并做了大量调试工作，基本解决了设计中存在的问题。同时初步研究了四旋翼无人直升机自主飞行控制方案的设计，为以后执行更复杂的任务例如定点飞行、避障和多机协调飞行等打下一定的基础。

建立完善的四旋翼无人直升机飞行控制系统平台，将有助于进一步拓展对四旋翼无人直升机飞行导航、控制算法和控制系统开发等方面的研究，为未来进一步研究开发满足不同条件的新型的多用途无人机打下坚实的基础。

关键词：四旋翼无人直升机，自主飞行；飞行控制系统，数学模型，数字信号处理器

硕士论文

Ａｂｓｔｒａｃ

遥控直升机入门

一、 遥控直升机的种类：

目前RC直升机大致按动力分为四种：二行程甲醇直升机、四行程甲醇直升机、汽油直升机和电动直升机。

1、 二行程甲醇直升机：这是一种以甲醇为燃料的二行程模型发动机为动力的通用性直升机。其发动机安装体积小、重量轻、马力大，是最受欢迎的RC模型发动机。

RC直升机有20级、40级及50－60级（20级发动机约为3.5cc，40发动机约为6.5cc，50发动机约为8cc，60发动机约为10cc）。20级直升机是最小的机种，一般作为初学者使用；现在初学者有向50/90级发展的趋势。

2、 四行程甲醇直升机：是最近几年推出的一种新产品，由于四行程发动机振动较大，选用这种机型的比较少，多为专业选手选用。

3、 汽油直升机：是由汽油作燃料的发动机，多为20cc级的大发动机汽油发动机。汽油发动机与二行程甲醇发动机相比，它转数较低，扭力比较大。所以它要通过齿轮比，设定飞机必要的转速，汽油机的燃料费用比较便宜。汽油直升机自身比较重，缺乏灵活性多为摄影，遥感等做为空中平台使用。

4电动直升机：使用电动机为动力的直升机，近年来随着动力电池改进这种直升机得到了较快的发展。

二、 RC遥控直升机的专门用语 1、 机体方

上空飞行之前要有扎实的左右侧悬停基础，可先进行侧悬停平视高度左右平移并逐渐加快平移速度的练习，这种练习主要是练习控制飞机速度的能力，此种练习要达到既可将飞机加速飞行，也可以以准确的杆量将快速飞行的飞机机速控制住，还能减速将飞机停下来。

初次上空飞行可采取图一的形式，(顺便讲明，直升机在慢速前进时，因直升机机体本身与风相对运动也产生一些升力，所以直升机只比悬停时稍加一点油门，就可以升空慢速跑航线了)逐渐加大距离。返回的路线为原路退回。在逐渐熟悉飞机在高空姿态观察以后可以按图二的航线飞行。在爬升转弯以后可以稍加速。图三解释的是顺时针单旋翼直升机在加速飞行时，因旋翼每旋转一周分顶风、顺风面，会产生一个升力差，速度越大越明显会机体往右倾斜，需压左副翼修正，同样，机体本身有自律安定性，克服反扭力矩的右尾桨舵也显偏大，机头要修左来纠正(现在多数的陀螺带锁头功能，也就很不明显了)。

图一

图二

图三

图四

图五

图六

好了，现在我们可以上天了。图四所画的是直升机标准的转弯航线。开始的时候逐渐压右副翼、右尾桨稍微拉一点升降舵使飞机刚刚能转过弯即可，图中列举了两种过度打尾桨和尾桨舵量不够的情况，需要注意的是开始的时候以慢机速前进，转弯时

篇一：直升机专题2015全球民用直升机发展综述

【直升机专题】2015全球民用直升机发展综述

赵长辉 李文杰 张金／沈飞产品研发部

引语：据通用航空制造商协会（GAMA）统计数据，2015年一季度全球直升机交付量和交付值相较于2014年同期均大幅下降。其中，交付量从230架下降到188架，降幅18.3%。交付值从10亿美元下降到8亿美元，降幅17.9%。而2014年的直升机交付量和交付值相较于2013年分别下降了31.3%和20.3%。

全球民用直升机的交付量和交付价值连续大幅下滑，反映出当前全球民用直升机市场正经历衰退，衰退会持续多久尚无法准确判断，但可以肯定未来几年的市场形势不容乐观。

民用直升机市场状况不佳，一方面，是受世界经济形势大环境的影响，另一方面，民用直升机市场本身也有周期性的波动。此外，2014年国际油价大幅下跌，进而影响了服务近海采油领域的直升机需求。而这一市场在民用直升机市场中占据重要地位，很多传统的重型、中型和轻型直升机，以及全新的超中型直升机均以其作为主要目标市场。如果近海采油直升机产品的订货和交付量大幅下滑的形势持续下去，甚至会改变整个直升机制造业的格局。

另外，作为观察行业发展的晴雨表，2015 Heli-Expo展会上，尽管

发一套最完整的直升机原理（绝对完整，绝对精华）

这是我找到的最完整，最系统介绍直升机的原理及发展史的文章。转到这里，送给论坛里喜欢飞行，向往蓝天的朋友！！

自从莱特兄弟发明飞机以来，人们一直为能够飞翔蓝天而激动不已，同时又受起飞、着落所需的滑跑所困扰。在莱特兄弟时代，飞机只要一片草地或缓坡就可以起飞、着陆。不列颠之战和巴巴罗萨作战中，当时最高性能的“ 喷火

”战斗机和

Me 109

战斗机也只需要一片平整的草地就可以起飞，除了重轰炸机，很少有必须用“正规”的混凝土跑道起飞、着陆的。今天的飞机的性能早已不能为这些飞机所比，但飞机的滑跑速度、重量和对跑道的冲击，使对起飞、着陆的跑道的要求有增无减，连简易跑道也是高速公路等级的。现代战斗机和其他高性能军用飞机对平整、坚固的长跑道的依赖，日益成为现代空军的致命的软肋。为了摆脱这一困境，从航空先驱的时代开始，人们就在孜孜不倦地研制能够象鸟儿一样腾飞的具有垂直/短距起落能力的飞机。 自从人们跳出模仿飞鸟拍翅飞行的谜思之后，依据贝努力原理的空气动力升力就成为除气球和火箭外所有动力飞行器的基本原理。机翼前行时，上下翼面之间的气流速度差造成上下翼面之间的压力差，这就是升力。所谓“机翼前行”，实