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旋翼桨毂用于向旋翼桨叶传递主减速器的旋转力矩,同时承受旋翼桨叶产生的空气动力,并将旋翼的气动合力传给机身。
直升机上有各种形式的主旋翼桨毂,它们都可以归为三类:
一、全铰接式主旋翼桨毂(含挥舞水平关节和摆振垂直关节);
二、半刚性跷跷板式主旋翼桨毂(含有挥舞水平关节);
三、刚性主旋翼桨毂(桨毂不能使旋翼挥舞或摆振)。
一、全铰接式主旋翼桨毂
全铰接式主旋翼桨毂可能是目前应用在中型到重型直升机上最普遍的类别。
具有轴向铰、水平铰、垂直铰
轴向铰(变距铰):改变桨叶安装角,改变升力;
水平铰(挥舞铰):让桨叶上下挥舞,消除或减少飞行中在旋翼上出现的左右倾覆力矩;
垂直铰(摆振铰):消除桨叶在旋转面内的摆动引起的桨叶根部弯曲,减少结构尺寸。
优点:
1.水平铰使主旋翼可以倾斜而不需要使旋翼主轴倾斜。
2.水平铰和垂直铰可以减小旋翼安装处的弯曲应力和载荷。
3.水平铰可以减小因阵风引起的反应,通过桨叶挥舞,不会将影响传递到机身。
4.水平铰和垂直铰提高了直升机的稳定性,尤其是中速到高速的前飞过程中。
缺点:
1.水平铰轴承和轴向铰轴承承受很大的载荷,润滑不良会引起轴承的磨损和失效。
2.桨叶挥舞会产生科里奥利斯效应,需要摆振铰。
3.需要减摆器来控制旋翼的摆振速率,如果这些减摆器的工作时间不一致,会增加直升机的水平振动。
4.需要下垂止动块,以防止旋翼伤害人员和机身。
5.重量增加。
二、半刚性跷跷板式主旋翼桨毂
半刚性主旋翼桨毂只提供周期变距和挥舞,而不可能摆振。可见BELL-206等。
1)优点
由于取消了单独的挥舞关节和摆振关节,简化了结构,也减少了故障的产生,尤其减少了像全铰接式主旋翼桨毂产生的振动。
由于简化了设计,维护也随之简化,节约了时间。
旋翼固定在主旋翼桨毂上,不需要刚性来应付离心力;
由于减少了部件,减轻了重量和减少了阻力。
2)缺点
由于单独桨叶挥舞的限制,阵风会引起不稳定性;
由于缺少挥舞关节和摆振关节,会在旋翼根部产生更大的弯曲应力,因此叶片必须有足够强度以承受这种应力,因此重量增加;
跷跷板式桨毂需要悬挂式设计以减少科利奥里斯效应影响。
三、刚性主旋翼桨毂
刚性主旋翼桨毂只有变距轴。这并非是说该直升机的操纵不需要桨叶的挥舞和摆振,而是它们可以通过桨叶的弯曲来获得。
优点:
结构简单,零件数目少,制造成本低;
提供很高的操纵功效,因而改善直升机的驾驶 品质,这对要求大机动能力的武装直升机特别重;
外形尺寸小,阻力小,重量轻;
全复合材料结构,破损安全性能好,无需维护,寿命长。
缺点:
需要更复杂的操纵系统来保证直升机的稳定性,尤其在前飞时,由于旋翼不能通过挥舞产生平衡的升力,而只能通过使桨叶扭转来实现;
桨叶的设计必须有足够强度来随受各种状态下所产生的载荷;
钢性主旋翼桨毂非常容易受阵风或侧风的影响。
随着新材料、制造工艺及结构动力学技术的发展,旋翼桨毂的设计及使用追求共同特点结构简单、重量清、维护方便、成本低、安全可靠。
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