直升机传动系统和旋翼系统关键技术(2)

此后，桨尖形状又向三维变化（下反桨尖）发展。下反桨尖可拉开先行桨叶的桨尖涡与后继桨叶相遇距离，有利于减弱旋翼涡一桨干扰。美国两科斯基公司于２０世纪８０年代后期在Ｓ一７０的缩比桨叶上进行了下反桨尖的旋翼台悬停对比试验，并于２０世纪９０年代初期应用于改型

的“黑鹰”直升机上，提高了悬停效率。

直升机旋翼桨叶制造技术的最大进步是实现了复合材料制造桨叶。有人曾这样评价复合材料在直升机上应用的重要意义：直升机工业经历了两次革命：第一次是涡轴发动机代替了活塞发动机，第二次是复合材料在直升机上的应用。丽实际上复合材料在直升机上应用主要指的就是旋翼桨叶和旋翼桨毂。旋翼由木质混合桨叶发展到全复合材料桨叶，其寿命由最初的几百小时达到了现在的１００００ｈ以上甚至无限寿命。复合材料在桨叶上的使用还为桨叶的外形变化（包括翼型、扭转、尖削等）的实现带来了方便，通过不同方向的铺层设计从而提高桨叶的抗疲劳特性。实现从气动优化到强度优化的一体化设计。同时，使桨叶的制造成本也大大降低。２旋翼桨毂

直升机旋翼桨毂结构，对直升机气动性能、振动、重量、维修成本、操纵性、稳定性、生存力等都有重大影响，设计一个结构简单、可靠、低成本、高效的桨觳成为直升机界一致关注的关键技术。复合材料在旋翼系统的另外重要应用是直升机桨毂采用了复合材料。法国宇航公司于２０

（４旌较低的Ｍａ数及大迎角时，

有较好的失速特性，以延缓后行桨叶的气流分离。

（５）在整个飞行包线内，有较小的俯仰力矩系数，以降低桨叶的操纵负荷。

旋翼的桨尖区域是桨叶的高速

２０１０年第１６期 航空翻造技术３５

世纪７０年代后研制成功的星形柔性桨毂是复合材料在旋翼桨毂上的首次应用，由复合材料的无轴承旋翼桨毂代替了金属轴承桨毂。其后，各发达国家的直升机公司纷纷开始研制复合材料无轴承桨毂。先后在多个直升机型号上应用。如德国ＭＢＢ直升机公司首先将复合材料应用于桨叶制造，并研制出用于Ｂｏ一１０５的无轴承旋翼系统，后与日本川崎重工合作研制了ＢＫ一１１７多用途直升机，同样采用了钛合金的无铰旋翼。英国韦斯特兰直升机公司利用“狗骨头”设计解决了桨叶动力学中不利的挥舞一摆振耦合问题。设计出独特的“山猫”旋翼，接着又开发了ＢＥＲＰ旋翼技术。直升机桨叶在飞行中除了绕旋翼轴旋转外，还要有变

距、挥舞和摆振运动，金属铰接式旋翼的桨毂是通过３个金属轴承来实现桨叶的３个运动的。由于这些运动具有速度慢、非全周运动的特点，因此，轴承总处于非均匀载荷下工作，且载荷交变，导致轴承寿命低、可靠性差。采用复合材料桨毂后，通过复合材料的特殊弹性变形特点实现桨叶根部的３个运动。从而大大增加了桨毂的寿命，提高了可靠性，减小了桨毂的零件数量和霞量。到目前为止，已在实践中应用的旋翼形式有铰接式、跷跷板式、无铰式和无轴承式，它们各自的特点如下所示。

（１）桨毂主要结构形式。ａ．铰接式。铰接式（又称全铰接式）旋翼桨毂是通过在桨毂上设置挥舞铰、摆振铰和变距铰来实现桨叶的挥舞、摆振和变距运动。典型的铰接式桨毂铰的布置顺序（从里向外）是由挥舞铰、摆振铰到

３６航空制造技术 ２０１０年第１６期

变距铰。

在轴向铰中除了用推力轴承来负担离心力并实现变距运动外，另一种流行的方式是利用弹性元件拉扭杆来执行这个功能。这样在旋翼进行变距操纵时必须克服拉扭杆的弹性及扭矩，为了减小操纵力，就必须使拉扭杆有足够低的扭转刚度。

铰接式桨毂构造复杂，维护检修的工作量大，疲劳寿命低。因此在直升机的发展中一直在努力改善这种情况。在２０世纪６（）年代后期开始发展的层压弹性体轴承（橡胶轴承）也是解决这个问题的一个较好的方案，现已实际应用。

２０世纪４０年代中期，在全铰式

旋翼得到广泛应用的同时，贝尔公司发展了万向接头式旋翼，并将其成功地应用在总重量一吨级的轻型直升机Ｂｅｌｌ４７上。５０年代中期又把万向接头式进一步发展成跷跷板式，研制了总重量达４ｔ多的中型直升机ＵＨ—ｌ和９ｔ级的Ｂｅｌｌ２１４直升机。虽然这两种旋翼形式除了贝尔公司外很少采用，但仅仅Ｂｅｌｌ４７型及ＵＨ—ｌ系列直升机产量就很大，应用也很广泛。

万向接头式旋翼桨毂是２片桨叶通过各自的轴向铰和桨毂壳体互相连接，而桨毂壳体又通过万向接头与旋翼轴相连。挥舞运动通过万向接头实现。改变总距是通过轴向铰实现的，而周期变距是通过绕万向接头转动实现。

跷跷板式旋翼和万向接头式旋翼的主要区别是桨毂壳体只通过一个水平铰与旋翼轴相连，这种桨毂构造比万向接头式简单一些，但是周期变距也是通过变距铰来实现。一般变距铰采用拉扭杆来负担离心力。

这２种桨毂形式与铰接式相比，其优点是桨毂构造简单，去掉了摆振铰、减摆器，２片桨叶共同的挥舞铰不负担离心力而只传递拉力及旋翼力矩，轴承负荷比较小，没有“地面

共振”问题。但是，这种旋翼操纵功效和角速度阻尼比较小，为了加大角速度阻尼，这种形式的旋翼都要带机

械增稳装置——稳定杆，没有办法改

善操纵功效，对于机动性要求较高的直升机，上述缺点就很突出。

ｃ．无铰式。

从２０世纪４０年代到６０年代，铰接式旋翼是主要的旋翼形式。在长期的应用中这种形式发展得比较成熟，经验也比较多。但是，由于结构复杂、维护工作量大、操纵功效及角速度阻尼小等同有的缺点，这种形式不够理想。因此，从２０世纪５０年代起，除了简化铰接式旋翼结构外，还开始了无铰式旋翼的研究工作。经过长期的理论与试验研究，２０世纪６０年代末及７０年代初无铰式旋翼进入了实用阶段。带有无铰式旋翼的直升机如德国的Ｂｏ一１０５，英国的“山猫”（ＷＧ一１３）等，它们取得了成功并投入了批生产。与铰接式旋翼相比，无铰式旋翼的结构的力学特性与飞行的力学特性联系更为密切。这种形式的旋翼的突出代表机型是直９直升机的星形柔性桨毂：它主要是由中央星形件、球面层压弹性体轴承、粘弹减摆器（也称频率匹配器）、夹板和白润滑关节轴承等组成。

ｄ．无轴承式

以上这些结构形式的桨毂（包括无铰式）都仍然保留了“铰”。因而，结构难以进一步简化，结构重量的减轻也受到限制。因此，旋翼桨毂合乎逻辑的进一步发展就是取消“铰”。无轴承桨毂正是在这种思想指导下发展起来的。无轴承桨毂的主要结构是由单向复合材料制成的柔性梁，柔性梁外端同桨叶相连接，内端同固定在旋翼轴上的连接盘相连。柔性梁在保证一定的弯曲刚度和强度的情况下，扭转刚度很低，起到了挥舞、摆振和变距铰的作用。法国宇航公司的三向柔性桨毂、美国西科斯基公司的交叉梁式桨毂、德国

Ｍ

ＢＢ公司的双柔性梁结构等都是无轴承桨毂的典型代表。无轴承桨毂的优点：桨毂结构简单，零件数量少；具有很大的操纵功效，因而改善了直升机的驾驶品质，这对要求大机动能力的武装直升机特别重要；全复合材料结构，破损安全性能好，只需视情维护，寿命长；外形尺寸小，阻力小，重量轻。

由于无轴承桨毂取消了所有的“铰”，桨叶的挥舞、摆振、变距都要靠柔性梁的挠曲变形来实现。这样，无轴承旋翼的一个突出的特点就是强烈的变距一挥舞一摆振弹性耦合，这个耦合既影响旋翼结构动力学特性，又影响直升机飞行动力学特性。因此，旋翼设计中气动与结构的密切耦合在无轴承旋翼上表现得最 …… 此处隐藏：2410字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……