基础知识 | 直升机自动倾斜器

【来源】 直升机零距离

直升机飞行过程中，驾驶员通过操纵驾驶舱内的总距杆、周期变距杆和脚蹬，经操纵系统后带动桨叶变距，引起旋翼和尾桨的气动力变化，最终实现直升机的各种飞行动作。

那么，从不旋转的操纵杆系到旋转的桨叶是如何实现关联的呢？可以说，自动倾斜器是将驾驶员操纵转化为桨叶变距的“纽带”。

自动倾斜器构成

对于常用的自动倾斜器构型，主要是由不旋转环、旋转环、球铰、滚动轴承、扭力臂、防扭臂等零件组成。

1、内部构造

球铰和滚动轴承是自动倾斜器内部的两个关键零件。

球铰安装在旋翼轴上，当施加总距操纵时，球铰带动自动倾斜器沿旋翼轴上下滑动，使各片桨叶桨距同时增加或减小；当施加周期变距操纵时，自动倾斜器绕球铰倾斜，使各片桨叶桨距周期性变化。

滚动轴承可以说是让旋转和不旋转“泾渭分明”的关键，轴承内圈安装在旋转环上，与旋翼轴一起旋转，外圈与不旋转环装配。滚动轴承将旋转环和不旋转环连为一体，共同升降或倾斜。

2、外部构造

从外部来看，自动倾斜器主要由旋转环、不旋转环以及一些连杆组成。

旋转环通过带动变距拉杆上下运动实现桨叶变距，借助扭力臂被旋翼主轴带动旋转，避免变距拉杆承担旋转方向的载荷。

不旋转环与操纵杆系连接，可上下滑动或倾斜，带动旋转环整体运动，通常还会通过防扭臂与机体结构/减速器连接，防止其转动。

自动倾斜器型式

从不旋转环与操纵杆系的连接方式，以及实现自动倾斜器的运动来看，可以从不同的角度对自动倾斜器型式进行划分。

按结构样式分类，最为常见的是环式自动倾斜器，大多数直升机都采用该样式；也有采用蜘蛛式自动倾斜器的，比如“山猫”直升机，其操纵线系需要在主减速器内通过。

按旋转环和不旋转环操纵节点位置关系分类：根据旋转环操纵节点与不旋转环的操纵节点是否在同一个旋转平面内进行区分（或者说各操纵节点沿旋翼轴方向的高度相同），若不在同一平面内，则会增加总距和周期变距之间的耦合。

按照不旋转环操纵节点布置来看，可分为：1、操纵节点互成90°布置，成180°布置的操纵节点与横向操纵杆相连；2、三个操纵节点互成120°，使得不旋转环受力均匀，但是也增加了纵横向操纵之间的耦合。

自动倾斜器发明者

自动倾斜器最初是由俄国人尤里耶夫（Boris Yuriev，1889-1957）在1911年提出，从根本上解决了直升机的操纵问题。

另外不得不说的是，尤里耶夫也是目前应用最广泛单旋翼带尾桨构型的提出者，但是由于动力、气动设计等方面的原因，其设计的第一架直升机并没有飞起来。

之后，尤里耶夫研制了当时俄国的第一架直升机TsAGI1-EA，采用了在机身头尾均布置桨叶的方式，于1932年创造了飞行高度2000英尺，持续时间14分钟的飞行记录。见下图。

从操纵到响应

1.总距操纵

当施加总距操纵时，总距杆运动经操纵杆系，带动自动倾斜器沿旋翼主轴整体上下平移，各片桨叶的桨距同时增加或减小，气动力变化最终引起直升机的垂向运动。

2.周期变距操纵

用于改变直升机的俯仰和滚转。

驾驶员前推杆时，杆系带动自动倾斜器前倾，前行桨叶桨距减小，后行桨叶桨距增加，气动力变化使得桨盘前倾、旋翼拉力前倾，产生前向力和低头力矩，其他方向操纵也是如此，见下图。

无自动倾斜器直升机

那么，有不需要自动倾斜器的直升机吗？答案是肯定的。获得成功工程应用的就是美国kaman公司的直升机，其利用在桨叶后缘伺服襟翼上产生的气动力，形成对主桨叶变距轴线的气动力矩，最终实现实现桨叶变距。

由于取消了自动倾斜器以及庞大的液压操纵系统，具有较高的重量效率；其次操纵襟翼所需的操纵力矩比常规直升机要小。

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