直升机技术
直升机技术现状及发展趋势分析
直升机技术现状及发展趋势分析摘要：相比较于其他的飞行器，直升机具有自己的优势，它可以做到在空中悬浮停止，而且它对于起飞的要求也很低，不像民航、战斗机，直升机的起飞不需要进行助跑，它可以实现垂直起飞。
正是因为这些特点，直升飞机在日常生活、军事方面都有着不可忽视的作用，它的强度在一定程度上可以代表国家的综合国力。
虽然，直升机研发技术属于高新技术产业，我国对于直升机的创新与研发也投入了大量的财力与人力，但是，我们的直升机技术的发展依旧落后于部分发达国家。
本文针对我国直升机技术的现状进行了细致的分析，在一定程度上掌握了落后的原因并提出了部分建议。
关键词：直升机，技术现状。
发展趋势纵观我国直升机的发展史，我们不难发现，从第一代直升机到第四代直升机，我国的直升机发展技术进步了很多。
在直升飞机的制作工艺、加工材料等方面，我们取得了诸多的提升。
现如今，我国的直升机的技术水平处于一个相对成熟的状态，但是成熟并不意味着先进，由于资金投入和研发力度的因素，我国的直升机技术较国外的发达国家依旧有很大的差距。
对此，我们应该掌握先进的技术，并且借助严谨的设计理念，均衡制作、成本、研发等诸多因素，让我国的直升机技术有进一步的突破。
此外，根据我国的所掌握的直升机技术与发达国家之间的差距，我们也要对我国的直升机技术的发展趋势做出一个合理的分析。
一、发展情况：1.四个周期：根据我国直升机技术的发展情况，我们大致可以将整个时间段分为四个周期，在这四个周期中，我们可以发现我国的直升机技术有着大规模的提升。
第一周期：这个周期代表着我国直升机技术的开始，它主要囊括上世纪三十年代到五十年代中期这个时间段。
在这个时间段，我国直升机的发展处于一个初始的状态，不成熟的技术以及不完善的硬件措施充斥着这个阶段。
回顾这个时期，我们采用活塞式发动机，利用木制的旋翼桨叶制作了早期的飞机。
同现在先进的飞机所比较，它没有复杂智能中控系统，没有新进的合金外壳材料，它有的只是简陋的仪表盘和传统的钢制外壳，这是落后的第一周期，也是充满创新的第一周期。
直升机旋翼技术及发展
二、旋翼的主要动力学问题
2.1.2 旋翼桨叶动特性的计算
桨叶动特性可以采用有限元或其它方法进行计算，并通过试验验证 计算所用原始参数是桨叶的质量、刚度分布，质量刚度计算结果也
要通过试验验证
初 始 值 优 化 结 果
( kg)
一副旋翼是由多片桨叶构成的，在研究旋翼动力学问题时 必须考虑如何描述整个旋翼的运动，这就是整体振型——多片
桨叶同频率同幅值运动时，由于相位不同而形成的运动形态。
集合型
各片桨叶的相位差0或 2 的整数倍
二、旋翼的主要动力学问题
周期型（后退型、前进型）
各片桨叶的相位顺旋转方向 依次递增 2 / k ——后退型 各片桨叶的相位顺旋转方向 依次递减 2 / k ——前进型
摆振基阶模态也可以采取类似的处理方法
1
K I l M I Ω
2
K 、 l 、 M 、 I 分别为绕摆振铰的弹簧刚度、摆振铰外伸量、绕
摆振铰静矩及惯矩。
对纯铰接式： K 0， 1 ( 0 . 2 ~ 0 . 3 ) , l 约为3%~5%
旋翼的质量及气动不平衡产生作用于桨毂中心处的纵向及横向 激振力及力矩，其频率为1 ，从而引起直升机振动（对旋翼无影响）。
旋翼可能的不平衡
1）制造误差产生的各片桨叶对旋翼中心的质量静矩不相等或相
邻两片桨叶之间的夹角不相等，
离心力不平衡。
气动不平衡
2）各片桨叶的气动外形、安装角、扭转变形不相等，
消除措施
统称为基阶模态，它对直升机动力学及飞行力学最为重要。 铰接式旋翼的挥舞基阶模态的固有频率可以表示为：
直升机综合飞行／火力控制技术PPT课件
飞控系统设计要求：
1）增稳； 2）对输入指令良好的响应特性； 3）调整或消除飞机轴间的交叉耦合效应 。
ADS-33
北京航空航天大学
武装直升机IFFC关键技术：飞行控制系统
飞行控制律设计方法： 经典控制系统设计方法： 通常是在直升机整个飞行包线范围内选择几个典型的飞行状态点进行设计，然后 再在整个飞行包线内进行仿真微调控制器参数，控制方法虽然简单，但是却非常 耗时，而且控制器的鲁棒性差，得到的通常是适当胜任的设计而不是最佳设计， 不能保证在以后高性能直升机的设计上是胜任的。特别是，当系统有多个耦合输 入和输出时，用经典控制法来设计其的控制器是非常困难。 现代多变量控制律设计方法： 线性二次调节器设计、多变量模型跟踪方法、H∞设计法、μ综合方法、反馈线 性化设计、模糊控制设计方法、神经网络设计方法等。
北京航空航天大学
综合飞行/火力控制概念的提出
“机动无法攻击” “攻击不能机动”
工作负担大 连续作战能力差
驾驶员
人工瞄准 操纵飞机 武器发射和投放
飞行控制： 有效地跟踪目标的战术 机动，提高自我生存力
战术任务 精度高、攻击有效
确保生存
火力控制： 提供正确命中和摧毁 敌方目标的有效手段
攻击瞄准自动化 提高武器投放精度
• 耦合瞄准：实现了自动机动攻击功能，能极大地减轻驾驶 员射击时的工作负担；
• 发射前/后机动：改善了低速与悬停时火箭弹的发射能力， 增强了机动逃逸性能；
• 武器包线管理：使飞行员驾驶飞机作机动飞行时，能保证 转塔机炮和目标获取系统仍指向目标；
• 反冲补偿：能改善火炮/火箭弹发射时引起的角度暂态响 应，提高瞄准精度。
• 耦合瞄准大大减轻了飞行员工作负担，IFFC模态下，投射火箭弹、固定机枪枪弹与 “毒刺”导弹时，飞行员工作负担分别减少56%、57%、67%。
直升机驾驶技术
直升机驾驶技术前言直升机驾驶技术，是指直升机驾驶员必须掌握的一系列技能和知识，包括驾驶操作技术、空中飞行规律、飞行器机械原理、气象学知识、人机工程学等方面。
只有掌握了这些技能和知识，直升机驾驶员才能安全、准确地驾驶直升机完成各种任务。
本文将就直升机驾驶操作技术进行详细介绍，从起飞、飞行、降落等方面，为广大直升机驾驶员提供参考和指导。
一、起飞1、引擎起动前的准备a)检查直升机机体外部是否有异常情况，如油渍、裂纹等。
b)检查机体内部的仪表、设备是否正常。
c)检查燃油量、机油量、液压油量、冷却剂量等。
必要时要进行加油、加油等操作。
d)检查机身完整性，特别是发动机传动系统的润滑油可靠性。
2、起飞前检查a)检查前起落架上的轮胎、刹车、悬挂支架、摄像机安装等。
同时要检查后起落架上的支架、车轮、悬架等。
b)检查旋转翼系统，包括旋翼、桨叶、液压系统、变频器等。
c)检查尾桨系统，包括尾桨、液压系统、尾桨齿轮箱等。
3、起飞操作a)确认起飞跑道安全，检查是否有障碍物，有无风向标，确认风向和速度。
b)关上机门，锁好带子，调节好座位高度和位置。
c)向机场塔台报告起飞时间和高度，释放前刹车。
d)慢慢地将油门推到最大位置，密切关注发动机和仪器的状态，准备离地。
e)当直升机达到安全离地高度时，抬头，俯仰角度约为5度，保持升力，继续向前飞。
二、飞行1、起飞后的检查a)检查仪表和飞行指示系统的状态和准确性。
b)注意气流、云层和燃油油位的变化，并根据实际情况进行调整。
c)调整合适的速度和高度，以满足飞行任务的要求。
2、飞行安全注意事项a)保持空速和指向角度稳定。
b)注意风速和风向的变化，并进行及时的调整。
c)始终注意雷达和音响警报器的提示。
d)与空中交通控制保持联系，遵守各项规定。
3、降落准备a)收缩下降速度，以保证安全和稳定。
b)注意机场塔台的指示，根据情况进行调整。
c)计算着陆的位置和角度，并准备好前起落架的刹车。
三、降落1、着陆前的检查a)检查前起落架刹车的状态，如果有故障，应及时维修。
直升机空中加油技术纵横谈
直升机空中加油技术纵横谈直升机具有机动性高、敏捷灵巧、隐蔽性好、生存能力强等诸多优点。
这些独特的优点正好符合现代战争中的主动、纵深、灵活和协调等基本要求，直升机已经成为作战力量的兵力倍增器，它不仅可以提供有效且及时的空中支援，而且还使陆军兵种能够在三维空间中作战，因此受到了世界各国的重视。
然而，由于受到飞行特性和技术能力的限制，直升机的航程和载油量太小，无法进行大范围战场机动和长距离奔袭作战。
正因为如此，直升机空中加油技术应运而生，并得到了长足发展。
从实战中诞生而来的直升机加油技术在越南战争时期，美国派出许多直升机飞往敌后营救被越军击落的飞行员，大多数美军飞行员为避免被越南游击队俘虏，跳伞之后都躲在山区，这就给美军直升机带来了难题，装满油料的救援直升机无法在山区上空盘旋，油料过少又不能长时间滞留搜索区。
为了解决这个问题，美国人想到了在空中给直升机加油的主意。
最初，美国利用圈状探管从一架直升机给另一架直升机进行空中加油试验。
试验证明，这种加油方式是可行的，但因直升机本身所携带的油料就极其有限，直升机对直升机加油的效果并不理想。
这促使美国了另辟蹊径，开始尝试使用KB-29M和KC-97型加油机对直升机进行空中加油试验，通过不断地实践和摸索，美军成功地实现了低速固定翼飞机与直升机空中加油技术。
1964年，美国用C-l30“大力神”多用途运输机改装而成的 HC-l30P加油机开始正式为其直升机进行空中加油作业，直升机空中加油时代随即开启，从此。
直升机也将自己珍贵“吻”献给了固定翼飞机。
在随后的越战中，这项技术优势抢眼，逐渐成为美军执行营救任务时一个必不可少的组成部分。
目前，直升机空中加油技术已成为一种重要而有效的空中补给手段，作用明显。
直升机通过空中加油可大大增加留空时间，对其执行预警、反潜、侦查和救援的任务具有极其重要的意义。
越南战争期间，美军用HC-130P加油机对HH-3E直升机进行空中加油，使其空中巡逻时间增加到5个小时，巡逻区域面积提高了1.5倍！1967年5月，两架HH-3E直升机利用空中加油首次完成了从纽约到巴黎的长达5870千米的不着陆横跨大西洋飞行。
高速直升机总体技术方案及关键部件研究
高速直升机总体技术方案及关键部件研究高速直升机总体技术方案及关键部件研究一、引言随着现代航空技术的不断发展，直升机作为一种垂直起降的航空器，具有独特的应用价值和市场需求，但其速度受限于旋翼的物理特性，无法达到固定翼飞机的高速性能。
为了弥补这一缺陷，高速直升机的研究和发展成为当前航空工程领域的热点之一。
本文将介绍高速直升机总体技术方案及关键部件的研究内容。
二、总体技术方案研究1. 刚体旋翼设计高速直升机的旋翼系统是实现高速飞行的关键部件。
传统直升机旋翼受到剧烈的气动负荷和旋翼挥舞角度的限制，难以达到高速飞行的需求。
因此，采用柔性刚体旋翼设计方案是提高直升机高速性能的关键之一。
该方案通过增加旋翼刚度，减小动态变形，提高整体刚度和挥舞控制精度，以达到提高高速飞行性能的目的。
2. 压缩性气动外形设计直升机在高速飞行时会受到较大的气动阻力，而大气动阻力将会限制直升机的速度。
为了减小气动阻力，可以通过对直升机外形的优化设计来降低阻力。
压缩性气动外形设计方案可以通过减小前缘锥度，增大后缘厚度，提高气动外形尖头，并采用流线型设计等手段，有效降低气动阻力，提高直升机的飞行速度。
3. 推进系统研究传统直升机由旋翼提供升力和推进力，而高速直升机则可以通过增加发动机功率和改进推进系统来提高飞行速度。
推进系统研究方案包括改进发动机的喷气效率、增加推力装置的数量和改进推力装置的布局等。
通过这些方案的研究，可以提高高速直升机的推进效率和飞行速度。
三、关键部件研究1. 材料研究高速直升机的关键部件材料需要具备较高的强度和耐腐蚀性，以满足高速飞行的要求。
目前，炭纤维复合材料被广泛应用于直升机的旋翼、机身和推进系统中，以提高整体强度，并减轻结构重量。
2. 旋翼叶片研究直升机的旋翼叶片是直升机飞行性能和操纵性能的关键部件。
为了提高高速直升机的飞行速度，需要研究和设计具有更好气动特性的旋翼叶片。
利用计算机模拟方法对叶片进行优化设计，可以减小气动阻力，增加升力，提高直升机的高速飞行性能。
直升机旋翼技术及发展
直升机旋翼技术及发展
一、直升机旋翼技术
直升机旋翼是一种机械装置，用于运载直升机在空中旋转以产生升力
的设备。
它是由外部旋翼与内部旋翼构成的，外部旋翼提供抵抗空气以及
一定程度的升力，内部旋翼提供空速与升力的控制。
一个完整的旋翼主要
由桨叶、桨根、桨顶、桨底和保护组成，这些部分在旋翼的正中央放置。
桨叶是旋翼的核心，它包括多个翼片，这些翼片可以把空气流动转换
成升力，而这些翼片的大小、形状、材料和弯度都是由设计师决定的。
桨
根是把桨叶固定到旋翼上的部件，它可以改变桨叶的形状和位置，以达到
更好的升力或空速效果。
桨顶是支撑桨叶的支架，它的主要作用是阻止桨
叶被风流击打，防止桨叶受损。
桨底是把桨叶固定到桨根上的结构，它的
主要作用是改变桨叶的弯曲度，以改变旋翼的性能。
最后，保护部件可以
有效地避免桨叶和桨根发生损坏，从而保护旋翼的安全性。
二、直升机旋翼的发展
19世纪时，直升机开始发展，但是当时的旋翼技术还处于萌芽阶段，直升机的旋翼只有简单的桨叶，而且无法满足性能要求。
由于直升机的不
断发展，旋翼技术也开始不断进步。
直升机传动系统和旋翼系统关键技术
直升机传动系统和旋翼系统关键技术直升机是依靠旋翼作为升力和操纵机构的飞行器，其旋翼充当了固定翼飞机的机翼、副翼、升降舵和推进器的作用。
根据反扭矩形式，直升机又可分为单旋翼带尾桨形式，共轴双旋翼，纵列式、横列式及倾转旋翼式。
目前应用比较广泛的是单旋翼带尾桨形式直升机。
直升机的旋转部件多，包括旋翼系统、操纵系统、主减速器、尾减速器、尾桨等部件。
因此，整个直升机是在很多旋转系统及部件的协调运转中工作的。
尤其是大旋翼，在飞行中一般处于非对称气流中，除了旋转运动外，还有挥舞、摆振方面的运动，成为直升机振动的主要来源。
直升机的关键技术主要体现在直升机的旋转部件的设计技术上。
对于固定翼飞机，由于在高速飞行中工作，其机翼、机身、尾翼的气动外形非常重要，影响到飞机的飞行性能和操稳特性。
而对于直升机，其气动特性主要体现在旋翼桨叶的几何特性、翼型、旋翼转速、旋翼实度、桨盘载荷等参数。
由于直升机的速度较低，一般最大速度不超过350km/h，机身的气动外形对飞行性能的影响相对固定翼飞机来说较弱。
因此，有人说直升机气动特性主要是旋翼气动特性。
就直升机本体技术而言，传动系统和旋翼系统是直升机最重要的关键部件，反映了直升机技术的本质和特征。
传动系统直升机的发动机所提供的动力要经过传动系统才能到达旋翼，从而驱动旋翼旋转。
对于一般的直升机来说，其作用是将发动机的功率和转速按一定比例传递到旋翼、尾桨和各附件。
直升机性能在很大程度上取决于传动系统的性能，传动系统性能好坏将直接影响直升机的性能和可靠性。
1 传动系统的结构直升机传动系统的典型构成为“三器两轴”，即：主减速器、尾减速器、中间减速器、动力传动轴和尾传动轴。
现代直升机的发动机多为涡轮轴发动机，其输入转速较高，意大利的A129输入转速最高，为27000r/min，所以要达到旋翼的设计转速必须经过主减速器减速。
减速器的减速比一般比较大，例如美国武装直升机阿帕奇的总传动比为72.4，“黑鹰”直升机的总传动比为81。
直升机安全技术与保障措施
直升机安全技术与保障措施直升机是一种非常重要的交通工具，广泛应用于救援、运输、勘探等多个领域。
然而，直升机的运行本身存在一定的风险，因此需要采取一系列的安全技术和保障措施来确保乘客和机组成员的安全。
首先，直升机的设计和制造需要符合一系列的安全标准。
直升机的结构和零部件需要经过严格的测试和验证，确保其具有足够的强度和耐久性。
同时，直升机需要配备一套完善的控制系统，使飞行员能够精确操纵直升机，在各种飞行状态下都能保持稳定。
其次，直升机的安全技术包括飞行员的培训和飞行操作规范。
飞行员需要接受系统的培训，包括理论知识和实践操作，以熟悉直升机的飞行原理和操作技术。
同时，飞行员需要遵循一系列的安全规程和操作规范，确保飞行过程中的安全。
另外，直升机的保障措施也包括飞行前的检查和维护。
飞行前，机组成员需要对直升机进行全面的检查，确保各个系统和零部件的正常运行。
如果出现任何问题或异常，需要及时进行修复或更换。
同时，直升机的维护也需要按照一定的计划和周期进行，以确保其处于最佳工作状态。
此外，直升机的安全还包括天气状况和飞行路线的选择。
直升机需要根据天气和飞行条件的不同来进行飞行计划的调整，避免在恶劣的天气条件下飞行。
同时，在飞行路线的选择上，需要考虑到地形和障碍物等因素，确保飞行过程中的安全。
最后，直升机的安全还需要社会和行业的监管和管理。
政府和相关机构需要对直升机运营进行监管，并制定相关的法律法规来规范直升机的运行。
同时，直升机运营公司和机场等相关单位也需要建立健全的管理制度和安全体系，确保直升机运营的安全。
综上所述，直升机的安全技术和保障措施包括设计和制造的安全标准、飞行员的培训和飞行操作规范、飞行前的检查和维护、天气状况和飞行路线的选择，以及社会和行业的监管和管理等。
这些措施的实施能够有效地提高直升机运行过程中的安全性，保障乘客和机组成员的生命安全。
(完整版)直升机旋翼技术及发展
1.3 产生的后果
一、引言
交变气 动环境
交变气 动载荷
桨叶弹 性振动
桨叶各自由度 一定条件下 旋翼桨叶的
之间的耦合
动力不稳定
动应力— 旋翼疲劳
直升机振动
旋翼运动与机体 一定条件下 直升机机体的
间的耦合
动力不稳定
地面共振 空中共振 传动系统动力不稳定
一、引言
1.4 旋翼设计的特殊性
旋翼的质量及气动不平衡产生作用于桨毂中心处的纵向及横向
激振力及力矩，其频率为1 ，从而引起直升机振动（对旋翼无影响）。 ➢旋翼可能的不平衡
1）制造误差产生的各片桨叶对旋翼中心的质量静矩不相等或相 邻两片桨叶之间的夹角不相等， 离心力不平衡。
2）各片桨叶的气动外形、安装角、扭转变形不相等， 气动不平衡
二、旋翼的主要动力学问题
2.5 旋翼/动力/传动扭振系统动力学问题
➢扭转共振
由旋翼/动力/传动/尾桨组成的机械扭振系统，在直升机地
面开车及飞行时会有从旋翼桨毂上传递的基频为k的交变扭矩
作用在扭振系统上，当扭振系统的固有频率与激振力频率接近 或重合时，在系统中就会产生过大的交变载荷，以至引起传动 系统结构的疲劳破坏。
1）不对称气流 悬停时 旋翼桨叶上的相对气流呈三角形分布，不随方位角变化 前飞时 旋翼桨叶上的相对气流是前飞速度与旋转速度的合成，
合速度的大小及方向各处都不同 因此，旋翼桨叶上的空气动力
时刻在变化
桨盘上的速度分布
一、引言
2）旋翼桨叶的复杂运动 旋翼不仅旋转、前飞，还有挥舞、摆振、变距运动 挥舞运动 桨叶通过挥舞铰上下挥舞，挥舞相对速度使桨叶剖 面迎角变化——桨叶升力实现动态平衡。 摆振运动 挥舞运动引起桨叶前后方向的交变哥氏力，对桨 根产生很大交变力矩，因而在桨根又设置了摆振铰， 允许桨叶前后摆振——由此引起地面共振。 变距运动 为了改变旋翼拉力的大小和方向，需通过变距铰改变 桨叶桨距，实现对直升机的飞行操纵。 挥舞、摆振、变距运动使桨叶的运动及空气动力更加复杂
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直升机的主要特点
直升机： 旋翼(rotary-wing)： 升力面、操纵面、推进器； 不需跑道，可垂直起降，可悬停。 气动效率较低；飞行速度较低。 可维护较差，寿命较短；载重较小； 经济性差；振动较大，舒适性差； 操纵较难，稳定性差；
飞机： 升力面：机翼； 操纵面：升降舵、方向舵、襟副翼； 推进器： 螺旋桨、喷气发动机； 气动效率较高；需要跑道；飞行速 度大；升限高；寿命较长；载重大， 经济性好；平稳舒适；操纵容易， 稳定性好；
投产日期 特征
第一代 1946～1955 活塞式发动机 木质混合式桨 叶 0.75 <200公里/小时 600小时 0.20 g
第二代 1956～1965 涡轮轴发动机 金属桨叶 0.60 250公里/小时 1200小时 0.15g
第三代 1966～1975 玻璃纤维桨叶 0.55 300公里/小时 >3600小时 0.10 g
各国直升机旋翼转向
尾桨问题
尾桨尺寸限制：尾桨要是太大了，会打到地上； 尾桨的噪声就很大：要提供足够的反扭力，就需要提高转 速，这样，尾桨翼尖速度就大，极端情况下，尾桨翼尖速 度甚至可以超过音速；形成音爆。 尾桨需要安装在尾撑上，尾撑越长，尾桨的力矩越大，反 扭力效果越好，但尾撑的重量也越大。 尾撑内需要安装一根长长的传动轴，这又增加了重量和机 械复杂性。 尾桨是直升机飞行安全的最大挑战，主旋翼失去动力，直 升机还可以自旋着陆；但尾桨一旦失去动力，那直升机就 要打转转，失去控制。 故障率高：在战斗中，直升机因为尾桨受损而坠毁的概率 远远高于因为其他部位被击中的情况。即使不算战损情况， 平时使用中，尾桨对地面人员的危险很大，一不小心，附 近的人员和器材就会被打到。在居民区或林间空地悬停或 起落时，尾桨很容易挂上建筑物、电线、树枝、飞舞物品。
1923 年，Juan de la Cierva 在 设计旋翼机时，无意 中解决了直升机的一个重大问题，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； 1930 年 10 月，意大利人 Corradino D‘Ascanio 设计 的共轴反转双桨直升机是公认的第一架现代意义 上的直升机，在 18 米高度上前飞了 800 多米的距 离； 德国人 Anton Flettner 设计的 FL282 是第一种量产 直升机，在二战中为德国海军生产了近 1,000 架；
中国 竹蜻蜓 2,000 多年 ； 达· 芬奇在 15 世纪设计 直升机草图； 1796 年，英国人 George Cayley 设计了第一 架用发条作动力、能够飞起来的直升机； 1842 年，英国人 W.H. Philips 用蒸气机作动 力，设计了一架只有 9 公斤重的模型直升 机。 1878 年，意大利人 Enrico Forlanini 用蒸气 机制作了一架只有 3.5 公斤重的模型直升机
－旋翼角速度；
操纵灵敏度
操纵灵敏度：
直升机稳定旋转角速度 操纵灵敏度＝ 操纵机构位移或倾角 直升机稳定旋转角速度 操纵力矩 操纵功效 操纵灵敏度＝ ＝ 操纵机构位移或倾角 阻转力矩 角速度阻尼
直升机技术
主讲： 陈
铭
飞行器设计与应用力学系
直升机定义
以旋翼作为主要升力来源，并可垂直起降 的飞行器；
具有一个或两个旋翼，旋翼轴近于铅直， 产生向上的拉力平衡总重；并可通过特殊 机构产生前、后、左、右分力使直升机可 垂直起落、空中悬停，向任一方向灵活飞 行。
腾空而起
直升机方式
（1）需要更大的马力重量比的发动机 （2）旋翼左右不对称的旋转升力面
直升机的平衡
直升机的稳定性
水平安定面产生的俯仰安定力矩
悬停稳定性
直升机稳定性特点
1.与固定翼飞机相比较差，特别在悬停状态， 受到扰动后，纵、横向平衡变化，偏离原 平衡状态出现往返摆动； 2.直升机大速度飞行时，稳定性比悬停好， 但受扰后，仍出现摆动，且消失需一段时 间； 3.直升机在不稳定气流中飞行随时受到扰动， 驾驶员操纵频繁；
a0
1 1
倾转旋翼机飞行操纵功能
V-22直升机和飞机方式的操纵特点
倾转旋翼机的变换过程
飞行特点
飞行包线的比较
旋翼的环境
旋翼气动载荷
旋翼气动载荷
翼型发展
直升机翼型气动特性的对比
最大升力系数
阻力发散马赫数
翼型对旋翼性能的影响
气动载荷分布
气动载荷分布
气动载荷分布
试验和理论比较
气动、强度、平衡和操纵难于左右对称的固 定翼飞机
腾空而起（鸟）
莱特兄弟发明飞机； 需要跑道（草地、缓坡） “正规”的混凝土跑道 起飞 、着陆； 飞机的滑跑速度、重量 和对跑道的冲击， 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 固的长跑道的需求增加
★ 公安：交通巡查、灭火、追捕
★ 特种作业：吊运、吊装、 管线巡查、 空中摄影等
★ 军事： 攻击、反潜攻舰、机降和 运输、战勤
直升机是万用、万岁的飞行器。
伊戈尔. 西科斯基预言： 直升机将如同私人轿车，走进千家万户。
直升机诞生已70年，仍远未普及
世界民用直升机现有量：2.5万架 中国民用直升机现有量：120余架 对比： 世界民用飞机总量：约40万架
CH-47
米-12
一、直升机的发展历史
公元4世纪我国晋代一书《抱朴子》 “竹蜻蜓” 中国陀螺(chinese top) 公元15世纪 意大利 科学家达芬奇 画，最早的直升机设计方案； 本世纪30年代 德国、法国、美国 载人直升机
1923年西班牙人J· 西尔瓦发明铰接式旋翼 1926年英国人H· 葛劳渥发表了旋翼机的一般 理论 1942年，美籍俄人I· 西科斯基（I· Sikorsky） 试飞成功直升机VS---300 里程碑 60年 成批生产了铰接式单旋翼直升机R—4 1946年美国人L· 贝尔（LBell）翘板式单旋翼 直升机贝尔—47获得了美国政府第一次颁 发的直升机适航证
直升机构造特点
桨穀 桨叶 自动倾斜器 尾桨 机身 起落架 传动系统
拉扭式桨穀构造
层压弹性轴承
星形柔性桨穀
离心力的传递
桨穀变距运动
挥舞运动
摆振运动
无轴承旋翼
EC-135
hingeless bearingless
Bo-105 无铰桨叶
Bo-105 桨毂
机身与旋翼气动干扰
机身与旋翼气动干扰
颤振
地面与空中共振
直升机驾驶特点
1. 操纵的滞后性 2.操纵的反复性 3.操纵的协调性
悬停和垂直飞行
1. 悬停 ＝P 需用功率： P 悬停 诱导 P 型阻 地面效应 发动机可用功率
垂直上升
需用功率：
P ＝P 爬升 垂直 诱导 P 型阻 P
自动倾斜器
旋翼拉力作用
直升机飞行原理
桨叶叶素剖面的来流和迎角
旋翼锥体的形成
尾桨的作用和特点
尾桨产生拉力用以克服旋翼的扭矩。
通过改变尾桨拉力实现对直升机的航向操 纵。
某些直升机的尾桨轴与旋翼轴倾斜某一角 度用于提供部分升力和调整直升机的重心 范围。
直升机主旋翼反扭矩
直升机抵消反扭力的方案 最常规的是采用尾桨
垂直下降
需用功率： P ＝P P P 下降 诱导 型阻 下降
涡环状态
前飞状态
平飞时力的平衡 平飞时的需用功率
最大速度、最小速度、经济速度（最大航 时）、有利速度（最大航程）、最大爬升 率、最小下降率； 平飞需用功率随高度变化 动升限 平飞最大速度的限制（激波、气流分离）
金属桨叶
复合材料桨叶
自动倾斜器
尾桨
机身
起落架
传动系统
主减速器
连轴节
离合器
周期变距
吹风挥舞： 当气流左右不对称时引起桨尖平面后倒； 当迎角前后不对称时引起桨尖平面侧倒；
气动输入与挥舞输出相差90度； 自动倾斜器
直升机飞行原理
旋翼产生空气动力 飞行时形成倒锥体；拉力矢量垂直于桨尖 轨迹平面
第四代 1976～ 复合材料新型旋翼 系统 <0.5 近于350公里/小时 近于无限寿命 近于0.05 g
空重/总重 最大飞行速度 旋翼桨叶寿命 全机振动水平
噪音水平
飞行品质（库 珀－哈珀驾驶 员评定等级） 型号举例
110 分贝
4.5 级
100 分贝
3.5 级
90 分贝
3级
小于80分贝
近2级
贝尔47 直－5
挥舞公式推导
用周期函数表示 a a cos b sin d 0 d 对挥舞角求导： b ( , ) arctan 得到： a d 对挥舞角速度求导： d 0 a , ) arctan( ( ) 得到： b 挥舞速度最大与挥舞角最大相差90度
米 8
SA321（超黄蜂）
BO-105 WG-13(山猫)
SA350(松鼠) SA360(海豚) S-70(YUH-60A)
“万用”的直升机
直升机的独特优：
★垂直起落、悬停 ★良好的低速飞行性能 使直升机可广泛应用于 各个领域、各种环境。
★ 救生：海上、失火楼顶、 山区 、抢救伤员
★ 运输： 石油平台、山区、市区、吊运