直升机操纵系统间隙测量新方法

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摘 要：由于科学技术的飞速发展，测量直升机间隙系统的测试仪器也更新得越来越快，而且测验时所使用的分析、采取和处理实验数据工具也越来越先进，这一系列的发展与进步就整体提高了测试直升机操纵系统动态与静态的参考系数的水平，但同时也存在缺陷，如直升机操纵系统间隙测量的实验更新的速度与其它的发展节奏还达不到一致的节奏，绝大部分的实验方法都是按照以前旧的测量实验方法等。

关键词：直升机操纵系统 实验过程 实验方法

中图分类号：V249.1 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-067-02

由于难以精确测量直升机操纵系统的间隙这一问题，所以就研究出了一种精确测量直升机操纵系统间隙的新方法，并且分析了这一新方法的测量依据、实验过程以及测量的实验结果。这个新的方法实际上操作起来简单，其实验的测量结果一事先计算的理论数据一般情况下大致符合。而且有一点至关重要，就是直升机操纵系统间隙测量所得的实验结果是否可信与精确不紧直接关系到能否实现完美满意的飞行而且还会严重影响以后飞行需要测量的数据来体现的飞行品质。

所以，相关人员根据某一机型进行了详细的系统间隙测量这一试验，采用了新的测量方法，记录其实验过程，对数据也要进行详细的采集，然后进行分析，形成一套测量研究分析的系统，以后可以按照实际的情况，有所依据的进行测量。使本方法测量得到的实验结果与理论上得到的相符合。但在清楚实验原理，实验过程，和实验分析之前，有一项工作也是很重要的就是清楚直升机的操纵系统构造。以下文章就介绍了直升机的操作系统，以及测量其间隙的原理、实验过程、结果分析等一系列相关问题。

1 直升机操纵系统的构造

直升机的操纵系统构造与固定翼航空器是有很大区别，一般由以下结构组成。

1.1 总距操纵杆

总距操纵杆也称总距杆，用来控制旋翼桨叶总距变化的座舱操纵杆。总距操纵杆一般布置在驾驶员座位左侧，绕支座轴线上、下转动。驾驶员可以左手上提总距杆，使自动倾斜器上升而增大旋翼桨叶总距使旋翼拉力增大，反之拉力减小，这样就可以控制直升机的升降运动。这也是直升机特有的一种操纵结构。这种操纵结构也是有调节发动机油门机构，这种旋转式油门一般都是在总距杆手柄上，控制着发动机输出功率与旋翼桨叶总距离变化后的旋翼需用功率相适应。因此，也称为总距油门杆。由于电传、光传操纵杆技术的快速发展，新型侧杆操纵方式可能取代原来座舱操纵杆，总操纵杆有可能与周期变距操纵杆合并成一个非常简单的侧置操纵杆，从而减轻驾驶员的负担。

1.2 周期变距操纵杆

周期变距操纵杆也称驾驶杆。驾驶杆也就是位于驾驶员座位正前方的操纵杆，与固定翼飞机驾驶杆没多大区别。驾驶员可以前、后（或左、右）操纵周期变距操纵杆，是倾斜盘相应的倾斜，从而使桨叶的桨距每转一次的周期改变，这样就会造成旋翼拉力矢量按相应方向倾斜，即达到控制直升机前、后（或左、右）和俯仰（或翻滚）运动。周期变距操纵杆不同于其他操纵杆必须有结构的独立性，纵向和横向操纵不能干扰。不仅如此，周期变距操纵杆上还可以根据不同要求，装设各种开关、按钮和把手。同样，手操纵杆也会随着座舱操纵机构的更新而移到座位右侧，并可能与总距操纵杆和脚蹬合而为一。

1.3 自动倾斜器

自动倾斜器也称倾斜盘。这是链接旋翼桨叶和总距杆和周期变距杆的结构，它可以把总距杆和周期变距杆的操纵位移转换成旋翼桨叶的总距操纵和周期变距操纵。自动倾斜器发明于1911年，直升机复杂的操纵就依靠这项发明。自动倾斜器其构造形式有很多种，但基本原理都差不多。都是由与操纵线系相连的不旋转件和与桨叶变距拉杆相连的旋转件组成。不旋转件通过径向止推轴承与旋转件相连。可操纵线系输入的操纵量，经过不旋转换成旋转的上下移动和倾斜运动，旋转件通过与桨叶变距摇臂相连的桨叶变距拉杆去改变桨叶桨距，使旋翼拉力大小、方向改变，从而实现直升机的飞行操纵。自动倾斜器和周期变距杆有共同特点，也就是结构上的独立性，分别是横向、纵向和总距操纵。

自动倾斜器不止一种，常见有两种，使用最广是环式自动倾斜器；另一种是蜘蛛式自动倾斜器。

2 直升机操纵系统间隙测量的理论依据

直升机的操纵系统间隙成因复杂，零件加工精度不够及安装工艺存在缺陷两个重要因素。操纵机构可看成纯机械传动装置。由于机构中节点间有间隙存在，导致系统成为非线性环节。

可通过描述函数对操纵系统间隙进行分析，根据已知非线性系统函数，确定正弦输入信号、输出信号。由于输出信号是一个非正弦周期信号函数，其中除了含有基波还有大量的高次基波，所以在函数中，只有将输出信号基波分量近视非线性环节输出。

在函数中主要有正弦信号的振幅，和输出信号基波分量相对输入信号相移之间的关系，同时我们还要画出间隙特性在正弦输入信号作用下输出信号基波分量的波形图。

我们可以根据波形图看出输出信号的基波分量在任意频率范围内相差值为定值，也就是相频特性曲线为直线。倘若给一定值激励信号，即可求解出间隙。从理论上这样可以推导出间隙求解公式。但是实际并非采用这种繁琐方法，而是通过计算机采用凑数法去近似值，这种方法方便，快捷。

3 实验方法及实验过程

像这种实验，在方法上肯定不是一种，其发挥空间大。实验目的在于在实践中验证理论依据的正确性，并且在实验中更加深刻理解理论依据，并且为以后工作积累丰富经验。

由于本实验是研究性实验，该实验是在模拟台上进行。实验中会运用较先进的测试设备和仪器，其中有Dp440动态分析仪、电液信号发生器、高精度非接触式位移传感器、实验夹具。

下面就来分析操纵系统间隙测量实验详细过程。

3.1 系统状态

（1）主、尾桨助力器供压10MPa。

（2）除纵向操纵线系以外，其余操纵线系用中立位置销销住。

（3）断开纵向并联舵机。

（4）驾驶杆初始位置一定要在中立位置。

3.2 测试点改装

（1）将电液信号发生器作动杆与驾驶杆手柄沿纵向链接

（2）在驾驶杆手柄处安装一套非接触式位移传感器。

（3）同样在主桨助力器输入拉杆处安装一套非接触式位移传感器。

在基本操作完成后我们就可以根据实验结果画出相应曲线图，在实验过程中电液信号发生器可以产生预定的正弦信号，同时作动杆带动驾驶杆做周期运动。通过Dp440动态分析仪实时记录驾驶杆及助力器输入拉杆的位移传感器输出信号。我们根据实验结果画出曲线图可以得到相频特性曲线近视一直线，这刚好与理论符合。

我们从实验结果中，可以很清楚看到变量与自变量的关系。我们在杆头施加不同的激励幅值，计算出来间隙值是有区别的。我们在通过分析这些数据，去发现振幅取值范围对间隙值得测量精度有相当大的影响。当然实验过程中肯定存在着误差，这对采集数据、和计算结果带来了困难。这次实验主要误差在于振幅本身存在误差以及叠加的信号噪声，都可以引起实验结果较大的变化。显然，实验误差是难免的，但我们可以尽量减小误差这也可以为我们做实验总结出经验。

本次实验理论依据正确，根据实验结果与理论计算相吻合，自动飞行控制系统的计算与模拟实验验证本次实验结果有效。该方法测量过程简捷、快速、可靠，可广泛应用相关系统测量。现在NI控制卡技术已经非常成熟，有着控制精确、稳定可靠、功能强大等特点。并且在计算机开发网络上有着很大空间。

综上所述，这套控制方案方便、稳定可靠、并且开发周期短等特点，已得到多个单位好评，值得信赖，希望能进一步推广和完善。

参考文献：

[1] 杨送非，王予生，刘云涛，等.直升机操纵系统间隙测量新方法[J].测控技术，2006（03）.

[2] 胡德榕，王予生.直升机操纵系统操作实验研究[J].直升机技术，2005（02）.