基本介紹
- 中文名：貝爾-希拉控制系統
- 具有：陀螺效應
- 初始狀態：和主旋翼平面平行
- 用於：控制航模直升機動作
I、陀螺效應,II、貝爾-希拉操縱系統的初步分析,一、初始狀態,二、操縱時,III、貝爾-希拉操縱系統的干擾-穩定過程,一、初始狀態,二、外界氣流的干擾,
I、陀螺效應
所謂陀螺效應，就是旋轉著的物體具有像陀螺一樣的效應。陀螺有兩個特點：進動性和定軸性。當高速旋轉的陀螺遇到外力時，它的軸的方向是不會隨著外力的方向發生改變的，而是軸圍繞著一個定點進動。大家如果玩過陀螺就會知道，陀螺在地上旋轉時軸會不斷地扭動，這就是進動(不考慮章動)。以下是陀螺效應的示意圖：
在上圖中，圓盤是陀螺。L是圓盤的角動量，其大小是R×Mv或者Iω。由於在力學中，有，所以和方向相同。這直接導致了（如圖）高速轉動的陀螺在受到F後，整個陀螺以X軸為轉軸轉動而不是以Y軸為轉軸。
陀螺效應這就是神奇的陀螺效應。這種效應一直伴隨著直升機的飛行。例如：要使直升機仰俯，就必須要使直升機左右的升力不平衡而不是使其前後不平衡。基於這種原理我們下面就來解釋遙控直升機的所謂貝爾-希拉操縱方式。
II、貝爾-希拉操縱系統的初步分析
說起貝爾-希拉，同好們映像最深的一定是那對“希拉”小翼。這是遙控直升機唯一區別於真飛機的地方。那么這對小翼的作用究竟是什麼呢？她所帶來的好處是什麼？
在I中，我們已經看到陀螺效應的基本原理。在遙控直升機中，主旋翼就是一個大陀螺，它本身具有陀螺效應。當我們改變主旋翼傾角時，直升機的運動狀態就會發生改變。但同時，如果用舵機直接改變主旋翼的傾角來控制飛機，問題是很多的。首先，主旋翼傾角的改變需要較大的力矩。如果用十字盤直接控制的話，強大的、交變的力矩將會直接作用到舵機上。這樣舵機將會受到很大負荷，操縱精度會嚴重下降。第二，當直升機受到輕微擾動後，由於陀螺的進動性，直升機將不會恢復原來狀態，而是繞著垂線方向進動（如圖）。 如圖，由於重力不通過旋翼頭中心，所以造成力矩的產生，從而導致主旋翼發生進動。這個問題是嚴重的，會直接導致遙控直升機懸停及飛行時無法穩定。基於以上問題，貝爾-希拉操縱方式產生了。
旋翼頭
在I中，我們已經看到陀螺效應的基本原理。在遙控直升機中，主旋翼就是一個大陀螺，它本身具有陀螺效應。當我們改變主旋翼傾角時，直升機的運動狀態就會發生改變。但同時，如果用舵機直接改變主旋翼的傾角來控制飛機，問題是很多的。首先，主旋翼傾角的改變需要較大的力矩。如果用十字盤直接控制的話，強大的、交變的力矩將會直接作用到舵機上。這樣舵機將會受到很大負荷，操縱精度會嚴重下降。第二，當直升機受到輕微擾動後，由於陀螺的進動性，直升機將不會恢復原來狀態，而是繞著垂線方向進動（如圖）。 如圖，由於重力不通過旋翼頭中心，所以造成力矩的產生，從而導致主旋翼發生進動。這個問題是嚴重的，會直接導致遙控直升機懸停及飛行時無法穩定。基於以上問題，貝爾-希拉操縱方式產生了。
旋翼頭一、初始狀態
希拉小翼由於空氣和離心力作用，和主旋翼平面平行。此時兩片主旋翼升力相等，飛行狀態不發生變化
二、操縱時
上圖為同一個視角，主旋翼轉動到不同角度時的狀態。在圖I中，操縱者將十字盤傾斜。希拉小翼就與空氣呈10°傾角。由於空氣的作用，希拉小翼在圖I位置受力。由於陀螺效應，希拉小翼不會在圖I位置立即上抬，而是在轉過90°後在上圖II位置上抬。於是希拉小翼旋轉平面與主旋翼平面呈10°夾角並穩定於此。
在圖中，我們清晰地看見，由於希拉小翼通過連桿控制著主旋翼的傾角，所以希拉小翼旋轉平面的改變導致了主旋翼與空氣產生夾角。從而使主旋翼在圖II位置受力。由於陀螺效應，主旋翼不會在圖II位置立即上抬，而是在轉過90°後在圖I位置上抬。從而使得主旋翼平面趨於平行於希拉小翼。
至此，遙控直升機主旋翼平面的傾轉過程已經分析完畢。我們看到，遙控直升機的傾轉總是希拉小翼旋轉平面先傾轉，主旋翼平面跟上趨於平行的過程。有意思的是，在這一過程中主旋翼操縱的負荷被希拉小翼完全承擔。舵機只需承擔操縱希拉小翼的負荷。這就有效地化解了一般操縱方式舵機負荷過重的問題。
旋翼
在圖中，我們清晰地看見，由於希拉小翼通過連桿控制著主旋翼的傾角，所以希拉小翼旋轉平面的改變導致了主旋翼與空氣產生夾角。從而使主旋翼在圖II位置受力。由於陀螺效應，主旋翼不會在圖II位置立即上抬，而是在轉過90°後在圖I位置上抬。從而使得主旋翼平面趨於平行於希拉小翼。
至此，遙控直升機主旋翼平面的傾轉過程已經分析完畢。我們看到，遙控直升機的傾轉總是希拉小翼旋轉平面先傾轉，主旋翼平面跟上趨於平行的過程。有意思的是，在這一過程中主旋翼操縱的負荷被希拉小翼完全承擔。舵機只需承擔操縱希拉小翼的負荷。這就有效地化解了一般操縱方式舵機負荷過重的問題。
旋翼III、貝爾-希拉操縱系統的干擾-穩定過程
一、初始狀態
希拉小翼由於空氣和離心力作用，和主旋翼平面平行。此時兩片主旋翼升力相等，飛行狀態不發生變化
二、外界氣流的干擾
當遇到氣流時，由於主旋翼的旋轉，會導致左、右主旋翼相對於空氣的速度不同，從而產生力矩，使飛機偏離平衡位置。如圖： 在上圖中，飛機機身及主旋翼平面由於干擾而失去平衡位置。但由於希拉小翼採用對稱翼型，不會受到外界干擾。由於陀螺效應的定軸性，希拉小翼平面保持不變。所以此時主旋翼平面由於與希拉小翼平面有夾角而產生恢復力矩，抵抗外界干擾。這就是貝爾-希拉控制方式的自穩定過程。也正是這個過程，使得遙控直升飛機避免了被干擾後就陷於進動的問題。同時，當直升飛機高速前進時，由於左、右主旋翼相對空氣的速度不同，會導致力矩的產生，使飛機抬頭的現象也被這種貝爾-希拉控制方式有效抑制，從而有效地提高了遙控直升飛機的可操縱性。值得注意的是，貝爾-希拉自穩定過程不能抑制過強的干擾。原因是希拉小翼旋轉平面保持原來運動狀態的同時，由於機身的傾斜，小翼與空氣平面會產生夾角，從而破壞小翼原來的運動狀態。 由於β角的存在，希拉小翼旋轉平面會向主旋翼旋轉平面方向旋轉，最後趨於平行。所以貝爾-希拉的自穩定過程是有限的。還需要其他手段（比如使希拉小翼不太靈敏）來增加穩定性。
旋翼頭
旋翼頭