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旋翼是怎样“炼”成的

对直升机来说,重要的部件太多,但旋翼无疑会被放在首位。直升机的升力和前飞、滚转、俯仰的操纵力,都要靠旋翼实现。总体看,直升机的旋翼按桨叶和桨毂连接方式,大体可分为全铰接式、无铰式、半无铰式和无轴承式四种。下面我们就来共同了解一下直升机这些不同的旋翼到底是怎样炼成的。

1.全铰接式旋翼

全铰接式旋翼(也称铰接式旋翼)是指桨毂设置挥舞铰(水平铰)、摆振铰(垂直铰)和变距铰(轴向铰)来实现桨叶挥舞、摆振和变距运动的一种旋翼。

全铰接式旋翼

全铰接式旋翼是早期直升机最普遍的一种结构形式,该旋翼的最大特点是桨毂上有三个双耳片,并分别以铰接构件与三片桨叶相连。当桨毂绕旋翼转轴转动时,带动桨叶一起旋转。同时,桨叶还可以绕三个铰(轴向铰、垂直铰和水平铰)的轴线转动,在一定范围内与桨毂做相对运动。

(1)水平铰

水平铰,它的作用在于,当发动机工作时,旋翼就会以一定的转速转动。在飞行过程中(比如说前飞),因飞行速度的存在,使得旋翼前行桨叶的相对气流速度大于后行桨叶的相对气流速度,从而使前行桨叶产生的升力大于后行桨叶产生的升力。如果缺少了水平铰,则由两侧桨叶升力大小不等所构成的滚转力矩,将使直升机倾斜。有水平铰时,情况则不同。前行桨叶升力大,便绕水平铰向上挥舞;后行桨叶升力小,便绕水平铰向下挥舞。这样,横侧不平衡的滚转力矩就不会传到机身,从而避免了直升机在前飞中产生倾斜。

(2)垂直铰

垂直铰则是在直升机前飞时,桨叶在绕旋翼轴转动的同时还要绕水平铰挥舞。桨叶做挥舞运动时,桨叶重心距旋翼轴的距离不断变化。

(3)轴向铰

轴向铰,它主要是以操纵系统让桨叶绕轴向铰偏转,以改变桨叶角(或称桨升机距角)的大小,从而改变桨叶的拉力。否则,桨叶角减小,拉力减小;桨叶角增大,拉力增大。

全铰接式旋翼其典型的铰接式桨毂铰的布置顺序(从里向外)是挥舞铰、摆振铰、变距铰。这种铰接式旋翼的桨毂构造相对复杂,结构易疲,使用寿命低。同时,容易增加检修维护的工作量。

2.无铰式旋翼

无铰式旋翼,是指取消了挥舞铰和摆振铰,仍保留变距轴承的一种旋翼。

20世纪中叶以前,铰接式旋翼是主要的旋翼形式,长期应用,技术相对比较成熟。但由于结构过于复杂,操纵功效不高,加之角速度阻尼小、维护工作量大等固有的缺点,这种形式的旋翼逐步引起争议。

因此,从20世纪50年代起,很多国家都开始了无铰式旋翼的研究。经过努力,随后的20年,无铰式旋翼的运用逐渐铺展开来。如英国的山猫和德国的BO105直升机,一个采用挥摆耦合,一个采用消除耦合,两种直升机分别代表了两种不同的设计思路。

当然因为只是没有挥舞铰和摆振铰,却仍然保留了变距用的轴向铰,因此还不是真正意义上的“无铰”。

总体看,无铰式旋翼由于保留了承受很大力矩和离心力的变距铰,所以结构太重,难以“瘦身”,其他方面的简化同样受到了限制。

无铰式

3.半无铰式(半固接式)旋翼

半无铰式(半固接式)旋翼的特点是只有两片桨叶,彼此连成整体,共用一个中心水平铰,没有垂直铰,但仍有轴向铰,一眼看上去就像一个跷跷板,所以也有了“跷跷板式旋翼”之称。

美国贝尔公司生产的贝尔412直升机,就是在贝尔212基础上研发的跷跷板式旋翼直升机机型,主要改进是由直径较小的4桨叶旋翼取代了212的2桨叶旋翼系统。

总的来讲,半无铰式(半固接式)旋翼的结构比较简单,但操纵性较差。

4.无轴承式旋翼

无轴承式旋翼是一种没有垂直铰和水平铰,也不安装轴向铰,而仅靠桨叶根部的扭转变形来使桨叶变距运动的旋翼。其特点是结构简单,灵敏度高,维修方便,更重要的是使用周期长。因为这些优点,受到很多国家的重视,也成为四代直升机的显著标识。目前采用这种技术的国家很多,如欧洲(EC635)、美国(RAH-66、AH-1Z)、俄罗斯(ANSAT)、中国(直10)。

半无铰式(半固接式)旋翼

随着科技的进步,未来更加先进的旋翼型式将不断涌现并受到青睐,而军用直升机旋翼的发展也将朝着更智能、更高端的方向发展。 iK8mUnt5j2Ktd80gDTZnwpMuaMEcQhLbcaq6dnV/U/ZpeehW/yIhgGpK8UktsrOo

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