驾驶辅助装置、 混合式直升机及其辅助驾驶方法 技术领域 本发明涉及用于辅助驾驶混合式直升机的装置、 设有该装置的混合式直升机、 以 及用所述装置实施的方法。
更具体地说， 本发明涉及实施垂直起落飞机 (VTOL) 的先进概念的混合式直升机。
背景技术 在文献 FR 2916418 中描述了这种先进概念的混合式直升机， 这种混合式直升机 通过可使用推进螺旋桨和安装现代涡轮发动机来以合理的成本将传统直升机的垂直飞行 效率与高速行进性能组合起来。
因此， 混合式直升机既不是直升机， 也不是自转旋翼机， 也不是旋翼推进飞机。类 似地， 混合式直升机既不是复合式飞行器， 也不是可变式飞行器。
混合式直升机包括机身和旋翼， 旋翼具有主旋翼， 用于借助至少一个涡轮发动机 来驱动桨叶旋转。
混合式直升机还设有由两个半翼构成的机翼， 两个推进螺旋桨设置在机身各侧的半翼上。 此外， 混合式直升机装配有一体的驱动系统， 该一体的驱动系统不仅包括涡轮发 动机、 主旋翼和两个螺旋桨， 而且包括这些元件之间的机械互连系统。
由于这种构造， 涡轮发动机、 螺旋桨、 主旋翼、 以及机械互连系统的输出转速是相 互成比例的， 在一体的驱动系统的正常运行条件下， 无论混合式直升机的飞行构造如何， 所 述比例都是恒定的。
因此， 有利的是， 无论处于混合式直升机的何种构造， 是前行还是悬停， 主旋翼总 是由涡轮发动机驱动旋转， 并且总是产生升力。
更确切地说， 主旋翼设计成在起飞、 降落和垂直飞行阶段提供混合式直升机的所 有升力， 而在巡航飞行期间提供一部分升力， 机翼则贡献用来支承所述混合式直升机的升 力。
因此， 主旋翼在巡航飞行时提供混合式直升机的大部分升力， 并且可能总是在最 小阻力构造中贡献小部分的推进力或牵引力。
就像直升机那样， 飞行员则具有第一控制装置和第二控制装置， 用于分别控制主 旋翼桨叶的总距和周期距。
此外， 通过以相同的量来修改混合式直升机的螺旋桨桨叶的总距， 还可控制螺旋 桨所产生的推力。
因此， 飞行员具有至少一个推力控制装置， 该推力控制装置适合于以相同的量来 修改螺旋桨桨叶的总距。
相比之下， 反扭矩功能和转向功能通过使用由螺旋桨施加的推力差来提供， 例如 通过飞行员操作方向舵杆来提供。
因此， 推力控制装置能限定第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨距， 所述平均桨距
对应于第一螺旋桨和第二螺旋桨的第一桨距和第二桨距的总和的一半。
相比之下， 方向舵杆用来引起第一螺旋桨和第二螺旋桨的桨距有差异的方式偏离 平均桨距， 一个螺旋桨的桨距可增大一定量， 而另一螺旋桨的桨距可减小相同量。
应能理解， 由于要操作多个控制器， 所以很难驾驶混合式直升机。 此外， 合适的是， 避免向第一螺旋桨和第二螺旋桨给出可能会劣化直升机性能的指令， 例如使螺旋桨在混合 式直升机上产生沿向后方向的合成推力。
文献 US 5050081 描述了一种指示器， 该指示器将由航空发动机产生的推力表示 为可从所述发动机获得的最大推力的百分比。
类似地， 文献 EP 1471334 提出了一种指示器， 该指示器对发动机最大推力的百分 比进行分度， 该指示器指示发动机的实际推力以及所需推力。
尽管是有效的， 但这些文献的说明无法移植到混合式直升机上。在混合式直升机 上， 推力通过第一螺旋桨、 第二螺旋桨和主旋翼来产生， 而不是直接通过发动机来产生。本 发明的技术领域因此远离上述文献的技术领域。
专利 FR 2756256 提出了一种指示器， 该指示器显示了可从直升机涡轮发动机获 得的动力限度， 指示器对主旋翼的桨叶总距进行分度。 然而， 上述说明无法提供如下一种用于混合式直升机的驾驶辅助装置， 该驾驶辅 助装置不仅具有主旋翼， 而且具有由互连系统连接至主旋翼的第一螺旋桨和第二螺旋桨。 混合式直升机的特定性质意味着， 给予主旋翼的指令对于第一螺旋桨和第二螺旋桨有影 响， 反之亦然， 这就意味着现有技术的已知状态无法应用于混合式直升机。
文献 US 4514142 提出了一种飞行器， 该飞行器设有发动机装置、 主旋翼、 以及设 置在尾桁后部的后推进器。
根据该文献， 可从发动机装置获得的总扭矩是实时测量的， 从中减去主旋翼所对 着的扭矩。 更具体地说， 产生呈电压形式的第一信号， 将该第一信号输出到用于检测主旋翼 扭矩的装置， 从而所述检测装置产生第二信号。
然后， 可供选择地将第一信号和第二信号输出至显示器， 该显示器可显示可从后 推进器获得的剩余扭矩随时间的变化。 该差值则是通过从可获得的发动机扭矩减去旋翼扭 矩来得到的。
尽管是有效的， 但实践中难以使用这种装置来辅助驾驶飞行器。
发明内容 因此， 本发明的一目的是提出一种驾驶辅助装置， 该驾驶辅助装置可使驾驶混合 式直升机更加容易， 从而在保证其安全性的同时优化混合式直升机的性能。
根据本发明， 一种用于混合式直升机的驾驶辅助装置， 所述混合式直升机具有旋 翼、 分别设有第一螺旋桨和第二螺旋桨的第一半翼和第二半翼、 以及发动机装置， 所述发动 机装置具有至少一个涡轮发动机， 所述涡轮发动机通过于机械互连系统啮合来连续地驱动 所述旋翼和所述螺旋桨， 显著之处在于， 所述驾驶辅助装置适合于从所述发动机装置的调 节构件接收第一功率值和第二功率值， 所述第一功率值和第二功率值分别与能由所述发动 机装置输出的最大功率和由所述发动机装置当前输出的功率有关， 所述驾驶辅助装置包 括：
平均桨距传感器， 适合于实时地测量第一螺旋桨和第二螺旋桨的当前平均桨距 ；
空速传感器， 适合于测量混合式直升机的真实空速 ；
转速传感器， 适合于测量混合式直升机的螺旋桨的转速 ；
密度传感器， 适合于测量空气密度 ；
计算装置， 所述计算装置设有存储器， 所述存储器包含第一方程， 所述第一方程将 功率梯度确定为所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的桨矩的函数， 所述计算装置连接至所述平 均桨距传感器、 所述空速传感器、 所述转速传感器、 以及所述密度传感器， 并且适合于接收 所述第一功率值和第二功率值， 从而确定可施加于所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的最大平 均桨矩， 而不超过可从所述螺旋桨获得的功率， 所述计算装置将所述最大平均桨矩确定为 所述当前平均桨矩、 所述第一功率值和第二功率值、 以及随桨矩变化的所述功率梯度的函 数； 以及
显示装置， 适合于在显示屏上呈现所述最大值功率。
应能观察到， 术语 “平均桨矩” 传统上用来指第一螺旋桨和第二螺旋桨的桨矩总和 的一半。
此外， 用于调节发动机装置的构件可以是全权数字发动机控制 (FADEC) 式电子调 节构件。该调节构件适合于输出第一功率值和第二功率值， 第一功率值和第二功率值分别 与能由发动机装置输出的最大功率和由所述发动机装置当前输出的功率有关。 因此可参考 现有文献来获得关于调节构件的更多细节。 此外， 应能观察到， 术语 “旋翼” 用来表示提供升力并包括至少一个主旋翼的系统。 更确切地说， 旋翼可包括单个主旋翼或两个主旋翼， 这两个主旋翼可能是对向旋转的旋翼。
在这些情况下， 应能理解， 术语 “驱动旋翼旋转” 相当于指出驱动所述旋翼的所有 主旋翼旋转。类似地， 旋翼的转速与旋翼的主旋翼的转速有关， 应能理解， 在具有两个主旋 翼的旋翼中， 这两个主旋翼以相同速度旋转。
此外， 显然的是， 在正常工作条件下， 每个涡轮发动机驱动旋翼和因此所述旋翼的 主旋翼与第一螺旋桨和第二螺旋桨一起连续地旋转。显然， 停转 ( 无论是有意的还是由于 故障 ) 的涡轮发动机不再能够驱动旋翼以及第一螺旋桨和第二螺旋桨旋转。换言之， 以下 两个构造是可能的 ：
在正常条件下， 发动机装置驱动旋翼以及第一螺旋桨和第二螺旋桨 ； 或者
假如所述发动机装置发生故障或者万一有模拟故障， 发动机装置既不驱动旋翼， 也不驱动第一螺旋桨和第二螺旋桨。 这种发动机装置可供选择地可以设有脱开装置以避免 旋翼的主旋翼减速。
该特征相当于说明 ： 混合式直升机不是自转旋翼机， 例如这是因为在正常飞行条 件下其旋翼在飞行中由发动机装置连续地驱动。
在这点上， 本发明将发动机装置的可获功率和消耗功率的差值提出为平均桨矩 差。 与现有技术的解决方案不同， 本发明令人惊讶地将最大平均桨矩确定为当前桨矩、 第一 功率值和第二功率值、 以及功率梯度的函数， 而功率梯度是第一螺旋桨和第二螺旋桨的桨 矩的函数。
因此， 由于所述主旋翼转速的下降会导致事故， 本发明可避免旋翼转速的不合需 要的下降。
修改第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨矩需要修改涡轮发动机当前输出的功率。
更确切地说， 因为每个螺旋桨和旋翼以恒定比例旋转， 所以当第一螺旋桨和第二 螺旋桨的平均桨矩增大时， 涡轮发动机就受限制于更快旋转以增大驱动功率而使螺旋桨的 转速保持恒定。
因此， 尤其对于旋翼来说， 减小了可获得的功率裕度。
极端地说， 假如飞行员过大地增大第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨矩， 即超过 计算装置所确定的最大平均桨矩， 则发动机装置不再能提供充足的功率， 从而发动机装置 不再能确保保持旋翼的转速。然后， 混合式直升机将相对于地面不当地失重。
因此， 通过将最大平均桨矩确定为符合第一螺旋桨和第二螺旋桨的桨叶并显示该 最大平均桨矩， 就可给予飞行员相当大的帮助。
此外， 驾驶辅助装置可包括一个或多个下列特征。
例如， 计算装置致使显示装置在显示屏上呈现第一符号， 该第一符号表示第一螺 旋桨和第二螺旋桨的所述最大平均桨矩。
此外， 第一功率值可包括能由所述发动机装置以第一转速输出的第一最大功率 ( 例如， 能由涡轮发动机输出的最大连续功率 PMC) 和能由所述发动机装置以第二转速输出 的第二最大功率 ( 例如， 涡轮发动机的最大起飞功率 PMD)， 计算装置确定用于第一转速的 第一最大平均桨矩和用于第二转速的第二最大平均桨矩。
因此， 计算装置控制显示装置， 从而致使显示屏给出表示第一最大平均桨距的第 一主符号和表示第二最大平均桨距的第一次符号。
驾驶辅助装置包括空速传感器、 转速传感器、 以及密度传感器， 空速传感器适合于 测量与混合式直升机的真实空速有关的第一速度值并将所述第一速度值输出至计算装置， 转速传感器适合于测量与螺旋桨的转速有关的第二速度值并将所述第二速度值输出至计 算装置， 密度传感器适合于测量和输出周围空气密度。
应能观察到， 术语 “真实空速” 在传统上表示混合式直升机的重心相对于外界空气 的速度， 该真实空速例如借助风速计来测量， 该风速计适合于将外界温度和压力考虑在内。
在这些情况下， 计算装置有利地将产生第一螺旋桨和第二螺旋桨的零推力的自转 平均桨矩确定为第一速度值和第二速度值的函数。
本发明因此提出了一种确定第一螺旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨矩的值并显 示该值的装置， 自转平均桨矩取决于混合式直升机的真实空速和螺旋桨的转速。
在自转中， 混合式直升机的飞行员则借助于适合于确保当前平均桨矩等于第一螺 旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨矩的装置， 来调节第一螺旋桨和第二螺旋桨的当前平均桨 矩， 即在每个瞬时所发现的第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨矩。
在这些情况下， 第一螺旋桨和第二螺旋桨所消耗的功率最小， 由此改进飞行器自 转的能力。
可供选择的是， 计算装置控制显示装置以致使显示屏呈现第二符号， 该第二符号 表示自转平均桨矩。
有利的是， 计算装置控制显示装置以在以下条件下致使显示屏呈现表示第一螺旋 桨和第二螺旋桨的自转平均桨矩的第二符号 ：
假如自转平均桨矩大于 5 度 ； 以及假如空速传感器测得的真实空速大于 20 米 / 秒。
因此， 只要满足上述条件， 计算装置就致使显示屏显示表示第一螺旋桨和第二螺 旋桨的自转平均桨矩的第二符号。
此外， 驾驶辅助装置适合于连接至混合式直升机的自动驾驶装置， 计算装置适合 于控制显示装置以在显示屏上呈现和因此显示第三符号， 该第三符号与由自动驾驶装置给 出的桨矩设定值有关。
当飞行由自动驾驶装置控制时， 自动驾驶装置建立第一螺旋桨和第二螺旋桨的平 均桨矩的设定值， 从而调节发动机装置。
然后在驾驶辅助装置上显示自动驾驶装置产生的设定值。
通过将该设定值与第一螺旋桨和第二螺旋桨的实际平均桨矩作比较， 飞行员能够 及时地知晓自动驾驶装置的适当工作， 这是因为实际平均桨矩通常应当等于设定值。
此外， 为了有利于悬停， 计算装置包括存储器， 该存储器存储悬停飞行期间的优化 平均桨矩范围， 计算装置控制显示装置以在显示屏上呈现和因此显示第四符号， 该第四符 号表示该优化范围。
混合式直升机的悬停不如传统的直升机简单。 因此， 可以设想两个限制措施。
第一措施包括 ： 驾驶混合式直升机以使第一螺旋桨和第二螺旋桨的姿态和合成推 力为零。第一螺旋桨和第二螺旋桨然后输出沿相反方向指向的对应推力， 一个螺旋桨施加 的推力值与另一螺旋桨的相反， 从而补偿旋翼所施加的扭矩， 除非以下可能的情况 ： 所述旋 翼具有两个对向旋转的主旋翼。结果， 来自第一螺旋桨和第二螺旋桨的推力与所述扭矩相 反， 并且来自第一螺旋桨和第二螺旋桨的合成推力为零。
第二措施具体包括 ： 使用偏航控制装置， 从而一个螺旋桨施加非零的向前推力， 而 另一螺旋桨施加零推力， 第一螺旋桨和第二螺旋桨然后输出沿着飞行器向前方向的非零合 成推力。
然而， 因为来自第一螺旋桨和第二螺旋桨的合成推力趋于致使混合式直升机前 进， 所以合适的是， 致使混合式直升机采取机头上仰位置以保持静止而非前进。
为了优化这些措施， 计算装置在存储器中具有确定的优化范围， 可首先减小能让 混合式直升机保持静止所需的功率， 其次避免混合式直升机呈现过度的机头上仰姿态。
更确切地说， 优化范围从约为 -5°的第一悬停平均桨矩延伸到约为 +5°的第二 悬停平均桨矩。
有利的是， 在上述条件下， 第一悬停平均桨矩能使来自螺旋桨的组合推力与旋翼 产生的扭矩相反， 从而来自第一螺旋桨和第二螺旋桨的合成推力等于零。第一桨矩然后等 于用于悬停飞行的最小平均桨矩。
换言之， 一个螺旋桨施加沿一个方向指向并具有第一值的推力， 而另一螺旋桨产 生沿第二方向施加并具有相同值的推力， 该第二方向与第一方向相反。
相比之下， 第二悬停平均桨矩能使推力与所述扭矩相反， 从而来自第一螺旋桨和 第二螺旋桨的合成推力处于其悬停飞行的最大值。
在这些情况下， 第二悬停桨矩在一个螺旋桨上产生零推力， 而在另一螺旋桨上产 生与旋翼产生的扭矩相反的推力。
此外， 因为计算装置适合于在所述显示屏上显示至少一个符号， 每个符号可供选 择地定位在弧段上， 该弧段以第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨矩度数进行分度。
驾驶辅助装置包括测量装置， 该测量装置连接至所述计算装置以告知第一螺旋桨 和第二螺旋桨的当前平均桨矩， 计算装置致使显示所述当前平均桨矩， 显示装置通过适合 于扫描弧段的指针或所述指针和数字显示器来示出当前平均桨矩。
本发明还提供一种混合式直升机， 该混合式直升机设置有旋翼、 分别设有第一螺 旋桨和第二螺旋桨的第一半翼和第二半翼、 以及发动机装置， 所述发动机装置具有至少一 个涡轮发动机， 所述涡轮发动机通过与机械互连系统啮合来连续地驱动所述旋翼和所述螺 旋桨。
该混合式直升机的显著之处则在于， 它包括如上所述的本发明的所述驾驶辅助装 置。
最后， 除了驾驶辅助装置和包括该驾驶辅助装置的混合式直升机之外， 本发明还 提供一种由所述驾驶辅助装置实施的、 辅助驾驶混合式直升机的方法。
根据本发明， 提供了一种辅助驾驶混合式直升机的方法， 所述混合式直升机设置 有旋翼、 分别设有第一螺旋桨和第二螺旋桨的第一半翼和第二半翼、 以及发动机装置， 所述 发动机装置具有至少一个涡轮发动机， 所述涡轮发动机通过与机械互连系统啮合来连续地 驱动所述旋翼和所述螺旋桨， 显著之处在于， 在显示屏上显示最大平均桨矩， 所述最大平均 桨矩可施加于所述第一螺旋桨和第二螺旋桨而不超过可从所述螺旋桨获得的功率， 将所述 最大平均桨矩确定为实时测得的所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的当前平均桨矩、 能由所述 发动机装置输出的最大功率、 由所述发动机装置输出的当前功率、 以及功率梯度的函数， 而 所述功率梯度为所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的桨矩的函数。 可供选择的是， 最大平均桨矩通过在初始阶段实施下列步骤来确定 ：
a) 在一图上绘出一组曲线， 该图沿横坐标绘出所述螺旋桨在等于所述桨叶翼展的 0.75 倍距离处的桨距， 沿纵坐标绘出所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的功率系数， 以给定的 前进系数来建立每条曲线， 所述前进系数是所述混合式直升机的真实空速除以桨叶自由端 速度的商的函数， 所述桨叶自由端速度等于螺旋桨的转速乘以所述桨叶翼展的积 ；
b) 例如使用传统的多元多项式回归方法， 从所述组曲线中确定中间方程以给出所 述功率系数关于所述螺旋桨在等于所述桨叶翼展的 0.75 倍距离处的所述桨距、 以及关于 所述前进系数的函数， 然后确定第一方程以给出功率梯度关于所述桨距、 以及关于所述中 间方程相对于桨距的偏导数的函数， 即：
然后在飞行中实时地实施下列步骤 ：
c) 借助于所述第一方程， 通过使用当前平均桨矩和当前前进系数的值来计算所述 偏导数， 从而将功率梯度确定为桨矩的函数 ； 以及
d) 使用下列第一关系式来确定所述最大平均桨矩 ：
βmax ＝ βcur+[(P1*(Ω/Ω’ ))-P2]/GRD
其中 ：
“/” 表示除号 ；
“*” 表示乘号 ；
“βmax” 表示所述最大平均桨距 ；
“βcur” 表示实时测得的所述当前平均桨距 ；
“P1” 表示能由所述发动机装置输出的最大功率 ；
“P2” 表示由所述发动机装置输出的当前功率 ；
“Ω” 表示所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速 ；
“Ω’ ” 表示所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速的设定值 ； 以及
“GRD” 表示作为桨距的函数的所述功率梯度。
应能观察到， 第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速设定值 Ω’ 由一生成部件来产生， 该 生成部件并不形成本申请主题的一部分， 所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的所述速度设定值 正比于旋翼的转速。
第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速设定值 Ω’ 可以是恒定的， 或者可以具体随着外 界压力而变化。例如， 可参考文献 FR 2916421 以获得关于第一螺旋桨和第二螺旋桨的该转 速设定值的更多信息。
可供选择的是， 确定自转平均桨距并在显示屏上显示所述自转平均桨距， 所述自 转平均桨距使用下列第二关系式而为混合式直升机的真实空速和螺旋桨的转速的函数 ：
β0 ＝ α0+arctan[VH/(Ω*0.75*R)]
其中 ： “/” 表示除号 ； “*” 表示乘号 ； “arctan” 表示反正切三角函数 ； “β0” 表示所述自转平均桨距 ； “α0” 表示将由桨叶产生零升力的螺旋桨桨叶迎角 ； “VH” 表示所述混合式直升机的真实空速 ； “Ω” 表示所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速 ； 以及 “R” 表示所述桨叶的翼展。 最后， 可以在显示屏上显示由自动驾驶装置给定的设定值。附图说明 在对以说明方式且参照附图给出的对实施例的以下描述中， 将更详细地示出本发 明及其优点， 在附图中 ：
图 1 是混合式直升机的立体图 ；
图 2 是示出用于这种混合式直升机的驾驶辅助装置的图 ； 以及
图 3 是说明适合于确定最大平均桨距的初始阶段的图。
在两幅以上附图中出现的部件将给予其中每一个相同的附图标记。
具体实施方式
图 1 示出了混合式直升机 1， 该混合式直升机包括机身 2 和旋翼 100， 机身 2 在其 前部具有驾驶舱 7， 旋翼 100 包括主旋翼 10， 该主旋翼 10 用于驱动桨叶 11 旋转， 并且从发 动机装置 5′经由第一主变速箱 ( 图 1 中未示出 ) 获取驱动力， 发动机装置 5′具有设置在 机身 2 顶上的两个涡轮发动机 5， 关于飞行器的纵向对称平面在机身 2 的两侧各有一个涡轮发动机 5。
应能观察到， 由于有整流罩， 所以在图 1 中无法看到两个涡轮发动机 5。
混合式直升机 1 还设有高机翼 3， 高机翼 3 由位于机身 2 顶上的两个半翼 8′和 8″来构成。
混合式直升机 1 的推进力具体地说由第一螺旋桨 6′和第二螺旋桨 6″来提供， 这 两个螺旋桨由两个涡轮发动机 5 来驱动， 在机翼 3 的各个外端设置一个相应的螺旋桨 6′、 6″。第一螺旋桨 6′和第二螺旋桨 6″在所示的例子中分别包括六个第一桨叶 P′和六个 第二桨叶 P″。
此外， 在机身 2 的后端附近， 可供选择地设有稳定和控制表面， 具体地说， 对具有 两个可相对于前部 17 运动的可动俯仰控制表面 16 的水平稳定器 15 进行俯仰控制， 且对各 位于水平稳定器 15 的各个端部的两个垂直翅片 14 进行转向控制。
具体地说， 水平稳定器 15 和垂直翅片 14 形成机身 2 顶上的倒置 U 形。
有利的是， 垂直的或相对于垂线倾斜的翅片 14 可包括对应的固定前部 13 和可动 后部 18。
与其它飞行器相比， 混合式直升机 1 的显著之处具体在于， 涡轮发动机输出端、 螺 旋桨、 旋翼、 以及机械互连系统的转速是相互成比例的， 在一体驱动系统的正常工作条件 下， 无论混合式直升机的飞行构造如何， 该比例都是恒定的。
为了控制混合式直升机的前进， 飞行员具有推力控制器， 用于修改第一螺旋桨 6′ 的第一桨叶 P′和第二螺旋桨 6″的第二桨叶 P″的平均桨距。
更确切地说， 推力控制器等同地作用在第一桨叶 P′的第一桨距和第二桨叶 P″ 的第二桨距上， 从而获得所述第一桨距和第二桨距的总变化。 例如， 飞行员可要求构成螺旋 桨的成组桨叶的平均桨距增大 5°， 从而增大具体由第一螺旋桨和第二螺旋桨产生的合成 推力， 第一螺旋桨和第二螺旋桨的所述平均桨距等于第一桨叶 P′的第一桨距和第二桨叶 P″的第二桨距的总和的一半。
推力控制器可包括作用在连接装置上的杆， 该连接装置连接至第一螺旋桨和第二 螺旋桨。
替代地或附加地， 推力命令可供选择地可用旋钮来提供， 该旋钮适合于控制设置 在所述连接装置上的至少一个致动器。 旋钮有利地具有三个位置， 即第一位置、 第二位置和 最后的第三位置， 第一位置要求第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨距增大， 因此要求第一 桨叶 P′的第一桨距和第二桨叶 P″的第二桨距的总变化增大相同量， 第二位置要求第一 桨叶 P′的第一桨距和第二桨叶 P″的第二桨距减小， 第三位置要求不修改第一桨叶 P′的 第一桨距和第二桨叶 P″的第二桨距。
为了控制混合式直升机的偏航程度， 飞行员具有偏航控制装置， 该偏航控制装置 设有偏航控制工具， 传统地是方向舵杆， 用于使第一桨叶 P′的第一桨距和第二桨叶 P″的 第二桨距产生差异的而非总的变化。
最后， 混合式直升机 1 设有控制装置， 用于控制主旋翼 10 的桨叶 11 的总距和周期 距。
为了避免遇到可能会危害混合式直升机的机动飞行， 混合式直升机设有驾驶辅助 装置。图 2 示出了这种驾驶辅助装置 20。
驾驶辅助装置 20 包括显示装置 50 和连接至计算装置 40 的多个传感器， 计算装置 40 具有处理装置 41 和存储器 42。
在用驾驶辅助装置 20 实施的方法中， 在显示装置 50 的显示屏 60 上显示第一符号 55 以用来表示最大平均桨距， 该最大平均桨距可施加至第一螺旋桨和第二螺旋桨而不会超 过可从螺旋桨获得的功率， 即不会剥夺主旋翼 10 正常工作所需的功率。
计算装置 40 因此连接至 ：
平均桨距传感器 37， 适合于实时地测量第一螺旋桨 6′和第二螺旋桨 6″的当前 平均桨距 ；
调节构件 34， 用于调节发动机装置， 调节构件 34 将第一功率值和第二功率值输出 至计算装置 40， 第一功率值和第二功率值分别表示能由发动机装置输出的制造商确定的最 大功率值、 以及由所述发动机装置 5′输出的当前功率值 ；
空速传感器 31， 适合于测量混合式直升机的真实空速 ；
转速传感器 32， 适合于测量混合式直升机的螺旋桨的转速 ； 以及
密度传感器 35， 适合于测量空气密度。
应能观察到， 平均桨距传感器 37 可以是专用于本申请的传感器， 或者可以是在混 合式直升机 1 上已经具有的用于其它用途的传感器， 或者实际上结合在其它器件中。
在这些情况下， 计算装置能够确定不应超过的最大平均桨距的值， 该最大平均桨 距实际上根据混合式直升机 1 的性能随时间变化。
更确切地说， 参见图 3， 在初始阶段 ：
a) 在一图中绘出一组曲线 D1、 D2、 D3， 该图沿横坐标绘出螺旋桨 6′、 6″在等于桨 叶翼展 R 的 0.75 倍距离处的桨距 β0.75， 沿纵坐标绘出第一螺旋桨 6′和第二螺旋桨 6″ 的功率系数 CP， 每条曲线 D1、 D2、 D3 建立一个给定的前进系数 λ1、 λ2、 λ3， 然后 ；
b) 从该组曲线中确定一中间方程， 该中间方程给出了功率系数 CP 关于螺旋桨在 等于所述桨叶翼展 R 的 0.75 倍距离处的所述桨距 β0.75、 以及关于前进系数的函数。
应能回想到， 桨叶的功率系数 CP 由下式给出 ：
其中 ：
P 表示螺旋桨的功率 ；
ρ 表示空气密度 ；
R 表示螺旋桨的桨叶翼展 ； 以及
U 表示螺旋桨的桨叶自由端速度。
因此， 则步骤 b) 中， 通过测试来建立该组曲线 D1、 D2、 D3。以预定的前进系数 λ1、 λ2、 λ3 来建立每条曲线 D1、 D2、 D3， 每个前进系数 λ1、 λ2、 λ3 等于混合式直升机的真实 空速 VH 除以桨叶自由端速度 U 的商， 桨叶自由端速度 U 等于螺旋桨的转速 Ω 乘以其翼展 R 的积。
应能观察到， 图 3 示出了三条曲线 D1、 D2、 D3。然而， 容易理解的是， 可以使用更多 数量的曲线。
实 施 传 统 的 数 学 运 算， 例 如 多 项 式 回 归， 就 足 以 确 定 所 述 中 间 方 程 CP ＝ f(β0.75， λ)。
此后， 确定第一方程以给出功率梯度 GRD 关于桨距、 以及关于所述中间方程相对 的函数。因此， 第一方程是 ：于桨距的偏导数
其中， ρ 是空气密度， “x” 是乘号。
然后将第一方程存储在计算装置 40 的存储器 42 中。
在这些情况下， 在飞行中实时地实施下列步骤。
在步骤 c)， 计算装置 40 通过计算所述偏导数在飞行中实时确定的当前平均桨距 βcur 和当前前进系数 λcur 处的值， 使用存储在存储器 42 中的第一方程来实时地确定作为 桨距的函数的功率梯度。更确切地说， 当前的作为桨距的函数的功率梯度 GRD 等于所述第 一方程在当前平均桨距 βcur、 当前桨叶自由端速度 Ucur、 当前空气密度 ρcur 和当前前进系数 λcur 处的值， 即：
一旦当前的作为桨距的函数的功率梯度 GRD 已经实时确定， 则在步骤 d)， 计算装 置 40 使用下列第一关系式就能确定最大平均桨距 βmax ：
βmax ＝ βcur+[(P1*(Ω/Ω’ ))-P2]/GRD
其中 ：
“/” 表示除号 ；
“*” 表示乘号 ；
“βmax” 表示最大平均桨距 ；
“βcur” 表示平均桨距传感器 37 实时测量的当前平均桨距 ；
“P1” 表示能由发动机装置输出的最大功率， 该最大功率以第一功率值的形式由调 节构件 34 传输至计算装置 40 ；
“P2” 表示由发动机装置输出的当前功率， 该当前输出功率以第二功率值的形式由 调节构件 34 传输至计算装置 40 ；
“Ω” 表示所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速 ；
“Ω’ ” 表示所述第一螺旋桨和第二螺旋桨的转速的设定值 ； 以及
GRD 表示由计算装置 40 在步骤 c) 中实时确定的、 作为桨距的函数的所述功率梯 度。
然后， 在整个飞行过程中循环地实施步骤 c) 和 d)， 从而连续地和实时地确定最大 平均桨距。
此外， 第一功率值可包含两个值 ： 第一最大功率， 发动机装置可在第一工作速度下 输出该第一最大功率， 称为最大连续功率 (PMC) ； 以及第二最大功率， 发动机装置可在第二 工作速度下输出该第二最大功率， 称为最大起飞功率 (PMD)。
在步骤 d)， 计算装置 40 然后确定用于第一工作转速 PMC 的第一最大平均桨距和用
于第二工作转速 PMD 的第二最大平均桨距。
计算装置 40 然后控制显示装置 50， 从而致使显示屏 60 给出表示第一最大平均桨 距的第一主符号 55′和表示第二最大平均桨距的第一次符号 55″。
在确定第一螺旋桨和第二螺旋桨的最大平均桨距之后， 计算装置 40 致使显示装 置 50 在分度角刻度上显示表示所述最大平均桨距的第一符号 55。
如图 2 所示， 显示屏示出了弧段 51， 该弧段 51 对第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均 桨距进行分度， 该弧段从例如约为 10 度的第一平均桨距 “桨距 1” 延伸到例如为 45 度的第 二平均桨距 “桨距 2” 。
然后， 第一符号 55 出现在该弧段 51 中。
此外， 计算装置 40 将自转平均桨距确定为混合式直升机 1 的真实空速 VH 和所述 螺旋桨 6′、 6″的转速的函数。
更确切地说， 空速传感器 31 和转速传感器 32 测量相应的第一速度值和第二速度 值并将它们传输至计算装置 40， 第一速度值涉及混合式直升机 1 的真实空速 VH， 而第二速 度值涉及螺旋桨的转速 Ω。
空速传感器 31 和转速传感器 32 是传统类型的并且可从市场上获得， 或者它们可 形成混合式直升机 1 中的其它装置的一部分。 计算装置 40 然后确定第一螺旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨距， 该平均桨距随 混合式直升机 1 的性能而变化。
此后， 计算装置 40 确定自转平均桨距 β0， 并在显示屏 60 上显示该自转平均桨距 β0， 其使用下列第二关系式而为混合式直升机 1 的真实空速 VH 和所述螺旋桨 6′、 6″的转 速 Ω 的函数 ：
β0 ＝ α0+arctan[VH/(Ω*0.75*R)]
其中 ：
“/” 表示除号 ；
“*” 表示乘号 ；
“arctan” 表示反正切三角函数 ；
“β0” 表示自转平均桨距 ；
“α0” 表示将由桨叶产生零升力的螺旋桨桨叶迎角 ；
“VH” 表示混合式直升机的真实空速 ；
“Ω” 表示所述螺旋桨的转速 ； 以及
“R” 表示所述桨叶的翼展。
在一变型中， 可以在计算装置 40 的存储器 42 中确定第二方程， 以获得作为前进速 度的函数的自转平均桨距。
因此， 在初始阶段， 建立一曲线图， 该曲线图沿横坐标绘出螺旋桨在所述桨叶翼展 R 的 0.75 倍距离处的桨矩 β0.75， 沿纵坐标绘出所述螺旋桨的推力系数 Ct。 然后实施测试 以描绘多条曲线， 每条曲线建立为给定前进速度的函数。
使用传统的反多项式回归方法， 以数学方式从中得出一中间方程 β0 ＝ f(Ct， λ)。为了建立第二所需方程， 由于希望获得推力为零时的自转平均桨矩， 所以只要在方程 中消去从属于推力系数 Ct 的项就足够了。
然后， 第二方程具有以下形式 ： β0 ＝ f(λ)。
计算装置 40 然后使用每个瞬时的当前前进系数来实时地确定自转平均桨矩 β0。
一旦自转平均桨矩已被确定， 计算装置 40 就致使显示装置 50 在显示屏 60 上呈现 第二符号 56， 该第二符号表示第一螺旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨矩。
应能观察到， 第二符号对于飞行员来说很重要， 这是因为自转桨矩是引起每个螺 旋桨零推力的平均桨矩。
为了确保自转过程的正常执行， 飞行员然后只需调节第一螺旋桨和第二螺旋桨的 实际平均桨矩， 以使该实际平均桨矩变成等于由第二符号 56 所显示的自转平均桨矩。应能 理解， 驾驶辅助装置可使该操作变得更加容易。
此外， 为了在向前飞行时保护混合式直升机的机械传动系统， 飞行员只需确认实 际平均桨矩、 即给定瞬时的平均桨矩大于自转平均桨矩。
可供选择的是， 计算装置 40 致使第一螺旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨矩在以 下某些条件下显示， 具体地说是 ：
假如第一螺旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨矩大于 5 度 ； 以及
假如测得真实空速 VH 大于 20 米 / 秒。
此外， 为了能让飞行员将第一螺旋桨和第二螺旋桨的实际平均桨矩与自转平均桨 矩作比较， 具体地说， 计算装置 40 有利地连接至平均桨矩传感器 37， 该平均桨矩传感器 37 将当前平均桨矩的值 βMOY 输出至计算装置 40。
计算装置 40 然后致使显示装置在显示屏 60 上呈现第一螺旋桨和第二螺旋桨的当 前平均桨矩 βMOY。可供选择的是， 通过数字显示器 53 和 / 或扫描弧段 51 的指针 52 来显示 当前平均桨矩。
因此， 飞行员例如可立即确定第一螺旋桨和第二螺旋桨的当前平均桨矩位于何 处。
此外， 在所示的变型中， 显示屏 60 显示第三符号 57， 该第三符号 57 对应于自动驾 驶装置给出的设定值， 该设定值易于随时间变化。
计算装置 40 然后连接至混合式直升机 1 的自动驾驶装置 70， 该自动驾驶装置 70 将所述设定值输出至计算装置 40。
在这些情况下， 计算装置 40 致使显示装置在显示屏 60 的角刻度 51 上显示表示设 定值的第三符号 57。
此外， 第三符号的颜色可根据驾驶模式而变化， 在自动驾驶飞行时有第一颜色， 而 在带有半自动或辅助驾驶的飞行时有第二颜色。
最后， 图 2 所示的计算装置 40 包括存储器 42， 存储器 42 存储用于实施悬停飞行而 不消耗过多能量且引起可以忽略程度的机头上仰姿态的优化范围。
计算装置 40 然后致使显示装置 50 在显示屏 60 上所呈现的分度角刻度 51 上显示 表示所述优化范围的第四符号 54。
应能观察到， 该优化范围是不变的， 不像第一螺旋桨和第二螺旋桨的自转平均桨 矩、 第一螺旋桨和第二螺旋桨的最大平均桨矩、 或自动驾驶模式中给定的设定值那样， 所述 优化范围例如通过测试或通过计算来确定。
因此， 飞行员可使用单个驾驶辅助装置 20 来控制第一螺旋桨 6 ′和第二螺旋桨6″的平均桨矩。
该驾驶辅助装置 20 显示在各种机动飞行过程中辅助驾驶所需的所有符号 55、 56、 57 和 54， 所述符号呈现在用第一螺旋桨和第二螺旋桨的平均桨矩来分度的刻度 51 上。
此外， 驾驶辅助装置 20 能显示第一螺旋桨 6′和第二螺旋桨 6″的实际平均桨矩， 因此能让飞行员将实际平均桨矩与其应符合的值作比较。因此， 飞行员在以下过程中可使 用驾驶辅助装置 20 ：
自转飞行时， 将实际平均桨矩与第二符号对准 ；
向前飞行时， 将当前平均桨矩选定为小于第一符号 ；
自动驾驶装置辅助飞行时， 将实际平均桨矩与来自所述自动驾驶装置的设定值对 准； 以及
悬停飞行时， 将实际平均桨矩选定为位于预定优化范围内。
当然， 本发明在其实施方式方面可有许多变型。 尽管描述了若干实施例， 但是容易 理解， 穷举地给出所有可能实施例是不可设想的。当然可设想用等效装置来替换所述装置 中的任一个而不超出本发明的范围。
例如， 图 1 示出了旋翼 100 包括主旋翼 10。当然， 旋翼 100 也可包括两个主旋翼 10， 这两个主旋翼 10 例如以相同的转速转动， 可供选择地对向转动。