某型直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)的計(jì)算研究

陳騰 王付濤 趙健

摘要：機(jī)械油門操作系統(tǒng)是直升機(jī)動力系統(tǒng)控制領(lǐng)域中的重要組成部分，能夠通過信號接收與傳遞，進(jìn)行直升機(jī)發(fā)動機(jī)油門開度的有效調(diào)解，以滿足直升機(jī)飛行控制需求。本文以某型直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)為研究對象，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)與內(nèi)容，進(jìn)行了計(jì)算研究，以期直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際需求。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；機(jī)械油門操作系統(tǒng)；計(jì)算分析

引言：

直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)是機(jī)械燃調(diào)發(fā)動機(jī)應(yīng)用的前提條件，對直升機(jī)飛行質(zhì)量、飛行安全與飛行穩(wěn)定存在密切關(guān)聯(lián)性。隨著近些年電調(diào)發(fā)動機(jī)的普遍應(yīng)用，關(guān)于機(jī)械油門操作系統(tǒng)的研究相對較少，缺乏系統(tǒng)研究資料與經(jīng)驗(yàn)。因此，為滿足某直升機(jī)渦軸發(fā)動機(jī)使用要求，需加強(qiáng)理論計(jì)算分析，為機(jī)械油門操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改造提供信息依據(jù)，豐富同類型之后直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

1直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)概述

機(jī)械油門操作系統(tǒng)與電調(diào)控制系統(tǒng)是當(dāng)前直升機(jī)發(fā)動機(jī)油門控制的重要手段。相對于電調(diào)控制系統(tǒng)而言，機(jī)械油門操作系統(tǒng)是直升機(jī)早期應(yīng)用較為廣泛的控制方式，其控制精度相對較低，且機(jī)械結(jié)構(gòu)存在復(fù)雜性特征，但對電能的需求要小，抗電磁干擾能力更強(qiáng)。因此，雖然大多數(shù)直升機(jī)已經(jīng)應(yīng)用電調(diào)控制系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)動機(jī)油門控制，但也有部分直升機(jī)仍應(yīng)用機(jī)械油門操作系統(tǒng)進(jìn)行控制。

直8某直升機(jī)則是應(yīng)用機(jī)械油門操作系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)動機(jī)油門控制。機(jī)械油門操作系統(tǒng)包括總距油門操作系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)油門桿操作系統(tǒng)兩部分。從整體層面來看，直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)主要由起動設(shè)備、總距—連接搖臂、發(fā)動機(jī)油門桿、總距—油門混合器、連桿、執(zhí)行組織、彈性拉桿、旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置等共同構(gòu)成，如圖1所示。將系統(tǒng)進(jìn)行分層，大致可分為以下三層：一是，人工地面調(diào)整層，即對油門板尺、發(fā)動機(jī)油門搖臂、凸輪結(jié)構(gòu)等進(jìn)行調(diào)整，以滿足總距—油門曲線設(shè)定需求；二是，飛行員操作層，即由飛行員負(fù)責(zé)，對駕駛艙頂棚油門桿以及直升機(jī)總距桿進(jìn)行調(diào)整，以滿足直升機(jī)實(shí)際需求；三是，直升機(jī)自動調(diào)節(jié)層，即依靠旋翼轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)油門開度的自動化調(diào)整，使其能夠根據(jù)執(zhí)行限定，保證油門開度在可控氛圍內(nèi)[1]。

2某型直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直8某直升機(jī)在升級后，傳統(tǒng)的機(jī)械油門操作系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足實(shí)際需求。因此，為保證直升機(jī)發(fā)動機(jī)功率與實(shí)際需求功率的相統(tǒng)一，保證直升機(jī)分型過程中旋翼轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定，避免不爬升、超轉(zhuǎn)等問題的產(chǎn)生，提升直升機(jī)應(yīng)用的安全性與可靠性。需進(jìn)行直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)的重新設(shè)計(jì)與科學(xué)調(diào)整。

2.1設(shè)計(jì)目的

在此直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)整過程中，設(shè)計(jì)的主要目的在于保證直升機(jī)發(fā)動機(jī)功率能夠滿足實(shí)際需求功率；改善機(jī)械油門操作系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力。

2.2設(shè)計(jì)思路

要想實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，首先應(yīng)對影響因素具有全面與準(zhǔn)確的了解，包括環(huán)境溫度、直升機(jī)飛行姿態(tài)、直升機(jī)飛行氣壓高度等。同時，需準(zhǔn)確計(jì)算機(jī)械油門操作系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)解能力設(shè)計(jì)，掌控機(jī)械加工誤差、直升機(jī)發(fā)動機(jī)性能存在的差異等。此外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)整過程中，需做好機(jī)械油門操作系統(tǒng)典型狀態(tài)的選擇，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算分析。

由于系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在發(fā)動機(jī)油門調(diào)節(jié)過程中，做伸縮動作，要想實(shí)現(xiàn)實(shí)際功率需求與發(fā)動機(jī)功率的有效匹配，可以執(zhí)行機(jī)構(gòu)中立狀態(tài)為基準(zhǔn)，確定總距—油門曲線，實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)油門開度與傳動比的科學(xué)計(jì)算。通常情況下，基準(zhǔn)油門開度出現(xiàn)誤差時將影響直升機(jī)著陸速度；傳動比出現(xiàn)誤差時，將導(dǎo)致大功率狀態(tài)下直升機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)偏差，不利于直升機(jī)飛行的穩(wěn)定與安全。直8某直升機(jī)可通過改變有門板尺組建的半徑進(jìn)行傳動比調(diào)整。

由于直8某直升機(jī)是利用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)油門開度調(diào)節(jié)的，因此當(dāng)理論計(jì)算不準(zhǔn)確時，將無法保證發(fā)動機(jī)功率滿足實(shí)際需求，可通過改變彈性拉桿長度進(jìn)行基準(zhǔn)油門開度調(diào)整。

3某型直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)計(jì)算分析

根據(jù)上述分析可知，直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)計(jì)算內(nèi)容主要包括大功率狀態(tài)下的總距—油門關(guān)系、小功率狀態(tài)下的總距—油門關(guān)系、彈性拉桿長度、油門板尺半徑及其調(diào)節(jié)能力、執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)能力等。根據(jù)計(jì)算內(nèi)容，為提升計(jì)算質(zhì)量與效率，可通過原始數(shù)據(jù)擬合進(jìn)行計(jì)算流程簡化。

公式1：直升機(jī)油門開度=-0.000004139x2+0.033603988x+14.385824144（x代表三臺發(fā)動機(jī)功率）[2]。該關(guān)系式為直升機(jī)油門開度與海平面標(biāo)況下三體發(fā)動機(jī)臺架功率之間存在的關(guān)系。

公式2：油門開度=0.00654x-130.5（x代表發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為：rpm）。改關(guān)系式為直升機(jī)油門開度與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。

根據(jù)設(shè)計(jì)思路，在本文計(jì)算中存在以下控制條件：（1）計(jì)算海平面標(biāo)況（Hp=0m OAT=15℃）懸停狀態(tài)；（2）操作系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中立；（3）調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)位于中立位置；（4）小功率狀態(tài)安裝損失與超黃蜂直升機(jī)一致；大功率轉(zhuǎn)臺安裝損失為百分之七。

依據(jù)控制條件，根據(jù)公式1可得到y(tǒng)=29.788x2-52.2x+562.67（公式3），確定直升機(jī)功率需求。根據(jù)公式3與公式2可得到小功率狀態(tài)下的油門開度為2，即y=-0.0013x2+5.5844x+23318，其中需求公路為512kw，Ng=25836rpm。由于大功率安裝損失為7%，根據(jù)公式3可得到不同總距下發(fā)動機(jī)臺架功率，從而得出發(fā)動機(jī)油門開度。并根據(jù)DMU分析，確定總距—油門連接搖臂半徑，得到彈性拉桿調(diào)解能力與油門板尺調(diào)節(jié)能力。

結(jié)論：

直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)的計(jì)算研究是機(jī)械油門操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與改造過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，對提升機(jī)械油門操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用質(zhì)量、效果、安全存在重要影。本文通過分析某直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)計(jì)算問題，為其設(shè)計(jì)提供理論支持，并進(jìn)行實(shí)踐指導(dǎo)，提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性與完善性。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊培，張翔宇，謝凱，李忠新，蔡紅明.六旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)研究[J].江蘇航空，2018（03）：20-23.

[2]王青松.某型直升機(jī)機(jī)械油門操作系統(tǒng)的計(jì)算分析[J].中國科技信息，2018（14）：22-24+13.

作者簡介：

陳騰，男，漢族，河南長垣，1991年12月，研究方向：航空機(jī)械方向（直升機(jī)）.

王付濤，男，漢族，山東德州，1991年02月，研究方向：航空機(jī)械方向（直升機(jī)）.

趙健，男，漢族，山東東營，1988年10月，研究方向：航空機(jī)械方向（直升機(jī)）.