直升机挥舞是什么意思(直升机挥舞运动是如何产生的)

导语：想开直升机，先了解一下挥舞？挥舞对操稳性的影响 二

在上一篇中，我总的介绍了旋翼挥舞对直升机操稳性的影响，而后举例说明了挥舞对悬停姿态稳定性和前飞姿态稳定性的影响，本篇接续上篇，继续细化探讨挥舞对操稳性的影响。

角速度阻尼

假如说直升机由于阵风或者驾驶员的“脉冲式”操作而发生了具备一定角速度的俯仰或者滚转，旋翼的挥舞将会抑制俯仰或者滚转的速率——也就是说，这时候旋翼的挥舞相当于角速度阻尼器。这种阻尼效应是很有用的，对于驾驶员而言，阵风或者“手抖”导致的直升机俯仰或滚转运动变得更容易控制了。

这种阻尼是由于桨尖平面滞后于旋翼轴倾转而导致的，其数值与俯仰或者滚转的角速度成正比。

由于旋翼变化滞后于旋翼轴，旋翼的挥舞速度因而发生了改变，从而导致了力矩的不平衡——就和陀螺仪一样。姿态变化的角速度越大，这种滞后就越显著。同样，假如旋翼本身的转动惯量比较大，那么旋翼变化的滞后也越显著。这就导致了旋翼的挥舞会产生一个阻碍姿态变化的力矩。而这种能够产生阻尼作用的挥舞往往还伴随着交叉耦合的力矩。比如说，在稳定的抬头过程中，靠近机身头部和靠近机身尾部的的桨叶由于俯仰速率的的存在，会产生大小相同，方向相反的相对气流速度，从而使得整个旋翼挥舞左倾，直到其挥舞速度能够抵消俯仰速率，从而产生了一个滚转力矩。

由某个方向的角速度变化会同时导致横向和纵向的挥舞的改变，这是与上文所述不同的一种交叉耦合。这种交叉耦合是双向的，也就是说，无论是俯仰还是滚转，都会导致另一种力矩的出现，对于大多数旋翼而言，这种交叉耦合的挥舞量大致为主轴挥舞的一般（比如说，俯仰运动中，纵向挥舞量为1，那么耦合的横向挥舞量大致就是0.5）。

侧滑速度的影响

图——直升机转弯侧滑

由于旋翼挥舞响应取决于旋翼相对于飞行轨迹的坐标系，而非机体的方向，因而除了由于前飞速度改变导致的挥舞量改变之外，旋翼同样会对直升机侧滑作出响应。

首先想像一架直升机水平前飞，其旋翼桨尖轨迹平面与旋翼轴垂直。假如说其飞行方向突然转变，因此这架直升机水平右滑了，但是其机身方向和操纵都没有任何变化。我在之前的文章中说过，桨盘平面内，桨叶迎着来流旋转的方向是前行侧，桨叶顺着来流旋转的方向是后行侧，从而对右侧滑的直升机而言，靠近机身尾部的那一侧桨盘成了前行侧，靠近机头的那一侧桨盘就成了后行侧。由于周期变距不再对应于配平状态，受到非均匀气流速度分布的影响，旋翼桨盘显然将挥舞“后倒”，倒向机身左侧，从而产生一个左滚力矩。

在实际飞行中，侧滑角往往不太可能达到90°，但是挥舞变化的趋势是一致的——直升机趋于逆着侧滑方向滚转。在具有上反角的飞机中，也常能看到这种情况，在飞机中，这被称为“上反效应”。

对于驾驶员而言，这种效应是有利的。如果存在”逆上反效应“也就是说右侧滑反而产生右滚力矩的话，那直升机就要如同漩涡般滚个不停了。”上反效应“的存在就好比有个预设的自动左推杆，使得直升机的右侧滑得以限制。

上反效应带来滚转力矩的同时，一般还会伴随着一个俯仰力矩。同样以右侧滑为例，在右侧滑之前，直升机是稳定前飞的，所以其周期变距是配平了的，在配平状态下，原前行侧（也就是机身右侧）桨距较低，原后行侧则桨距角高，兼之挥舞滞后效应，使得靠近机身尾部的旋翼挥起较高，靠近机身头部旋翼挥起较低，形成一个低头的俯仰力矩。

同样，向左飞行过程中，机身左侧，也就是原后行侧，其桨距角大，滞后挥舞靠近机身尾部，挥起较高，而靠近机身头部同样挥起较低，所以，其伴随的俯仰力矩同样是个低头力矩。因此，无论朝哪个方向侧滑，都需要一定的后拉杆操纵，这在固定翼飞机中是不存在的。

令人惊讶的是，即便是针对左旋旋翼进行分析，侧滑伴随的俯仰力矩的方向仍然是低头力矩。但是这种伴随的俯仰效应并不能在所有的直升机飞行中观察到，尤其是那些有水平尾面来提供低头俯仰力矩的，在侧滑过程中，其无法继续提供低头力矩，往往会抵消侧滑伴随的低头力矩。

前飞总距的影响

直升机前飞过程中，总距的改变将直接导致挥舞的改变。比如说提拉总距之后，前行侧和后行侧的桨叶会增加相同的桨距，但是前行侧桨叶的相对气流速度更高，因而因改变总距而带来的气动力增量更大，从而导致了旋翼桨盘的抬头挥舞。

一般来说，在飞行过程中，驾驶员会缓慢地变总距，并且在该过程中，驾驶员还会下意识地推拉变距杆来修正挥舞。由此，我们可以发现，周期变距地配平位置实际上可以表达为前飞速度的函数。

从悬停到以经济速度前飞地过程中，直升机的总距一般都是慢慢变小的，这就使得桨盘会趋于挥舞前倒，从而就需要有一定的后拉杆来进行配苹。这种总距变化导致的挥舞改变会比前飞速度导致的改变要大，因此，配平状态下的变距杆位置应该要尽早后拉，否则将会出现不稳定的姿态变化。在高速飞行状态下，总距又变大了，姿态也会更稳定。

当然，总距的变化有时候也会很快。比如说发动机失效的时候，驾驶员必须得立马放总距来尽可能降低旋翼转速的损失。在前飞状态下，如上文所言，快速放总距往往也会导致挥舞前倒，从而又必须要后拉杆来保持直升机的平衡。

在高速前飞状态下，对后拉杆的距离要求更大，有些驾驶员因而发现这种情况下不要立马放总距，而是首先把直升机拉平更好。这样的话，旋翼的来流就会从下往上吹，进入自转状态。由于高速前飞状态，来流速度很大，这样的操作并不会让旋翼转速有较多的损失。

高速前飞状态下的变距拉平可以降低直升机的前飞速度，同时还能使其拔高一些。当直升机速度下降到常规的自转下滑前飞速度之后，再放总距进入标准自转下滑着陆即可。

我之前在操纵性和稳定性这块没有投入太多精力，只是随便翻了翻，就认为“啊，很简单就是一些力和力矩的变化嘛”，而真写到这里的时候，才发现自己确实有太多不懂的地方，这一篇写得很“痛苦”，一方面是这方面的相关资料确实比较少，另一方面是绝大部分相关资料的英文内容都用了很多复杂句式，读起来颇为艰辛晦涩，当然主要还是对这块内容不够熟悉，如果熟悉的话，读起来想必不会这么艰难。

无论如何还是把这一篇写完了，其中内容如有疑惑之处都尽可能和课题组的小伙伴们讨论过，感谢他们没嫌我烦还和我一起讨论解决了我不少困惑，如果有任何错误或者觉得难懂的地方，欢迎留言讨论。

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