转贴：多图演示遥控直升机周期变距系统

论坛老模友

讨论复杂的机械结构离不开自油度。在此约定直角坐标系：
机身平放在地面，由机身指向头部的坐标轴为X轴正方向，指向左边的坐标轴为Y轴正方向，指向天空的坐标轴为Z轴正方向。


●在飞行器上，一个零件存在六个自油度，以机身坐标系为参考分别是：前后(X)平移、左右(Y)平移、上下(Z)平移、绕X轴旋
转、绕Y轴旋转、绕Z轴旋转。


●一个零件的某一个或多个自油度可能受另一个零件约束（constrain）或控制（manipulate）。



以下是范例机器配置。

台湾亚托（Align）公司T-REX 450SE套装，清单如下。
结构部分：玻璃纤维机身，金属旋翼头，金属尾管，木质主旋翼，尼龙尾桨；
电子部分：430X级无刷电机（3550KV），RCE-BL35X无刷电子调速器（最大电流35A）、11.1V / 2100mAh 20C锂聚合物电池
组；


另需：
台湾亚托产 DS410数字舵机 ×4
Futaba R149DP型PCM接收机一只
Futaba GY401锁尾陀螺仪一只
Futaba T9CHP遥控发射机一部
锂电池专用平衡充电器一台


飞机左侧外观：
（注意倾斜盘下方的两个舵机和连杆位置）



右侧外观：
（注意该侧倾斜盘下方第三个舵机和连杆位置）



后庭风光：
（注意陀螺仪、尾桨变距舵机与连杆位置。电缆集中处是R149DP接收机端子）



尾管及尾部结构：
（连杆通过L摇臂控制变距叉）



先解释一个比较隐蔽的自油度，就是主旋翼阻尼器。这个阻尼器允许主旋翼在竖直平面内上下摆动，如下图：



旋翼头上部，周期变距机构分解视图。注意5号零件，这两个O形环便是主旋翼阻尼器的能量吸收元件。4号零件是限位销，功
能见下一张图。



旋翼头下部，总距控制系统及倾斜盘（swashplate）。37号零件中有两个竖直的圆孔，上图中的4号零件插入其中。37号零件
随总距控制动作沿4号零件上下滑动，限位销可保证37号零件上的连杆总成随主轴一起转动。


倾斜盘是传递控制动作的核心零件。倾斜盘由三个主要部分组成：球芯、定子盘、转子盘。定子盘与转子盘之间类似普通轴承
的关系，定子盘相当于轴承外圈，转子盘相当于轴承内圈，两个盘始终绕同一个轴转动。而倾斜盘的特殊之处在于公共的转轴
可以绕球芯做前、后、左、右的倾斜。球芯上开有通孔，套在主轴上，倾斜盘可以沿主轴整体上、下平移。

在传递控制运动的过程中，主轴高速旋转，球芯与主轴松配合，定子盘的X、Y平移被主轴约束，Z旋转被一个限位台架约束。
舵机带动连杆机构，控制定子盘的Z平移、Y旋转（前后倾斜）、X旋转（左右倾斜）。由于转子盘始终与定子盘共轴，因此这
三个自油度的运动也传递到转子盘上。定子盘唯一不能约束转子盘的，就是绕公共轴的旋转。这是理所当然的，定子不能转，
转子不能定。定子盘与转子盘和其它零件之间的传动依靠连杆机构。定子盘外缘有三个间隔120°的球头，由三个混控舵机协
同控制其姿态，这种方式成为CCPM控制方式。与之相对的是一种更加复杂的机构，每一个舵机控制一个姿态。转子盘上也有连
杆机构，为了分解控制动作，连杆上的球头是4个相隔90°安装。为保证所有控制运动按固定比例传递，所有连杆球头的几何
中心必须处于同一个平面上，而这个平面必须通过倾斜盘球芯零件的几何中心。



总距（collective）控制

总距可以理解为两片主旋翼叶片螺距的“共模”变化。总距变化是通过倾斜盘整体Z平移实现的。三个CCPM舵机同时向一个方
向移动连杆，从而使倾斜盘的球芯沿主轴上下滑动，37号零件随之滑动，连杆机构带动主桨叶片变化角度。

注意观察以下三张图片中倾斜盘的位置。第一张图是collective拉到最低的位置，这个时候总螺距是负的。



如果此时旋翼高速旋转，气流将被吹到主轴上方，产生负的升力。这是直升机模型可以倒飞的原因。载人直升机也具备负螺距
配置，引擎空中意外熄火时飞行员会立即切换到负螺距，利用机身下坠过程中向上吹来的气流像风车一样驱动主旋翼，维持安
全的转速，在接近地面时拉起总距，将积蓄的角动能转化成升力，避免机毁人亡。


下图是总距为0时的状态：



下图是总距最大的状态，在转速固定的情况下，这个状态将提供最大的升力：



俯仰（pitch）控制

俯仰控制属于周期变距（cyclic）控制的一种，对于中心对称的两片不同桨叶来讲，周期变距控制都是“差模”螺距控制。注
意以下三张图片中白色主旋翼的角度。第一张图是控制直升机低头时的状态。



倾斜盘向前方倾斜，带动主旋翼也向前倾斜。照片中的这片旋翼旋转到这个位置时是向后运动，因此螺距增大，升力增大。另
一边的叶片向前运动，因此螺距减小升力减小。如果是一个静止的刚体，抬起右边，松开左边，它是会向左倾斜的，但主旋翼
是一个高速旋转的物体，由于陀螺进动现象的存在。它受到这个力矩后会向前倾斜，而不是向左。旋转平面会因此朝左前方倾
斜。而机身会朝正前方倾斜。


平飞时的状态：



抬头时的状态：



下面三张图仍然是俯仰控制，但旋翼头转过了90°，正对镜头的是副翼（paddle blades / flaps）。这个装置拥有一个不受
连杆约束的自油度，在所有连杆位置固定的时候，副翼杆可以像跷跷板一样上下自油摇摆。副翼是从Stanley Hiller发明的稳
定杆（stabilizer bar / flybar）演变过来的。起初稳定杆两端安装的是配重，在主旋翼高速旋转时防止颤振。后来
Stanley Hiller改进了这个设计，他把连接倾斜盘和主桨距摇臂的连杆链断开，让倾斜盘的连杆驱动副翼，而副翼通过一个杠
杆驱动主桨变距摇臂。连杆操纵副翼时需要的力量更小，副翼在空气动力作用下把操纵舵量放大并通过下一级连杆传递至主
桨，就像助力转向一样。这种结构允许使用更小的伺服舵机驱动同样规格的旋翼，而不会损失操纵性，同时能保证很好的安定
性。

低头时状态：



平飞时状态：



抬头时状态：




滚转(roll)控制

滚转控制属于周期变距控制的另一种。周期变距就只有这两种控制。如果抛开机身的坐标系不谈，滚转控制和俯仰控制原理是
完全一样的，产生的效果也是完全一样的。只不过方向是左右倾斜。旋翼头持续旋转，下面的机身朝向哪边根本不重要。这两
个正交的自油度控制同时作用在倾斜盘上，主旋翼就可以向任意方向倾侧。


左倾时状态：



平飞时状态：



右倾时状态：




偏航（yaw）控制

偏航的意思是机身绕Z轴旋转，改变其机头指向（heading）。经典直升机使用尾旋翼（tail rotor）去平衡空气作用在主旋翼
上的反力矩。调节尾桨的螺距可以决定抵消掉多少反力矩，从而控制偏航的程度。陀螺仪串接在接收机方向舵（rudder）通道
与尾桨舵机之间，在rudder输入中立值时通过负反馈锁住机身指向。而在操纵者进行偏航操作时解锁，根据实际杆量决定偏航
舵量。


下图是开机后的默认螺距，这个不一定是锁尾螺距。



左偏航满舵螺距：



右偏航满舵螺距：



固定住机身，启动电机，观察旋翼旋转平面，这个是平飞状态：



大舵量推杆（低头）时的情况。此时气动负载增大，气流声变大，主轴转速下降。注意观察主旋翼旋转平面和副翼旋转平面的
变化。



同样操作，从背后观察：


由于陀螺效应存在，输入力矩与输出运动并不同向。



这个是向右滚转时的情况，注意主旋翼阻尼器偏转的角度：



再从后面观察：

xfpolo

真是好贴！ :em26:
楼主好ＦＢ，三个液晶一起用。

gzdcco

:em26:

siegen

:em17:

潇霜叶

:em26:

论坛老模友

转贴，不是偶的。。。

nkzmh

收藏了，建议版主将此贴置顶！

starmoon

三个显示器感兴趣

ronron

飞机好新

ESKYE016

我比较懒的看这些 :em15:

空中坦克

顶:em26:

不仅如此

那方向盘，那3联显示器，口水啊。恩JJ也漂亮哈，学习学习！:em15::em15::em15:

逍遥枫叶

看不太明白

yljon

照片不錯﹐說得也不錯﹐頂個﹒

遺忘

搞得很详细哦。

acef3c

那个显示器好爽啊

童年

学习！:em26: :em26:

MagicYang

有点意思，财神~~

极度激情

技术贴要好好看看

▼緻幻劑

LZ你的液晶太爽了