通往尾桨的三条链路——变矩控制

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• 动力传递到尾桨，只是让它旋转起来；想实现尾桨效力，则需要进行尾桨矩的控制。

• 本文将继续介绍尾桨的第二条链路——变矩控制以及液压助力。直升机的控制系统是确保其安全飞行和执行各种操作的核心部分。

• 直升机从机身到尾桨的控制链路，特别是用于控制尾桨的系统，在平衡飞行稳定性、机动性以及抗外界扰动（如风力）方面发挥着重要作用。

• 尾桨控制链路是直升机操纵系统的关键一环，其功能、组成部分、控制原理和是否需要液压助力在不同机型上有不同的设计和优化。

一、尾桨控制链路的功能

尾桨控制链路的核心要义是改变尾桨叶的桨矩，实现的功能就是是确保反扭矩平衡以及航向控制。

• 反扭距平衡：尾桨主要用来抵消主旋翼产生的反扭矩。由于主旋翼的旋转会产生一个相对方向的反作用力，这个力会使机身旋转，失去稳定性。尾桨通过向相反方向施加推力来平衡主旋翼的反扭矩，从而维持直升机在横向和垂直轴上的稳定。

• 航向控制：此外，尾桨还可以控制直升机的方向（航向），通过改变尾桨推力大小来实现机身的旋转。

二、控制链路组成

尾桨控制链路是直升机操纵系统的一部分，主要由以下几部分组成：

1. 脚蹬板（蹬舵）：

   这是飞行员直接操作的部件，通过蹬动左、右脚蹬板，飞行员可以控制尾桨的偏转角度。

   注意：在安装有刹车系统的直升机上，如果向下踩脚蹬板，则是起到刹车的作用。前后蹬动才是尾桨控制。

2. 机械连杆、摇臂：

   脚踏板通过一系列机械连杆（Control rod）及摇臂（Bellcrank ）将飞行员的动作传递到尾桨控制系统中。

   机械连杆及摇臂的设计通常需要高精度，以确保在复杂的环境下操作时不会出现控制误差。

   Tips：机械连杆链路上，通常有位置定位销，用于在实施维修或者校对工作中精准定位，保持机械控制精度。

3. 尾桨变距机构：

   尾桨的变距机构用来改变尾桨叶片的角度，从而调整产生的推力（拉力）大小。

   这个机构会根据飞行员（计算机）的操作自动调整尾桨叶片的角度，使尾桨输出的反扭矩或推力与主旋翼反作用力平衡，或者产生推力（拉力）操纵直升机转向。

4. 尾桨传动轴：

   这是将发动机的动力传递到尾桨的部分。

5. 液压助力装置：

   液压系统可以减少飞行员操作尾桨时的阻力，尤其是在高负载或剧烈操作时提供辅助控制。

   Tips：《通往尾桨的三条链路》系列文章，并未将液压管路以及电线回路列入其中，原因是其属于附属装置。

三、控制原理及动作

尾桨控制系统的工作原理是将飞行员（计算机）的输入通过脚踏板、机械连杆和液压助力系统传递到尾桨变距机构，从而调整尾桨的叶片角度。具体控制原理如下：

1. 脚蹬板操作：

   飞行员通过蹬动脚蹬板来控制尾桨的角度。如某型直升机，蹬动左脚蹬板时，尾桨叶片的迎角增大，产生更多的反扭矩，使直升机机头向左转动；蹬动右侧脚蹬板时，迎角减小，反扭矩减弱，直升机机头向右转动。

   当然这些动作在自动驾驶模式下，由配平作动筒输出指令。

2. 机械连杆、摇臂传递动作：

   脚踏板的动作通过机械连杆系统传递到尾桨控制系统。连杆系统的设计需要高度精准，以确保飞行员的细微动作能够传递到尾桨上，保证机身航向的精确控制。

3. 尾桨变距调节：

   尾桨的变距机构根据连杆系统传递的命令调整尾桨叶片的角度。叶片的迎角变化直接决定了尾桨推力的大小，进而影响到直升机的航向。

4. 液压助力：

   由于直升机在飞行中受到的气流、反扭矩等外界力影响较大，特别是在高速或高负载情况下，飞行员需要施加较大的力量才能完成对尾桨的精确控制。

   液压系统通过尾桨液压管路助力减轻了飞行员的操作负荷，使操纵变得更加轻松和精确。尤其是中大型直升机，液压系统的助力操作是标配。

5. 反馈与调整：

   现代直升机的尾桨控制系统通常集成了反馈系统，可以监测尾桨的实时状态，并根据机载计算机的指令或飞行控制系统的反馈进行自动调整。这种系统在减少飞行员负担的同时也提高了尾桨控制的精确度和反应速度。

四、液压助力的必要性

2024.1.10

大多数现代直升机的尾桨控制系统都使用液压助力，特别是在中大型直升机中，由于尾桨承受的负荷较大，液压系统能够有效降低飞行员的操作负担。

在小型轻型直升机中，有些机型可能没有液压助力系统，依赖于飞行员直接操作机械连杆，但这需要飞行员具备更高的操作技巧和力量。

液压助力系统的主要优势在于：

1. 减轻操作负荷：液压助力系统可以显著降低飞行员踩踏脚踏板所需的力量，特别是在长时间飞行或复杂飞行状态下，减少飞行员的疲劳。

2. 提高操作精度：通过液压系统的助力，飞行员可以更精确地控制尾桨的叶片角度，从而实现更细腻的航向调整。

3. 快速响应：液压系统的助力能够让尾桨控制系统在飞行中的动态变化（如气流变化、机动飞行）中快速响应，提高操控的敏捷性。

五、典型机型（液压助力）

尾桨液压助力控制的机型示例：

1. AH-64“阿帕奇”攻击直升机：

   作为现代化的攻击直升机，AH-64配备了先进的液压助力控制系统，其尾桨控制系统能够在高速机动飞行中提供稳定的航向控制，特别是在快速转向和避开障碍物时。液压助力系统使飞行员能够在复杂战术环境中轻松操控尾桨，从而保持攻击机的精准性。

2. UH-60“黑鹰”直升机：

   UH-60作为军用多用途直升机，其尾桨控制系统同样依赖液压助力。黑鹰直升机需要在各种飞行任务中进行航向调整，如快速降落、起飞以及在复杂的战术环境中进行机动。液压助力系统帮助其飞行员轻松处理尾桨的复杂操控，在保持机动性的同时提供高度的飞行稳定性。

无液压助力尾桨控制机型示例：

1. H125轻型直升机：

   这款轻型民用直升机依赖于机械连杆系统，而非液压助力系统。尽管如此，由于其重量较轻、操控简单，飞行员可以通过脚踏板直接操作尾桨控制系统进行航向调整。H125的设计使得其在低空巡航和短途运输中具有较高的操控性能。

结语

直升机的尾桨控制链路是其飞行控制系统中的关键组成部分，它通过脚蹬板、机械连杆、变距机构以及可能的液压助力系统来实现对尾桨的精确操控，确保直升机在不同飞行状态下的航向稳定和灵活机动。

液压助力系统的引入为中大型直升机提供了更加轻松、精准的控制体验，而在轻型直升机中，机械连杆系统仍然是一种有效的操控方式。

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