双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告(编辑修改稿)

双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告(编辑修改稿)内容摘要：

述得知，从操纵驾驶杆使自动倾斜器倾斜，到旋翼锥体改变双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 20 方向，再到直升机的状态开始改变，要经过一段时间。 当飞行员操纵驾驶杆产生位移时，开始感到飞行状态没有立即反应或直升机姿态改变很慢，误认为操纵量不够，或者为较快地改变飞行状态，而加大了操纵量。 但当飞行状态发生变化后，由于直升机的角速度阻尼小，操纵灵敏度较高，使直升机姿态变化量很大，往往超过预定的飞行状态，在悬停时此种现象更为明显。 为保持或改变直升机的飞行状态，就要求在操纵驾驶杆时，要有往返的反复动作。 例如，驾驶员操纵 直升机作稳定悬停时，在直升机离地后，为保持力和力矩的平衡，必须保持适当飞行状态。 如果机头下俯时，应向后拉一定量的驾驶杆，经过一段时间后，直升机在上仰力矩的作用下，机头开始上仰。 此时，驾驶员应根据机头上仰角速度的大小和接近预定状态的程度，及时、适量地向前回杆。 当机头上仰到预定状态时，再稍向后带杆，就能使直升机保持某一状态稳定悬停。 这种杆的往返动作，就是操纵驾驶杆的反复性。 (三 )操纵的协调性 直升机运动状态的变化同操纵杆、舵和油门总距杆是互相联系着和互相影响着的。 例如上提油门总距杆后，旋翼拉力和反作用 力矩都增大，在直升机增加高度的同时又要向一边偏转。 因此，必须相应地蹬舵，才能保持航向平衡。 加大舵量后，尾桨拉力所形成的滚转力矩也增大，为保持侧向平衡，还必须向另一侧压杆。 而且，上提油门总距杆越猛，力和力矩的变化也就越突然，驾驶杆和舵配合保持平衡就越困难。 反之，操纵得越柔和，保持平衡就越容易。 双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 21 此外，操纵还必须考虑到旋翼的陀螺效应对飞行状态的影响，当操纵驾驶杆时，旋翼的陀螺效应使直升机产生进动作用，对飞行状态的影响如图 2． 1— 36 所示。 进动大小决定于操纵杆动作的粗猛程度。 柔和协调地操纵驾驶杆，直升机转动慢，还 可减小旋翼进动所带来的不利影响，有利于直升机从一种状态转换到另一种所需状态。 第三章直升机构造特点 第一节升力系统 旋翼系统由浆叶和浆毂组成。 旋翼形式是由浆毂形式决定的。 它随着材料、工艺和旋翼理论的发展而发展。 到目前为止，已以实践中就用的旋翼形式有铰接式、跷跷板式、无铰式和无轴承式，它们各自的原因如图 2． 2～ 1 所示。 一、浆毂连结构特点 (一 )铰接式 铰接式 (又称全铰接式 )旋翼浆毂是通过浆毂上设置挥舞铰、摆振双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 22 铰和变距铰来实现浆叶的挥舞、摆振和变距运动。 典型的铰接式浆毂铰的布置顺序 (从里向外 )是由挥舞铰 、摆振铰到变距铰，如图 2． 2— 2所示。 也有挥舞铰与摆振铰重合的。 (二 )浆毂减摆器 铰接式旋翼在摆振铰上都有带有浆毂减摆器，简称为减摆器，为浆叶绕摆振铰的摆振运动提供阻尼。 减摆器对于防止出现“地面共振”，保证其有足够的隐定性裕度是必要的。 液压减摆器 主要是用油液流动速度的损失来产生压力差从而起到阻尼作用。 图 2． 2— 5 为这种减摆器的原理，图 2． 2— 6 表示了这种减摆器在浆毂上可能的安装情况。 当浆叶绕垂直铰来回摆动时，减摆器壳体与活塞杆之间产生往复运动。 这时，充满壳体内的油液也就要以高速度流进壳体与活塞之间 的缝隙 (或者是活塞上的节流孔 )，活塞的左右就产生了压力差，从而形成减摆力矩。 粘弹减摆器 70 年代开始出现了用粘弹性材料硅橡胶制成的粘弹减摆器。 这种减摆器是利用粘弹性材料变形时很大的内阻尼来提供所要求的减振阻尼，其构造原理见图 2． 2— 7。 减摆器由当中的金属板及其两边的两双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 23 块外部金属板构成。 内部金属板及两块外部金属板之间各有一层硅橡胶，金属板与橡胶硫化粘结在一起，内部金属板一端与轴向铰轴颈相连，而外部金属板则与中间连接件相连接。 (三 )万向接头式及跷跷板式 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，图 2． 2— 8 所示为 Bell 47 型直升机万向接头式旋翼浆毂的构造。 两片浆叶通过各自的轴向铰和浆毂壳体互相连接，而浆毂壳体又通过万向接头与旋翼轴连结。 改变总距是通过轴向铰实现的，而周期变距是通过万向接头绕 Q— Q 铰的转动实现。 跷跷板式旋翼和万向接头式旋翼的主要区别浆毂壳体中通过一个水平铰与旋翼轴相连，这种浆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。 (四 )无铰式 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。 这种形式的旋翼会产 生一些新的动力稳定性问题。 (1)B0— 105 型直升机的无铰式旋翼 双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 24 BO 一 1 05 型直升机无铰式旋翼，它的浆毂尺寸比较紧凑，刚度也很大，变距铰在浆叶根部与浆毂相连，这种浆叶是属于摆振柔软型旋翼浆叶，摆振频率ω u1=0． 65，旋翼结构锥度角为 2． 50。 (2)“山猫”直升机的无铰式旋翼 图 2． 2— 11 所示为山猫直升机的浆毂结构，它与 BO 一 105 直升机浆毂相比刚度要小，浆叶的挥舞运动由和浆轴相联的挥舞柔性件弯曲变形实现，而摆振运动则是由变距铰壳体的延伸段的弯曲变形实现。 这种旋翼是采用了消除耦合的设计，它的摆振频 率ω u11=0。 43，也是摆振柔软的旋翼。 (3)星形柔性浆毂 图 2． 2— 12 所示为法国航宇公司的 SA 一 365N“海豚”Ⅱ型直升机的星形柔性旋翼浆毂构造，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。 中央星形件通过螺栓直接固定在旋翼轴接合盘上，球关节轴承连接浆叶，而内端通过固定在星形件孔内的球面层压弹性体轴承与星形件相连接。 星形件上伸出的四个支臂在挥舞方面是柔性的。 双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 25 无轴承旋翼就是取消了挥舞铰、摆振铰和变距铰的旋翼，浆叶的挥舞、摆 振和变距运动都以浆叶根部的柔性元件来完成。 西科斯基公司制出一种所谓“交叉梁 式的无轴承旋翼方案，原理简图见图 2． 2— 1 7。 二、浆叶的结构特点 旋翼系统中，浆叶是提供升力的重要部件，对浆叶设计除去气动力方面的要求之外，还有动力学和疲劳方面的要求。 例如所设计的浆叶的固有频率不与气动激振力发生共振，浆叶挥舞、摆振基频率满足双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 26 操纵稳定性和“地面共振 等要求；浆叶承力结构能有高的疲劳性能或采用破损安全设计等等。 旋翼浆叶的发展是建立在材料、工艺和旋翼理论基础上的。 依据浆叶发展的先后顺序，它有混合式浆叶、金属浆叶 和复合材料浆叶三种形式。 由于混合式浆叶在 50 年代后期逐渐被新式浆叶所代替。 (一 )金属浆叶 金属浆叶是由挤压的 D型铝合金大梁和胶接在后缘上的后段件组成。 后段件外面包有金属蒙皮，中间垫有泡沫塑料或蜂窝结构，如图2． 2— 1 9 所示。 这种浆叶比混合式浆叶气动效率高，刚度好，同时加工比较简单，疲劳寿命较高。 (二 )复合材料浆叶 图 2． 2— 20 所示为“海豚 直升机的复合材料浆叶结构，主要承力件“ C形大梁主要承受离心力并提供了大部分挥舞弯曲刚度，它是由抗拉及弯曲方面比刚度和比强度较高的零度单向玻璃纤维预浸带构成。 在翼 型前部和后部各布置了一个“ Z”形梁。 前后“ Z”形梁与蒙皮胶接在一起，使浆叶剖面形成多闭室结构； 三、自动倾斜器 自动倾斜器是直升机操纵系统的一个主要组成部分，旋翼的总距及周期变距操纵都要通过它来实现。 双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 27 图 2． 2— 21 所示为“云雀 III 直升机的自动倾斜器。 它用球铰直接套在旋翼轴外面，球铰外面通过两个青铜轴瓦与旋转环连接，旋转环通过旋转扭力臂与浆毂相连，不旋转环通过双排径向止推轴承和旋转环连接。 在不旋转环上有三个操纵接头互成 90。 布置，其中成 180。 布置的两个接头与两根横向拉杆连接，中间的一个接头与纵向拉 杆连接。 三根拉杆同时上下运动可实现总距操纵，横向拉杆的差动运动实现横向操纵。 为了防止不旋转环转动，采用了防扭臂。 四、尾浆 尾浆是用来平衡反扭矩和对直升机进行航向操纵的部件。 另外，旋转着的尾浆相当于一个垂直安定面，能对直升机航向起稳定作用。 虽然尾浆的功用与旋翼不同，但是它们都是有很多相似之处。 尾浆的结构形式有跷跷板式、万向接头式、铰接式、无轴式、“涵道尾浆”式等等。 70 年代以来，又发展了无轴承尾浆 (包括采用交叉式布置的无轴承尾浆 )及“涵道尾浆”。 “涵道尾浆”是把尾浆置于机身尾斜梁的“涵道”之中。 图 2． 2～ 22 为直升机的“涵道风扇”尾浆。 双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 28 第二节机体结构 一、概述 机体用来支持和固定直升机其他部件、系统，把它们连接成一个整体，并用来装载人员、物资和设备，使直升飞机满足既定技术要求。 机体是直升机的重要部件。 图 2． 2— 24 为 UH 一 60A 直升机的机身分段图。 机体外形对直升机飞行性能、操纵性和稳定性有重要影响。 在使用过程中，机体除承受各种装载传来的负荷外，还承受动部件、武器发射和货物吊装传来的动负荷。 这些载荷是通过接头传来的。 为了装卸货物及安装设备，机身上要设计很多舱门和开口，这样就使机体结构复杂化。 二、起落装置 (着陆、着水、着舰装置 ) 直升机起落装置的主要作用是吸收在着陆时由于有垂直速度而双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 29 带来的能量，减少着陆撞击引起的过载，以及保证在整个使用过程中不发生“地面共振”。 此外，起落装置往往还用来使直升机具有在地面运动的能力，减少滑行时由于地面不平而产生的撞击与颠簸。 在陆地上使用的直升机起落装置有轮式起落架和滑橇式起落架。 如果要求直升机具备在水面起降或应急着水迫降能力，一般要求有水密封机身和保证横侧稳定性的浮筒，或应急迫降浮筒。 对于舰载直升机，还需装备特殊着舰装置，如拉降设备等。 (一 )轮式起落架 和固 定翼飞机相似，直升机轮式起落架由油气式减震器和橡胶充气机轮组成。 直升机起落架减震器除了具有吸收着陆能量、减小撞击等功能以外，还需要通过减震器弹性和阻尼的配置消除“地面共振”。 为了在所有使用状态减震器都能提供阻尼消除“地面共振”的发生，直升机上普遍采用双腔式减震器。 为某直升机起落架双腔式减震器。 这个减震器的特点是油液及气体是分开的，活塞 2 的上部是油室，下部是气室，活塞 1 又把气室分为低压腔及高压腔。 油液及气体不分开的减震器，油液会吸收气体而改变工作特性，同时由于泡沫的形成也会导致油液填充量不准确，油气分开后 就避免了这个缺点。 减震器分高压腔和低压腔之后，直升机起飞和降落时，起落架只要一触地面，低压腔就开始工作，当有一定压缩量之后，高压腔参与工作，这样，可保证起落架在各种状态下具有避免“地面共振”所需的刚度，并在触地的全过程都提供阻尼，消除“地面共振”。 此外，为双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 30 提供所需的侧向刚度，对直升机机轮也有些特殊要求。 (二 )滑橇式起落架 这种起落架在着陆时依靠结构的弹性变形来吸收能量，起到缓冲作用。 这种起落架结构简单、成本低、重量轻，不足之处是不具备超载滑跑起飞的能力。 为了能在地面移动，往往需要在滑橇上安装辅助机轮。 滑 橇结构弹性变形吸能起到缓冲作用，但阻尼很小，因此，采用滑橇式起落架的直升机为了避免“地面共振”，在滑橇结构上应考虑设计有阻尼器。 三、直升机着水和着舰装置 如果直升机在水上使用，可以将机体底部做成船底，同时为了增加横向稳定性，在机体两侧加装浮筒，也可以在机身或起落架上安装应急迫降浮筒，在直升机着水前充气展开，以使直升机能飘浮一段时间，供人员撤离直升机。 由于舰船运动 (纵摇、横摇、升沉 )将导致直升机着舰时滑移或翻倒，这就是直升机在中小型舰船上起降、停放的困难所在。 鱼叉装置是解决这一问题的方法之一。 它的基本原理 是通过鱼叉作动筒和锁钩座提供一个向下拉力，使直升机牢牢固定在舰面的桥栅上，从而阻止直升机滑动和倾覆，保证直升机在舰上安全起降和快速系留。 第三节直升机的动力装置 直升机动力装置大体上分为两类，即航空活塞式发动机和航空涡轮轴发动机。 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双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机项目可行性研究报告 31 作为直升机的动力装置。 但由于其振动大，功率质量比和功率体积比小、控制复杂等许多问题，人们就利用已经发展起来的涡轮喷气式技术寻求性能优良的直升机动力装置，从而研制成功直升机用涡轮轴发动机。 实践证明，涡轮轴发动机较活塞式发动机 更能适合直升机的飞行特点。 当今世界上，除部分小型直升机还在使有活塞式发动机外，涡轮轴发动机已成。