直升机的结构及发展毕业论文

直升机的结构及发展毕业论文内容摘要：

二是涵道尾桨；三是无尾桨环量控制系统 传统的尾桨由桨叶和尾桨毂两部分组成。 尾桨毂有轴向铰和水平铰轴向铰允许尾桨叶转动，增大或减小桨叶仰角 ；水平铰允许尾桨叶作挥舞运动。 这种尾桨技术发展比较成熟，但存在结构复杂、安全性不好、气动效率不高，以及产生的噪声大等特点。 涵道尾桨是在垂尾中制成筒形涵道，在涵道内装有桨尾叶和尾桨毂，利用涵道产生的附加气动力来平衡旋翼扭转。 它有气动性能好、阻力小、噪声低及安全西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 性好等优点，但在悬停时消耗的功率比普通尾桨的多。 无尾桨环量控制系统是根据流速大、压力小，流速小、压力大的原理，采用一个低压空气循环系统代替常规尾桨。 该系统除尾桨前部的进气口和尾部的喷气口外，还有压气风扇、带缝尾梁和可转动的喷气锥体。 动力装置是直升机 动力的提供者，它把燃料的化学能转化成机械能，驱动旋翼旋转。 直升机的动力装置主要分为两类，即航空活塞式发动机和航空涡轮发动机。 发动机对直升机的各种特性都有重要影响，直升机对发动机的一般要求是功重比高、耗油率低、高度特性与温度特性好起动容易、加速快、可靠性高、维修性好、振动与噪声小。 直升机对发动机还有两项特殊的要求：一是要求发动机在起动停车和旋翼自转时必须能使旋翼与发动机脱开；二是要求发动机的扭矩 — 转速特性保持足够的稳定性。 在直升机发展初期，均采用技术上比较成熟的航空活塞式发动机作为直升机的动力装置。 但由于其 振动大功重比低控制复杂等许多问题，在 20 世纪 50 年代涡轮轴发动机出现后逐渐被淘汰。 由于活塞发动机具有耗油率低、价格便宜的优点，仍在轻小型直升机上使用。 与活塞式发动机相比，涡轮发动机有明显的优点：功重比大、维修简单、振动小较小的截面改善了直升机的气动性能。 但它也存在如下缺点：动力涡轮转速高，增大了直升机主减速器的传动比，造成减速器大而复杂；燃油消耗率一般比活塞式发动机略高；周围介质对其工作的影响较大；小尺寸的涡轮发动机生产难度大等。 图 13 涵道式尾桨 图 14 传统尾 现代直升机传动系统是一个由各附件组成的整体，它通过各附件将发动机产生的功率传递给旋翼、尾桨和辅助件。 它主要有主减速器、中间减速器和尾减速器、传动轴、自由行程离合器、套齿联轴节、旋翼刹车装置、散热风扇以及主减速器架组成。 构成传动装置的主要零件是齿轮、轴和轴承。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 主减速器是传动机构中最复杂、最大和最重的一个部件，也是直升机上主要部件之一，一般采用齿轮式传动。 它有发动机的功率输入端以及与旋翼、尾桨附件传动轴相连的功率输出端。 主减 速器的工作特点是减速、转向及并车。 它将高转速小扭矩的发动机功率变成低转速、大扭矩传递给旋翼轴，并按转速、扭矩要求将功率传递给尾桨、附件等。 在直升机中主减速器还起着中枢受力构件的作用，直接承受旋翼产生的全部作用力和力矩并传递给机体。 由于主减速器在直升机中的作用独特，因而对其除了提出寿命长、可靠性高和维修性好等基本要求外，还提出了一些特殊要求：一是传递功率适当，重量轻。 二是传动比大，传递效率要高。 三是干运转能力强。 直升机操纵系统一般由周期变距操纵杆、脚蹬、油门总变距杆、自动倾斜器、液压助 力器、加载机构、旋翼刹车以及连杆、摇臂等组成。 这个操纵系统分为三大部分：油门总距变距系统、脚操纵系统和周期变距操纵杆操纵系统。 操纵油门总距变距杆，可以使直升机垂直升降；操纵脚蹬，可以使直升机拐弯；操纵周期变距操纵杆，可以是直升机往任意方向飞行。 直升机操作系统中一个独特的部件是自动倾斜器，它是操纵系统中最复杂的部件。 直升机是利用自动倾斜器改变旋翼桨叶总距和周期变距来实现操纵的。 它装载旋翼桨毂之内或桨毂附近，用于将周期变距操纵和总距操纵杆的动作由不旋转的操纵传动杆传给旋转的桨叶。 对直升机操作系统的基本要求是 ：质量小，刚度大，由摩擦、活动间隙和变形引起的操作系统滞后时间应最短，驾驶杆和脚蹬上的反作用力要缓和，纵向操纵、横向操纵、方向操纵和总距操纵应互不干扰，在机体发生变形时操作系统不应出现卡死和夹住现象，附件应便于检查、安装和拆卸。 传统的机械操作系统存在质量大、体积小、操纵力大、非线性弹性变形、综合性能差等特点。 因此，为了克服这些缺点，电传操作系统逐步发展起来。 所谓电传操纵系统就是将飞行员的操纵信号，经过变换器转换成电信号，通过电缆直接传输操纵信号来操纵直升机的系统，其主要组成包括传感器、中央计算机、作动器和 电源等。 光传操作系统就是以光代替电作为传输载体，以光导纤维作为物理传输媒介，在计算机之间或计算机与远距终端之间传递指令或反馈信息的飞行控制系统。 直升机起落架的主要作用是直升机着陆时吸收垂直下降速度产生的能量，减西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 少触地撞击引起的过载，以及防止在起飞、着陆和地面开车时出现地面共振。 起落架还用于直升机的地面滑行和停放。 直升机起落架的型式有多种，有用于地面的轮式起落架和滑撬式起落架，有用于水上降落的浮筒式起落架，也有同时装有浮筒和机轮的两用起落架。 由于直升机的飞行速度都不高，所以大多起落架都 是不可收放的固定式，通常只有在起落架的支柱和斜支柱上安装整流罩以减小阻力。 在飞行速度较高的直升机上，已采用可收放式起落架。 在单旋翼带尾桨式直升机上的尾梁和尾斜梁的连接处，通常装有尾撑，以防止尾桨叶打地或尾梁和中间减速器与地面相撞。 图 15 轮式起落架 图 16 滑撬式起落架 机身主要用于装载空勤人员、旅客、货物、设备和燃油等，并支持和固定发动机、主减速器、旋翼、尾桨和起落装置等部件，从而构成能满足一定技术和使用要求的直升机。 机身内部所包含的空间构成了驾驶舱、客舱和各种设备舱，用于容纳乘员、货物以及携带燃油和各种电子设备。 机身又是直接承受和产生空气西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 动力的部件，并构成直升机的气动外形。 另外，机身还具有承载和传动的功能。 所在货物、旋翼和尾桨等所产生的各种载荷，主要是通过连接接头以集中载荷的形式作用在机身上，并通过机身构件把这些力和力矩分散传递到各个部位，最终使机身各个部位上的力和力矩均获得平衡。 直升机的机身结构，根据其不同的技术要求各有特点。 按结构的承力形式可分为桁架式结构和薄壁式结构两种，薄壁式机身结构又可分为桁梁式、桁条式和硬壳式三种。 过去机身结构多是用铝、镁等轻金属材料制造的，现在复合材料已大量应用于机身结构。 复合材料的比强度、比刚度比铝合金的高，能大大减轻机身结构重量，而且破损安全性能好。 直升机机载设备是指直升机上保证直升机飞行和完成各种任务的设备。 随着现代直升机的发展，机载设备的重要性越来越突出。 机载设备的先进性已成为现代直升机先进与否的重要标志之一。 保证飞行的飞行设备有各种仪表、电气、供氧、通信、导航、防冰、加温、灭火等设备，这些设备与普通固定翼飞机上的设备类似。 根据执行任务的不同，直升机将 安装不同的任务设备。 救护直升机可安装救援吊车、担架、医疗设备等，农有直升机可安装农药箱、喷雾杆等，武装直升机可携带火控系统、导弹、火箭弹和机炮等武器，反潜直升机装载吊放声呐和反潜鱼雷。 直升机的分类及其特点 直升机的分类按照不同的角度有不同的分类方法。 目前，人们一般按直升机的结构形式、起飞重量、用途、使用的发动机种类和有无人驾驶对直升机分类。 按直升机结构形式分类，主要从平衡旋翼反扭矩的方式、驱动旋翼的方式和提供升力与推进力的不同方式来区分。 直升机按平衡旋翼反扭矩的方式可分为 单旋翼带尾桨式、双旋翼式、多旋翼式，按驱动旋翼的方式可分为机械驱动式、桨尖喷气驱动式，按提供升力与推进力的方式可分为正常式、带翼式、倾转旋翼式、复合式以及其他还在研究之中的新结构。 在这些结构中有的构型通过不断的发展，技术相对较成熟，已研制出实用的型号，并在军用民用领域大量使用，如单旋翼带尾桨式、双旋翼共轴式、双旋翼纵列式、倾转旋翼式、交叉式等；有的因技术难度很大没有发展起来，或是技术上可实现，但与其他构型相比性价比相对西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 较差；有的还在研究之中。 按起飞重量对直升机进行分类，能反映直升 机在技术、经济、使用等方面的差别，直升机的起飞重量问题是直升机研制、生产和使用中人们非常关注的问题。 人们尤其重视运输直升机的吨位、空机重量、有效载荷、客舱容积、外部吊挂能力、航程及续航时间等。 一般来讲，吨位越大的直升机装载量越大，采购价格也越高。 按直升机最大起飞重量不同可将它们大致分为小型、轻型、中型、大型和重型等。 按用途来分类是一种重要的直升机分类方法。 因为直升机的用途是它的主要特征，它的性能、构造和外形基本上是由其用途决定的。 直升机按用途可以分为军用和民用两大类，军用直升机遂行军 事任务，民用直升机担负民用任务。 （ 1）军用直升机 军用直升机是遂行军事任务为目的的直升机的统称。 根据其遂行的主要任务不同，用直升机可分为军用运输直升机、武装直升机和战斗勤务直升机三个类。 （ 2）民用直升机 顾名思义，民用直升机是指用于客运、货运、吊装、公共事务，以及抢险救灾和医疗救护等民事活动的直升机。 民用直升机已广泛应用于国民经济建设的各个方面，按用途大体可以分为：通用运输直升机、旅客运输直升机、公共服务直升机、特种作业直升机以及起重直升机和教练直升机。 按其他分类方法为力研制或使用需要，有时也用其他方 法来区分不同直升机。 主要有以下几类。 （ 3）按发动机数量分类 按照直升机安装发动机数量的多少，可分为单发、双发和多发。 （ 4）按驾驶员座位分类 可分为单驾驶或双驾驶，双驾驶又有横列式和纵列式之分。 （ 5）按起飞场地分类 可分为只能在陆地上起降的陆地直升机，大多数直升机属于这一类；即可在陆地也能在水面起降的水陆两用直升机；以军舰或船只为起降基地的舰载直升机。 （ 6）按有无人驾驶分类 可分为有人驾驶直升机和无人驾驶直升机。 （ 7）按隐身水平分类 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 可分为隐身直升机、准隐身直升机和非隐身直升机。 总之，直升机的分类 方法很多，目前并没有成形非常严格的分类发发，并且，今后随着直升机技术的应用领域的不断发展，直升机的分类方法也会随之发展。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 2 直升机的机身结构 直升机的应力应变 直升机结构在各种力的综合作用下主要承受五种基本变形：受拉变形、受压变形、弯曲变形、受剪变形和扭转变形。 图 21 直升机结构的基本变形 （ 1）受拉变形：拉伸载荷通常使一个部 件被拉伸而发生形变，承受件通常称为拉杆。 （ 2）受压变形：受压载荷通常使一个部件受压而发生变形，当一个部件受压时，它有变弯的趋势，最大压应力存在于变弯的外侧和内侧。 外侧是拉伸，内测时受压。 薄的构件在压力作用下变弯或皱折，良好的设计可使很轻的管能承受很大的载荷。 （ 3）弯曲变形：一个载荷以一个角度作用于一部件上，使它弯曲而发生变形。 这样的部件通常就是梁，典型的工字梁的压缩和拉伸载荷由上下冠部来承担。 中间部分叫做腹板，承载剪切载荷。 它的厚度通常很薄，因为冠部可以防止它变皱。 （ 4）受剪变形：剪切是指在力的作用下 相邻层间的滑动趋势。 对于铆接或螺栓连接的两块板，分别在两端施加拉伸力，试图将二者分开，在铆钉或螺栓上所承受的力就是剪切力，而材料因此产生的变形叫受剪变形。 扭转变形：扭转力是指拉伸力与压力的组合，拉伸力与压力的方向相对于外力为 45176。 二者之间相互为 90176。 材料在扭转力的作用下发生的变形叫扭转变形。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 如果材料中应力逐渐增大，最终将导致材料的断裂。 这是材料能够承受的极限静载荷。 在大多数情况下，这种情况不会出现在直升机结构上。 假设极限静载荷的一部分作用与结构上，结构将产生变形而不会断裂。 一旦去掉外力 ，结构又恢复到它正常的状态。 这样的作用循环可以重复。