DIY旋翼机（葵花宝典）之-自旋翼机系统组成

此次描述自旋翼机结构上的很多特点，尤其是旋翼头的部分，对了解旋翼头结构和工作方式很有帮助。

有很多种自旋翼机设计方案，从业余自制的到获得FAA认证的。同样。自旋翼机上安装的系统复杂成程度也各不相同。为了保证你的飞机的飞行性能，全面地了解飞机上安装的每个系统的设计和操作就显得非常重要。

[推进系统]

今天在飞的大多数自旋翼机都是采用推式安装的活塞往复式发动机驱动固定速度或者恒定速度螺旋桨（原文如此：either a fixed or constant speed propeller）。自制旋翼机的发动机通常采用已经被验证过的改自汽车或者其他用途的动力装置。也有一些自制旋翼机采用FAA认证的航空发动机和螺旋桨。汽车发动机或者其他改装的发动机通常转速较高，需要采用减速单元降低输出的转速已达到螺旋桨的有效转速。早期的自旋翼机采用现有的拉式布局使用的飞机发动机。至今还有一些自制旋翼机采用这种推进布局，有些发动机经过了认证，有些没有。虽然现在没有，但是涡扇发动机和喷气式发动机也可以用于自旋翼机的推进系统

[半刚体旋翼系统]

任何能够自旋的旋翼系统都可用于自旋翼机。半刚体，跷跷板式旋翼系统由于其简单性被广泛地采用。自制旋翼机主要采用这种旋翼系统。这种系统中旋翼头安装在一个转轴上，而转轴可以倾斜已实现控制的目的。旋翼桨叶安装在一个叶毂板（hub bar）上，叶毂板可以有也可以没有桨距调整的功能。叶毂板带有一个由桨叶重量，旋翼速度和载荷决定的桨叶锥角(coning angle)(译者注：这里的桨叶锥角是指预先在叶毂板上加工出来的角度，与旋翼系统在飞行过程中的锥角不同。)。这个预先设置的锥角可以最小化叶毂板的弯矩（bending moments），避免采用在更复杂的旋翼系统中采用的锥角铰（coning hinge）。一个塔型块提供旋翼头下垂和通过一个跷跷板螺栓安装旋翼头的支撑。旋翼头由一个安装轴承和塔型块的轴承座组成。转轴(通常是一个垂直方向的螺栓) 将旋转部分和静止的力矩管部分连接在一起。力矩管安通过一个允许纵向和横向运动的装置连接到机身上。这个机构可以实现达成控制目的的运动。

锥角—旋翼桨叶从旋翼叶毂向上的偏角。

悬挂—一种通过改变桨叶跷跷板高度来保持旋翼主桅轴与每个桨叶的重心距离设计方式。可以杜绝影响旋翼系统速度的科里奥利效应(Coriolis Effect)。

译者：关于Undersling这个单词的翻译存在很多问题。首先这个词在自旋翼机中的意思是专指叶毂板与和跷跷板转轴之间的垂直距离。但是老外用了一个单词，我在中文中没有找到相应的词来匹配，只好用了“悬挂”这个不是十分准确的译法。意译的话应该叫做 “跷跷板高度”(Teeter Height)。实际使用过程中这个参数非常重要，如果选择了不合适的跷跷板高度会造成飞行过程中明显的旋翼每转一圈发生两次的旋翼震动。

大多数自制旋翼机都采用半刚体，跷跷板式旋翼头。叶毂板和旋翼桨叶可以绕跷跷板螺栓倾斜。

[全铰式旋翼系统]

一些自旋翼机上装备了全铰式旋翼系统。对于这种直升机类型的旋翼系统，全铰式旋翼系统允许在飞行的时候改变旋翼桨距。这种系统明显比比跷跷板类型的旋翼头要复杂得多，需要装有允许旋翼桨叶独立挥舞，变距，摆振的铰链。自旋翼机采用的这种全铰式旋翼和直升机用的非常类似。

通常在自旋翼机中采用全铰式旋翼系统的一个主要优点在于可以实现跳跃起飞（jump takeoff，跳飞）。成功的跳飞要求旋翼系统必须具备改变总距功能，具有足够惯性的桨叶和能够达到大约150%正常飞行转速的预旋系统。

全铰式旋翼系统允许飞行员改变旋翼桨距，这一点是跳飞的必要条件。

具有很高惯性的旋翼桨叶是直升机设计所期望的，也是自旋翼机跳飞的必要条件。对直升机叶毂而言，还没有发现能够允许旋翼转速超过正常飞行转速的50%的，但是可以断言一个为自旋翼机跳飞而设计的旋翼头，会非常类似于直升机的旋翼头。

[预旋]

在起飞之前，自旋翼机的桨叶必须达到产生必要升力的速度。在简易的自旋翼机上，可以通过人工的转动旋翼桨叶来实现。随后旋翼机开始在地面上滑行，这时将桨盘向后倾斜，使得气流通过旋翼系统以加速到飞行的旋翼转速。更先进的自旋翼机采用预旋系统，提供旋转桨叶的机械方法。很多的预旋系统只能使旋翼达到部分的飞行转速，剩余的转速通过滑行或者起飞滑跑(takeoff roll)得到。有很多种的预旋系统，你必须完全熟悉你所使用的特定系统的技术和特点

[机械预旋]

典型的机械预旋采用带啮合或离合器啮合，一个将发动机功率传送到旋翼的驱动机构。很多的自旋翼机上的机械预旋采用了摩擦驱动，软轴（flex cables）配合汽车上用的Bendix齿轮和环形齿轮一起使用。

自旋翼机上为跳飞而设计机械预旋机构必须要有和直升机主旋翼的驱动链类似的设计考虑，但是只有在飞机在地面上的时候才可以使用。自旋翼机没有直升机一样的反力矩机构，与地面接触是抵消旋翼预旋力矩的必由之路。如果自旋翼机设计具有跳飞的功能，起飞前的旋翼转速必须达到旋翼存储的能量能够支持飞机起飞阶段的加速过程。旋翼系统和预旋系统连接只能在地面上耦合以传送驱动力，要允许在正常飞行时驱动链能够从旋翼和发动机断开。

[液压预旋]

自旋翼机的液压预旋采用发动机动力驱动液压泵，液压泵驱动和汽车用bendix齿轮和环形齿轮相连的液压马达。这类系统需要在设计中加入一定形式的离合器和稳压机构。液压预旋采用螺旋桨桨毂位置的皮带驱动液压泵，从而驱动位于主梁上的液压马达。

[电预旋]

自旋翼机上采用的电预旋通常采用汽车用启动器，通过Bendix齿轮和安装在旋翼头上的环形齿轮来传递力矩到旋翼系统。如图,这种系统的优点是结构简单，操作方便，但是需要额外提供电源。使用“软启动器”可以缓和启动旋翼系统时需要大力矩的问题。软启动器开始时向启动器供给脉冲电压，大约10秒后才开始提供连续的启动电流。

如图所示，电预旋简单易用，但是额外需要电源。

[翼端喷气]

在一些应用中，安装在桨叶顶端的喷嘴被用来产生预旋，也可用于悬停飞行。这类系统不需要传动链或者离合器，另外的优点是对机身没有扭矩作用，从而允许在飞行的时候驱动旋翼系统以提供更高的爬升率甚至悬停的能力。主要的缺点是喷嘴噪声，幸好在自旋翼机处于自旋模式之下时可以关掉翼端喷气。

[仪表]

飞行仪表的数量和种类与自旋翼机的复杂程度有关。采用空气冷却，混合油润滑的发动机需要很少的仪表就够了。

[发动机仪表]

除了最简单的以外几乎所有的发动机都需要仪表以便安全操作。冷却液温度，气缸盖温度，油温，油压，化油器空气温度，废气温度都是发动机工况的直接反映，因而也需要显示出来。发动机功率通常由发动机转速指示，或者用螺旋桨恒定转速时的岐管压力（manifold pressure）指示。

[旋翼转速表]

大多数自旋翼机装备了旋翼转速表。正常情况下，飞行员不能够直接控制飞行时的旋翼转速。转速表主要用来在起飞滑跑的时候确定是否达到了足够起飞的旋翼转速。在没有装备测速计的自旋翼机上必须依靠飞行员的驾驶经验来判定起飞前的旋翼转速。还有一些飞行动作需要精确的知道旋翼的转速。例如，对于具有桨矩控制能力的自旋翼机来说，跳飞需要存储足够的旋翼能量来完成动作。使用可变桨矩和旋翼测速计以后，可以在最低的旋翼转速下实现旋翼操作。

如图所示，旋翼转速表在判定是否具备足够的转速起飞时非常有用。

[转弯侧滑仪]

安装在机首的偏航布条（yaw string）和一个传统的倾斜计经常被用来帮助自旋翼机保持协同飞行（coordinated flight）。

如图所示，一个系在机首能够从座舱看到布条用以指示沿着偏航轴的旋转。也可以再加一个倾斜仪。

[空速表]

空速信息是基本的，用一个为低速设计的空速表可以很容易获得空速信息。很多旋翼机采用风速表代替，在一些非常简易的自制自旋翼机中，当你没有安装空速表的时候，你必须具有非常精确的”q”感知能力（”q”,气流对身体的冲击压力）。

[高度计]

对于一般的飞行员而言，当飞行高度超过几百英尺之后，直接判断高度就会更加困难。当飞行在较高的高度，而人类的感知能力减退时，一个高度计可以提供有效的高度参考。

[仪表飞行设备]

当自旋翼机工作在仪表飞行条件下时需要和其他飞机一样足够的飞行仪表和导航系统。很少有自旋翼机装备成这种操作类型。主流的自旋翼机都不满足单飞行员仪表飞行的稳定性要求。在更大，更先进的自旋翼机开发出来之后，才需要讨论仪表飞行的问题。

[地面操作]

自旋翼机可以想其他飞机一样进行地面滑行。一个可以控制方向的前轮，配合独立的主轮刹车，是最常见的控制方式。采用独立的主轮刹车可以实现差别制动（differential braking），也就是可以在利用两个主轮刹车力的不同实现很小的转弯半径。

有一些自旋翼机上，可控的前轮配备了用脚操作的刹车而不是采用主轮刹车。这样做的一个限制是，通常前轮只支撑整机的一部分重量，因而刹车效率较低。另一个缺点是不能使用差别制动，因此转弯半径比较大。

在地面操作的时候需要特别注意旋翼桨叶，旋转着的旋翼桨叶会伤害到周围的东西。很多的自旋翼机装备了旋翼刹车，在降落后降低旋翼转速，或者在停着的时候锁住桨叶。

不要自旋翼机停车的时候不锁紧桨叶就离开，就算是很小的风的变化也可能导致桨叶旋转挥着挥舞。

如图所示，根据设计的不同，主轮刹车可以同时操作也可以分开操作。这被认为是比前轮刹车更有效的方式。