直升机悬停向右倾斜的解释

Edward

关于直升机悬停时向右倾斜的问题，众说纷纭，有“地面效应论”，有“陀螺仪论”，还有“倾斜盘论”和“重心论”。现在就我所知，结合理论与实际，简单说明一下直升机悬停倾斜的原因。

直升机悬停倾斜是由于尾桨不但产生自旋的力矩抵抗主桨的反扭，还会产生使全机向左侧滑的力（对右旋直升机而言），为了抵抗这个力，直升机只能稍微向右倾斜。

解决倾斜的方法有三个：
1，加长尾管，使尾桨的自旋力矩的作用远大于偏航，当尾管趋于无限长，倾斜趋于零。
2，在机头加一个与尾管一样的“头管”，使机头产生与机尾相等的向右偏航力。
3，用十分软的横轴橡胶圈，使悬停时，主旋翼桨盘平面能倾斜。

真直升机之所以看不出倾斜，是因为真直升机用的是恒速桨，反扭矩比较小，所以尾桨相对地转速也不高，偏航力就不严重，这可以在一些真直升机尾桨失效的短片中看到，实际上真直升机尾桨失效时的自旋比起模型直升机尾桨失效时的自旋要慢得多。

而最主要的原因是真直升机的挥舞铰挠度比模型直升机小得多（不知道什么是挥舞铰可以跟贴，如有必要再另行说明），所以悬停的时候真直升机只是整个主旋翼桨盘向右倾斜，而机身保持水平。

顺带提一下，这次汶川救灾的米171上，黄色的附加燃料箱放在机身左侧，也是出于这个考虑。

关于这个问题，大部分直升机教科书和文献都有介绍，但由于着种现象并不是直升机的主要研究问题，而且对真直升机的影响很小，所以往往只做简单的原理解释。

以下摘一段《直升机飞行控制》中的描述：

        “直升机尾桨拉力的大小本来是用来平衡旋翼的反作用力矩的，但是这个拉力还会引起直升机的侧向运动。例如，右旋直升机在悬停时，则尾桨的拉力将使直升机向左移动。此时驾驶员应稍向右压杆使旋翼向右的水平分力与尾桨拉力平衡。”

这说明了真直升机也有倾斜，大家如果有注意，就会发现一些真直升机的尾桨桨盘平面并不是垂直于机身横轴的，而是成一定角度，这是为了当直升机悬停倾斜时尾桨桨盘平面能恰好与地面垂直，发挥最大的抵抗主桨反扭的功效。

找不到适合的图片，用科曼奇来举例：


最后，需要提醒大家注意的是，正如上文多次提到，以上讨论是针对右旋直升机进行的，现在一些西方国家的直升机是左旋的，研究时就要反向了。
附一张各国直升机主旋翼旋转方向的图，（图片摘自《空军之翼》，转载请注明）图上虽然没有中国直升机的方向，不过大家应该都能猜出来，就不讲了。

Suzhoujimmy

领导（中将）先生，

我一直以为是由于主旋翼和尾翼不在一个平面上，对尾观察：尾翼的推力向左，空气推主旋翼的力在圆周平面上作用在主轴只有扭矩，所以主轴在尾翼的作用下会绕主轴和主旋翼平面的交点有运动的趋势，这个力矩的大小等于尾翼的推力*尾轴到大桨夹的投影距离，这就是直升机向右倾斜的原因。

我想象，如果我们的直升机把尾翼的轴心提高到和主旋翼同一个平面的高度，尾轴到大桨夹的投影距离为0，这个力矩就消失了，直升机右倾的现象就应该没有了；

图中尾桨桨盘平面成一定角度的原因是缩短了尾轴到大桨夹的投影距离，就降低了这个扭动主轴右倾的力矩，直升机右倾的程度就降低了，但没有消除；

不是学机械专业的，班门弄斧，不知道对不对，大家讨论。

老金

直升机倾斜是因为尾桨轴和主翼不在同一平面上

old_ox

直升机倾斜是因为尾桨轴和主翼不在同一平面上
我也认为是这个原因,大家看一些真机,它的尾桨就是一从尾部又抬起来一些,中心点基本和主桨旋转面在一个平面．如果用在模型上有点难，尾管结构复杂了，如果是尾电机还好点，是皮带传动和轴传动都很麻烦的．所以大家也就刻复刻复吧．

starmoon

除了不在一个平面，主要还是尾桨反作用力引起的

rc_fan

直升机向前运动或者悬停时有迎面气流，左旋转面产生的升力大于右旋转面产生的升力，左右升力差导致机机向右倾斜，一般的真机都有挥舞铰用来平衡这个力，模型直升机没有。
不知道对不对？

人山

力矩平衡而力不平衡导致倾斜

卫小星

我的机子它悬停很好,但它有点像右歪(不是飘移)...闷!!

starmoon

原帖由 rc_fan 于 2008-7-8 08:46 发表
直升机向前运动或者悬停时有迎面气流，左旋转面产生的升力大于右旋转面产生的升力，左右升力差导致机机向右倾斜，一般的真机都有挥舞铰用来平衡这个力，模型直升机没有。
不知道对不对？

不对
1. 模型有挥舞铰
2. 不平不是前行时,楼主说的是悬停时
3. 有侧向推力，必须有大奖反分力来平衡

rc_fan

尾推侧向力使直升机向右倾。尾桨安装在右边，导致重心偏右也是部分原因。

模型有挥舞铰，没有垂直铰（就是上下摆动那个铰）。

[ 本帖最后由 rc_fan 于 2008-7-10 08:58 编辑 ]

chkecopy

关键就是尾桨和大桨不在同一水平面上,如果能把尾桨升到和大桨同一水平,就不会有侧顷了.

just998

还在讨论这问题???

我以前发过理论贴.,,,有图,,,证明了是:尾桨和主旋翼不在同一水平面上,,,

Edward

直升机悬停时，对各个方向的力矩，是以自身重心作支点来转动的，所以，尾桨中心与全机重心连线只要平行于机身中轴（而不是即使尾桨与主桨不在一个平面上）就不存在纵向力矩使飞机倾斜，但只要尾桨产生推力，就会使直升机向左侧滑，这时必须全机向右倾斜来抵消这个侧滑力。

关于真直升机尾管为什么折起，其实说出来道理很白痴，是因为真直升机为了防止尾桨触地而做的措施，这就是为什么一些尾桨较小（如贝尔407、云雀）和采用函道尾桨（如卡曼奇、EC120）的直升机尾管没有折起的原因。

另外，关于挥舞铰的问题，模型直升机的确有挥舞铰，但是其挠度远大于真直升机（否则3D的时候会把尾管砍掉），所以在悬停时挥舞铰的作用体现不出来。

[ 本帖最后由 Edward 于 2008-7-8 11:01 编辑 ]

THT

倾斜尾桨

直升机重心在旋翼轴后，（正常设计应在前）倾斜尾桨可以产生向上的矢力分量来保证机头平衡

而不是抬头，之所以这样设计是为了降低整机长度，便于运输机空运，

这种设计基本是美国采用

科曼奇也是一样，用涵道是出于隐身考虑

Edward

原帖由 THT 于 2008-7-8 11:04 发表
倾斜尾桨

直升机重心在旋翼轴后，（正常设计应在前）倾斜尾桨可以产生向上的矢力分量来保证机头平衡

而不是抬头，之所以这样设计是为了降低整机长度，便于运输机空运，

这种设计基本是美国采用

科曼 ...

直升机重心的确设计在主轴稍后，但你有没有想过这是为什么？把重心设计靠后，然后再用尾桨补偿，这是不是没事找事吗？

重心靠后的原因是便于直升机向前平飞。重心靠后，直升机就有向后翻转的趋势这时主桨就需要稍微前倾去补偿，而主桨前倾不但产生向前翻转的补偿力矩，还会有向前平移的作用，这样，直升机就能在机身维持水平的情况下前飞。

THT

我已经说过是为了降低整机长度，便于运输机空运．

比如黑鹰就是这种妥协的产物

正常设计重心应在前，这样设计的直升机具有先天的稳定性，

重心在后的前飞时不稳定，如果不是有特别要求，把重心设计在后的设计师，这种白痴还没出现．

Edward

原帖由 THT 于 2008-7-8 11:29 发表
我已经说过是为了降低整机长度，便于运输机空运．

比如黑鹰就是这种妥协的产物

正常设计重心应在前，这样设计的直升机具有先天的稳定性，

重心在后的前飞时不稳定，如果不是有特别要求，把重心设计在后 ...

我不是太明白，重心靠后怎么能降低整机长度？直升机最大的长度来源就是尾管（以旋翼折叠存放时来说）重心靠后意味着尾管必须要长，这样应该是加长了整机长度。

另外，对于直升机来说，重心在前与后并不是稳定性的指标，不要随便用固定翼的理论来套直升机。

THT

因为低整机长度只有从前机身下手，

这样做的结果必然是后重心．

＂重心靠后意味着尾管必须要长＂我不明白为什么你会有这样的理解．

重心在后，倾斜尾桨和主旋翼正好在两边平衡这个处于＂中间＂的重心

直升机可以设计得更短．

直升机稳定性最重要的指标就是重心的位置．（不是模型）

这个就像超音速飞机机翼必须后掠（或前掠）一样．

目前为止，还没有哪个天才能改变．

另外这个是无数直升机飞出来的实践，而不是什么书本上的理论．

Edward

原帖由 THT 于 2008-7-8 12:02 发表
因为低整机长度只有从前机身下手，

这样做的结果必然是后重心．

＂重心靠后意味着尾管必须要长＂我不明白为什么你会有这样的理解．

重心在后，倾斜尾桨和主旋翼正好在两边平衡这个处于＂中间＂的重心
...

我明白你的意思，你是剁掉前机身来减短长度，我是延长尾管来使重心靠后。

另外，关于稳定性问题，对于直升机而言，研究的是重心高度的问题，因为直升机其实是一架打竖放置的固定翼飞机，当我们研究固定翼飞机重心前后来讨论稳定性的时候，实际上对于直升机就是研究重心的高低。

最后，对于直升机稳定性更直接的研究是对旋头结构的研究，比如常规直升机的多降叶旋头在悬停时就是静不稳定的，而模型直升机的希拉贝尔旋头悬停时则是静稳定的。

[ 本帖最后由 Edward 于 2008-7-8 12:15 编辑 ]

apchi

LZ说的没错，直升机只要有尾浆产生侧推力，不管尾浆安装在哪里，都要靠旋翼旋转面的反方向倾斜来抵消，要不然就会横行，真的直升机一般旋翼都会有一定的右前安装角，使巡航时保持机身水平。