直升机旋翼设计技术应用现状及发展综述.pdf

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1、ApplicationandDevelopmentofRotorDesignTechnologyforHelicopter黄文俊毕业于南京航空航天大学直升机设计专业，硕士学位，研究员，现任中航工业直升机所旋翼研究室主任、旋翼专业副总师。主要从事旋翼设计和旋翼动力学以及相关的预先研究工作。32航空制造技术·2011年第17期中航工业直升机所黄文俊李满福本文从旋翼构型技术、桨毂设计技术、桨叶设计技术以及尾桨设计技术的现状和特点对直升机旋翼结构设计技术进行综述，以期为国内的直升机旋翼设计专业的发展提供参考。直

2、升机旋翼系统包括主旋翼和尾桨，是直升机唯一的升力面、推力面和操纵面，是直升机特有的关键动部件，也是直升机区别于其他飞行器的最显著特点。旋翼设计技术复杂，涉及直升机总体、空气动力学、飞行力学、动力学、结构力学、疲劳与强度、材料工程、制造工艺、试验试飞等学科，是衡量直升机技术水平的重要标志⋯。同时，旋翼系统又与直升机平台上其他系统有着千丝万缕的关系，旋翼设计技术的发展可以推动直升机行业其他技术的发展，从而提升直升机整体研发水平的提高。可以说，谁掌握了更为先进的旋翼系统设计技术，谁就在直升机研发中抢得先机，站

3、在头列。直升机旋翼结构设计技术发展特点直升机旋翼系统通常由主旋翼和尾桨构成，主旋翼包括主桨叶、主桨毂、自动倾斜器等，常规尾桨一般包括尾桨叶、尾桨毂以及尾操纵组件等，旋翼系统结构见网l。旋翼结构设计技术发展过程中主要经历了构型技术的发展，构型的发展又与桨毂设计技术的发展离不开，桨叶技术的发展包含了气动技术、动力学技术、尾桨技术的发展等。图1旋翼系统结构示意图1’旋翼构型技术旋翼构型技术的发展到目前主要经历了铰接式、无铰式和无轴承式等主要发展过程，其发展直接影响着旋翼系统及直升机的升级换代。第一代和第二代直

4、升机以全铰接式和半铰接式以及带金属变距铰的无铰式旋翼构型为主；第三代直升机则随着弹性元件及复合材料的广泛应用发展为星形柔性和球柔性新型铰接式旋翼构型，以及带摆振铰和带弹性材料变距铰的新型无铰式旋翼构型；第四代直升机发展为取消了旋翼挥、摆、扭运动所需轴承的无轴承式旋翼构型，见图2。在旋翼构型的进化过程中，先进材料和先进工艺技术的发展和应用成为旋翼设计实现革命性飞跃的关键因素之一，在旋翼的设计中扮演着极其重要的角色。对于旋翼设计来说，主要有2个发展方向：粘弹性材料的发展，可以充当桨毂轴承或提供减摆器阻尼等；

5、先进复合材料技术的发展，由于其纤维结构特性，不但大大减轻重量，而且使其有破损安全寿命等优点，除能应用于桨叶设计外，还可大量应用于桨毂的设计。国外各大直升机公司根据自己的技术特点，不惜投入大量的人力和财力长期进行旋翼设计构型技术研究，分别开展了包括铰接式、星形柔性、球柔性和无轴承旋翼构型的研究，探索新构型旋翼系统在直升机上的应用，逐渐形成了具有各公司特色的旋翼构型技术，其结果是百花齐放，先进构型不断涌现，形成了世界直升机旋翼构型技术多样化共同发展的局面。例如，美国贝尔公司发展的跷跷板半铰接式旋翼构型技术、

6、美国西科斯基公司双线摆铰接式旋翼构型技术、美国波音公司人字形拉扭条无铰式旋翼构型技术、美国麦道公司无轴承旋翼构型技术、欧直(法国)公司的星形柔性和球柔性旋翼构型技术、欧直(德国)公司的新型无铰式旋翼构型技术、俄罗斯公司金属全铰接式旋翼构型技术等口l。2桨毂设计技术旋翼桨毂主要由中央壳体、支臂连接件、减摆(阻尼)器、金属或弹性轴承等组成。桨叶通过桨毂与旋翼轴相连接，作用在桨叶上的载荷通过桨毂传递给旋翼轴及操纵系统再传递给机体结构，桨毂在承受由桨叶传递的离心力的同时还要承受挥舞和摆振交变载荷【3】。直升机旋

7、翼构型技术的发展史主要是桨毂构型技术的发展史，在桨毂构型的发展过程中，其主要零部件随着桨毂构型、先进材料、先进工艺的发展而不断改进。全铰接式桨毂具有挥舞铰、摆振铰和变距铰三铰分开及挥舞摆振两铰重合2种形式，其技术特点是用轴承摆动实现桨叶的挥舞、摆振和变距运动，为保证金属轴承具有良好的工作环境，桨毂通常设有润滑系统和密封系统。因此该构型具有零件数目多、结构复杂、重量大、可靠性低、使用维护成本高等特点。目前发展了用弹性轴承替代金属轴承的全铰接式旋翼，大大降低了重量和零件数量。与全铰接式旋翼构型相比，半铰接式

8、旋翼构型通常指只具有挥舞铰和变距铰，没有摆振铰的结构型式。在半铰接式旋翼构型发展过程中形成了跷跷板式和万向铰式2种旋翼构型。跷跷板式旋翼型技术特点是其2片桨叶通过各自的轴向铰和旋翼桨毂壳体相连接，没有垂直铰，桨毂壳体通过挥舞铰和旋翼主轴相连接，桨叶的挥舞运动通过挥舞铰来实现。万向铰式旋翼技术特点是各片桨叶通过各自的轴向铰和中央桨毂壳体相连接，没有垂直铰，桨毂中央壳体通过万向接头和旋翼轴相连接，桨叶图2旋翼构型技术与直升机主要发展历程2011