直升机结构与系统第2章课件.ppt

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1、直升机结构与系统,第 02 章 直升机飞行操纵系统,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,2.1主旋翼操纵,简介,直升机的机动飞行是绕着 3 条轴线来转动的：横轴、纵轴和立轴。绕纵轴做横滚运动，绕横轴做俯仰运动，绕立轴做航向运动。,直升机在正副驾驶位置也可以是双套操纵装置，而有些直升机的副驾驶操纵装置还会被设计成可拆卸的，以便满足飞行的需要。,三种操纵系统用来实现直升机的机动飞行：总距操纵、周期变距操纵和脚蹬操纵。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,周期变距杆是用来倾斜主旋翼旋转的，即向前、向后、向左或向右以及这些方向的合成。脚蹬用于操纵和改变尾桨叶的桨距角，但只能改变桨叶

2、的总距，而不能够进行周期变距输入。脚蹬操纵除了用来抵消扭矩作用外，脚蹬还可以实现对直升机航向的控制，即机头转左或转右。,总变距杆移动可以同时等量的改变所有主桨叶的桨距角，从而改变旋翼有效力。,直升机的飞行操纵是相互影响的,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,在现代的直升机设计上，旋翼在飞行中的转速是基本不变的，这是由燃油调节器或计算机控制的全权数字发动机控制系统（FADEC）来实现的。而在一些老式的直升机或一些最大起飞重量在5700kg 以下的直升机上，则可能是由一个安装在总变矩杆上的油门操纵手柄来控制的。许多直升机，除了最基本型外，在飞行操纵系统内大多有电气系统来使直升机增稳，大型

3、直升机使用的则是自驾系统。增稳系统能使直升机不受外界（如阵风等）的干扰影响，保持已定的高度、已定的航向和速度。增稳系统能使直升机保持稳定，不需要飞行员进行不断的修正，从而减轻了飞行员的工作强度。许多大型直升机安装了全套的自驾系统，直升机可以按照预先输入的、行计划、行只需要飞行员最少量的操作，从而进一步减轻飞行员的工作强度。通常，飞行操纵系统从总距杆和周期变距杆到主旋翼伺服作动器的操纵传递是一种推拉杆形式。而尾桨操纵系统从脚蹬到尾桨叶片则是通过钢索来完成的，同时还有张力调节器，在两端使用推拉杆。而在一些大型直升机上有完全采用推拉杆系统来作为尾桨操纵的。,尾桨操纵采用钢索的最主要原因是：尾桨的操纵

4、系统所经路径通常较主旋翼操纵系统长，使用钢索则相对可以减轻重量，并且还可以随直升机机身结构变化面伸缩。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,操纵系统部件,钢索系统操纵钢索。一般是镀锌碳合金或不锈钢材料制造。松紧螺套。用来调节钢索的张力。导缆孔和导缆器。应用在直升机上任何可能导致操纵钢索与机身结构相影响的地方。一般为特氟隆材料，由两半组成，将钢索卡在中间，通常安装在机身的一个支架上。导缆器可以减少钢索的抖动，而且可以保持钢索的直线性。滑轮和钢索保护器滑轮应用在需要钢索改变方向的地方。它的中心是一种密封轴承。钢索保护器安装在滑轮支架的外侧，用以保护钢索不会弹出滑轮槽。,直升机结构与系统

5、第2章 直升机飞行操纵系统,链条链条是和齿轮或链轮齿一起用来把圆周运动转换为直线运动或把直线运动转换成圆周运动的。,钢索张力调节器飞行操纵系统通常需要钢索张力调节器来保持钢索的张力，钢索张力调节器可以在各种环境下保持钢索的张力在规定的数值范围内。,一种典型钢索张力调节器,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,总距操纵,总距杆是用来增加或减少主旋翼有效力的。不同的直升机对总距杆的命名也不同，例如有叫总距、推力杆或推力操纵器等。总距杆分别安装在机长和副驾驶座位的左侧。向上拉杆则同时增加所有主桨叶的桨叶角，从而增加了主旋翼的有效力；向下推杆则同时减小所有主桨叶的桨叶角，从而减小了主旋翼的有效

6、力。,总距杆一般是安装在一根扭力轴上，也叫横轴。扭力轴的两端通过轴承安装在机身结构上。扭力轴把周向运动转换为线性运动，可以为操纵系统提供推拉运动。如图25 所示。推拉杆通过与安装在扭力管上的连杆相接，将总距杆的运动传递到总距操作系统上。在传递到主伺服或主作动器之前，这些运动首先要传递到操纵复合摇臂上。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,这种摩擦装置只是一种安装在扭力管上的简单的卡子，或者是安装在与总距杆相连的一支撑杆上的摩擦片组件，如图27 所示。无论哪种方式，它们都应该可以按照飞行员的需要来调节。,大多直升机的总距杆的前端安装有一个操纵手柄，如图 26 所示。可以接通和切断以及操

7、纵重要的系统，例如绞车、搜索灯和发动机调节控制等。,飞行中飞行员总是需要把手从总距杆上移开的，为了防止总距杆向下滑落而影响主旋翼总推力，因此需要安装一种摩擦装置。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,周期变距杆,在前后运动中，一根杆将该运动传递到一个复合摇臂；前后运动由一个主伺服就可以实现。而在左右运动中，有两根相临的杆参与了工作，它们总是互相向相反方向移动。当周期变距杆向左移动，其中一根杆向前运动，另一根则向后移动。因为直升机的横向操纵（横滚）是由两个控制横向（横滚）的主伺服来实现的。在横滚时这两个主伺服的作动也是相反的。,周期变距杆分别位于机长和副驾驶员座位的正前方，它通过倾斜转

8、盘来实现直升机在水平方向上的飞行。向前推杆使直升机向前飞，向后拉杆使直升机后移，向左或向右移杆使直升机向相应方向移动。,周期变距杆以下端为支点，与两套推拉管相连，一根控制直升机的左右运动（横滚），另一根控制直升机的前后运动（俯仰）。一个叉形件使这两种运动相互独立，因此，直升机的横滚和俯仰可以单独实现而不相互影响。,周期变距杆也有一个摩擦装置，通常是在杆的基座上安；装一个滚花螺母。如图28 所示。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,和总变距杆一样，在周期变距杆的上端安装有操纵手柄，上面有一些操纵开关用来操纵直升机的某些重要系统，通常是操纵微调、自驾或增稳、货物释放和通信系统等。如图2

9、9 所示。,操纵复合摇臂,总距和周期变距这两种操纵的输入都要传递到一个复合摇臂上。该复合摇臂能够保证所有的操纵输入都传递到主旋翼而不会造成任何缺失或相互影响。复合摇臂传递操纵输入至主旋翼伺服作动器（也叫伺服机构），该作动器综合不同的操纵输入并传递到主旋翼。对于安装有 3 个主作动器的单旋翼直升机，每个作动器必须获得正确的操纵输入以使直升机按照飞行员的操纵给予正确反馈。不同的直升机安装不同的复合摇臂。复合摇臂的最简单形式就是在一根中心轴上安装3 个直角曲柄，该轴本身又通过轴承安装在另外一对较大的曲柄上，从而可以使3 个曲柄转动。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,复合摇臂的最简单形式

10、就是在一根中心轴上安装3 个直角曲柄，该轴本身又通过轴承安装在另外一对较大的曲柄上，从而可以使3 个曲柄转动。,这 3 个曲柄每一个都有输入推拉杆将它们与周期变距杆连接，分别为前后、横向左和横向右操纵，每一个曲柄又各有输出推拉杆将操纵传递到相应的主旋翼作动器上。作为总距轴线的主轴上安装的曲柄，通过推拉杆与总距杆连接，这两个曲柄的转动会使上面3 个小曲柄也随之一起活动。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,1. 总距输入总变距杆的活动传递到主轴的曲柄上，使所有3 个较小曲柄一起移动，从而同时同量地将操纵输入传递到所有的主作动器上，增加或减少旋翼的有效力（见图212）。,直升机结构与系统

11、 第2章 直升机飞行操纵系统,2前后周期变距输入前后操纵周期变距杆，只会将操纵传递到前后曲柄上。该曲柄绕中心轴转动，并将操纵传递到前后作动器，作动器根据输入要求伸长或收缩，使倾斜盘绕固定扭力臂偏转，从而使主旋翼旋转面前倾或后仰（见图213）,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,3横向周期变距输入左/右横向操纵周期变距杆，会使一根输入操纵杆向上移动，而另外一根向下移动，带动两个横向曲柄分别向上/下转动，从而使一个横向作动器伸长，另外一个作动器收缩，使倾斜盘侧转，最终使主旋翼旋转面向左或向右偏转（见图214）。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,倾斜盘和星形件,简介直升机飞行

12、操纵系统中的主要部分就是将飞行操纵从系统的非转动组件传递到转动组件的机械装置。通常有两种装置：倾斜盘和星形件。倾斜盘主要应用在操纵主旋翼上；星形件则是应用在操纵尾桨上的常用装置；也有直升机采用星形件来操纵主旋翼的。,倾斜盘倾斜盘分为旋转倾斜盘和固定倾斜盘两种。由于承受的负载较大，因此是由钢、钛或合金等制造而成的。固定倾斜盘通过一个位于它中间的球形轴承安装在主旋翼传动轴上。这个球形轴承可以沿着一个环绕主旋翼传动轴的滑动轴套上下自由滑动。旋转倾斜盘安装在固定倾斜盘的上方，它的中间有一个环形轴承，因此可以在水平面上像一个整体一样自由转动旋转倾斜盘和固定倾斜盘，固定倾斜盘在水平夹角的任何变化都会传递到

13、旋转倾斜盘上，使其也随之进行相同的变化。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,固定倾斜盘固定倾斜盘的四周平均分为 4 个连接点，其中3 个与作动筒的上端连接，它们以眼形件和叉形件形式相连，之所以需要眼形件是因为当作动筒上下活动时，它与倾斜盘相连的角度就会发生变化。,安装在眼形件内的轴承保证它可以自由活动，而且减少了磨损。通常还会发现在倾斜盘上的连接件，无论是眼形件还是叉形件，也是安装在一套轴承内，因此也可以沿倾斜盘转动。这样的连接方式产生的自由活动会导致固定倾斜被旋转倾斜盘带动而使作动筒连接产生侧向负载，从而产生应力并加速疲劳失效。因此，

14、为了减轻这种侧负载，就需要另外一个叫做“扭力臂”的附件。扭力臂的上端安装在固定倾斜盘上，另一端与主旋翼传动轴上的一固定安装座相连。固定倾斜盘上的扭力臂还有另外一个作用。既然有两个横向作动器，一个在左侧，一个在右侧，但却只有一个前后作动器，所以需要另外一个支点才能进行正确的操纵。固定倾斜盘上的扭力臂就安装在该前后作动器的对面，从而可以作为一个固定支点，以使倾斜盘能上下活动，如图215 所示。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,旋转倾斜盘旋转倾斜盘上也有 4 个连接点，同样平均分布在它的外围，并通过变距拉杆与主旋翼上的变距角臂相连（见图216）。与固定倾斜盘上的连接一样，所有的连接都安

15、装在轴承上，从而可以允许有角运动。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,变距拉杆还有一种锁定装置，通常是锁定销或锁定螺帽。调节完毕后锁定螺帽需要再打保险以确保锁定安全。图217 所示为一个典型的变距拉杆，它安装有弹性轴承。,变距拉杆可以在旋翼做轨迹检查时用来调节其长度而不必断开它的两端。它的两端是以正反螺纹形式旋转安装在变距拉杆上。,必须确保旋转倾斜盘和主桨毂同步转动，不能使倾斜盘发生任何的滞后。因为这种现象会导致变距拉杆的有效长度变短，从而使桨叶角度减小。为防止这种现象发生，旋转倾斜盘也和固定倾斜盘一样在它与主桨毂之间安装有一对扭力臂。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统

16、,倾斜盘的工作所有倾斜盘传递到主旋翼的方式都是相同的。,A. 倾斜盘的工作总距当总距输入时，所有3 个作动器会一起同时同量地伸长或缩短，它们的变化会使倾斜盘上升或下降，从而使球形轴承沿主旋翼轴上下移动。于是主旋翼就会同时获得相同的总距变化，从而使总的旋翼推力增加或减小。图219 所示为当总距杆拉起时所有桨叶的桨叶角同时同量变化的示意图。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,B. 倾斜盘的工作周期变距,图220 所示为当周期变距杆前后运动时（俯仰），固定倾斜盘上的扭力臂作为一个基准点，前后作动器使倾斜盘发生变化。,移动周期变距杆会有不同的输入传递到复合摇臂，然后再传递到作动器，使作动器

17、伸长或缩短。于是固定倾斜盘发生倾斜，这种变化传递到主旋翼引起各片旋翼的桨距发生各自不同的变化，从而使旋转平面发生倾斜。,根据前面学过的相位滞后理论，倾斜盘的偏转和旋转平面的偏转是在不同方的。随着旋转倾斜盘的转动，旋翼的桨距会随着周期变距杆的位置不停地发生变化。,在横向运动时（翻滚），则是一个横向作动器伸长，另外一个缩短。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,倾斜盘组件,图 221 所示为一种安装在中型直升机上的典型的倾斜盘组件。它有5 片旋翼，因此有5 个变距拉杆安装点，同时也有旋转防扭臂和固定防扭臂。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,变距拉杆和防扭臂的连接需要一定的自

18、由活动来偏转倾斜盘，否则，这些部件就会承受很大的弯曲应力，导致疲劳而过早失效。图 222 所示为一种典型的耳轴，作动器、变距拉杆和防扭臂都是通过耳轴连接到倾斜盘上。变距拉杆和其他部件通过一根螺栓穿过耳轴中间的轴承，因此可以允许有一定的径向间隙。耳轴本身又安装在倾斜盘连接角臂内的一组轴承上，这些轴承允许耳轴有少量的角度上的变化，因而使所有与耳轴连接的部件在任何方向都允许有少量的活动，从而减少当倾斜盘偏转时在这些部件上产生的应力。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,星形件操纵系统,星形件操纵系统的操纵方式和倾斜盘系统明显不同，但它们的作用却是完全一样的。星形件操纵系统主要用于尾桨的操纵

19、。如果用于主旋翼操纵，飞行员的每项主要操纵则都是通过不同的操纵途径来完成。例如周期变距杆对横向运动的操纵和前后运动的操纵以及总变距的操纵。在星形件操纵系统中，它们都是分别与操纵杆相连的，因此总距操纵不需要复合摇臂，但需要一种特殊的操纵连接来获得周期变距。旋翼桨距角的变化通过安装在一个滑动轴套内的垂直心轴来作用，它通过星形件臂与旋翼相连，心轴和轴套可以在主减速器上空心的主传动轴内滑动。由于旋翼是转动的，而星形件又与旋翼相连，于是垂直心轴在主传动轴内也转动，因此转动和非转动系统之间就需要一种连接，这种转动和非转动连接能提供总距和周期变距的全方面活动。,人工操纵的星形件系统与用动力操纵的系统基本相似

20、，只是在每个操纵途径上增加了伺服作动器。安装有动力控制的操纵系统还有人工恢复功能，当液压失效时，在飞行员操纵杆和伺服作动器之间有一个缓冲连杆，以保证在人工操纵接手之前获得初始的操纵。在总距和周期变距操纵系统上连接一个独立的液压系统，以释放在飞行操纵过程中产生的额外负载。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,2.2尾桨操纵,尾桨操纵系统,简介,尾桨操纵系统有两种形式，操纵钢索或推拉管。在早期直升机上采用的是钢索系统以减轻较长操纵路径的重量。在许多现代直升机上，特别是大型直升机，多采用推拉管系统操纵尾桨。钢索系统大多的钢索系统在脚蹬和钢索扇形件之间用推拉管连接，然后再用钢索穿过机身和尾梁

21、传递到尾部。在很早期的直升机上的钢索是缠绕在一个钢索线轴上的，通常1+1/22+1/2 圈，然后直接连接到一个螺旋止动器上，它可以将钢索运动转换90，通过星形组件传递到尾桨。这是纯粹的人工操纵系统，通常只用在轻型直升机上。另一种形式是在有液压操纵的情况下，在尾桨的前方再安装一个扇形件，然后通过推拉管与尾桨操纵组件或作动器连接。其中一个扇形件可能也作为钢索调节器以保证钢索的拉力。推拉管系统在该系统内推拉管传递从脚蹬到尾桨操纵系统部件或作动器的操纵输入。推拉管的安装路径比钢索较难，包含了更多的部件，其中的许多部件可能会导致潜在的故障，但是它不会像钢索系统那样一失去张力就马上失去操纵能力。,直升机结

22、构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,喷气系统,简介,由于尾桨极易碰到地面和受到障碍物撞击，而且这最容易导致灾难体和人员伤亡，自20 世纪70 年代初开始，一些厂家就开始研究如何获得反扭矩的方法和无尾桨的航向操纵。早期的设计如开喷气口的管道风扇设计，应用在欧洲宇航局的许多小型直升机上。但是这种设计仍然需要依靠安装在机身后桨叶风扇的高速旋转，还是容易受到损坏。麦道公司尝试用发动机引气来抵消扭矩和作为航向操纵装置，这一设计现在广泛应用在某些类型的直升机上，叫做“NOTAR”，即“无尾桨”装置。【NOTAR 即 No Tail Rotor】,（1）管道风扇安装在机身后面的一个大管道风扇，由主旋翼传动

23、装置驱动，可以提供一股低压气流穿过大直径的复合材料制成的空心尾梁。在尾梁的末端是由飞行员脚蹬操纵的可变喷气推力器，该推力器根据操纵输入开启或关闭，从而提供不同的反扭矩力。（2）柯恩达效应在大直径空心尾梁的一侧制造了两个齿槽，叫做循环控制齿槽。通过尾梁的一部分气流通过这些齿槽排出，使主旋翼下洗气流附着在一侧的时间比另一侧长，因此形成了一个垂直的翼型，从而产生一个侧向力来抵消扭矩作用。,NOTAR 反扭矩和航向操纵装置种装置。在这种装置中有两种反扭矩方法，一是通过变桨距管道风扇，另一种是利用柯恩达效应的现象。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,系统的工作机长和副驾驶的航向脚蹬可以同时操

24、纵喷气推力器和管道风扇的变距角，从而获得所需的反扭矩力，避免了因为管道风扇的变距角和速度固定不变而导致从传输系统消耗过多的能量。另外，航向脚蹬还可以操纵安装在尾梁后部的侧垂尾的角度，它最大可以偏转29，从而在前飞时可以减轻喷气推力器和管道风扇的负担，使更多的功率提供给主旋翼，减小燃油消耗。在悬停时，循环操纵齿槽产生的柯恩达效应可以提供主要的反扭矩力，而在前飞时，则是由侧垂尾和喷气推力器提供。在自转下降时，发动机关车，方向是由侧垂尾来控制的。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,2.3 主桨毂,简介,主旋翼桨毂的比较（1）全铰接式主旋翼桨毂目前应用在中型到重型直升机上最普遍的类别。,直

25、升机上有各种形式的主旋翼桨毂，都可以归为三类：全铰接式主旋翼桨毂主旋翼桨毂包含挥舞水平关节和摆振垂直关节；半刚性跷跷板式主旋翼桨毂主旋翼桨毂包含有挥舞水平关节或其他形式的允许挥舞的部件；刚性主旋翼桨毂主旋翼桨毂不能使旋翼挥舞或摆振。,主旋翼桨毂的作用：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。,1）优点挥舞水平关节的采用使主旋翼可以倾斜而不需要使旋翼主轴发生倾斜；挥舞水平关节和垂直关节可以释放旋翼安装处的弯曲应力和载荷；挥舞水平关节可以减小因阵风引起的反应，通过单独的桨叶挥舞，而不会将影响传递到机身；挥舞水平关节和摆振垂直关节提高

26、了直升机的稳定性，尤其在以中速到高速的前飞过程中。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,（1）全铰接式主旋翼桨毂目前应用在中型到重型直升机上最普遍的类别。 2）缺点挥舞水平关节轴承和轴向关节轴承受很大的载荷，尤其在沿翼展方向的离心力，这些载荷如果再得不到足够的润滑就会加速铰接轴承的磨损和失效。 单独的桨叶的挥舞会产生科利奥里斯效应，需要摆振关节。需要减摆器来控制旋翼的摆振速率，否则直升机会不稳定。如果这些减摆器的工作时间不一致，超出规定范围，会增加直升机的水平振动。允许旋翼下摆，就需要下垂止动块，以防止旋翼伤害到人员和机身。,（2）半刚性跷跷板式主旋翼桨毂半刚性主旋翼桨毂有几种不同的

27、设计，最普遍的是跷跷板式。 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。,复习：什么是科利奥里斯效应？,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,（2）半刚性跷跷板式主旋翼桨毂半刚性主旋翼桨毂有几种不同的设计，最普遍的是跷跷板式。 1）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

28、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。,（3）刚性主旋翼桨毂除了周期变距，这种桨毂不提供旋翼任何的活动。这种设计使操纵反应非常快速，通常只应用在小型直升机上。,1）优点设计简单，减小了故障的产生，减轻了维护；相同尺寸时，刚性主旋翼桨毂的横截面积比其他两种的要小，因此阻力也随之减少；操纵反应既快又准确。,2）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承受各种状态下所产生的载荷；刚性主旋翼桨毂非常容易受阵风或侧风的影响。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,

29、全铰接式主旋翼桨毂,铰接在这里即为关节。安装在桨毂上的每片旋翼有 3 个关节轴向关节、挥舞关节、垂直关节。,全铰接式主旋翼桨毂大多安装有3片或3片以上的旋翼，通过一个叫做“旋翼轴套”的部件连接，该轴套提供这3个关节。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,旋翼轴套有上下两个安装接耳，通过锥形销来安装旋翼。,旋翼轴套和心轴这两个重要部件安装在一起形成一个组件。心轴的一端为叉形接头，安装在摆振关节的耳轴上，轴向关节轴承则安装在该心轴上。,轴套包含有一个圆柱形壳体、变距摇臂和安装接耳，它套在轴向关节轴承的外面，因此，操纵系统通过变距摇臂可以使它自由转动，从而使桨距角变化。,直升机结构与系统

30、第2章 直升机飞行操纵系统,下垂限动器安装在主桨毂支臂上的一个下垂限动器的一个卡块位于主旋翼轴套和主桨毂支座之间。当限动器工作时，它就会限制桨叶的下垂量；当退出工作时，就会恢复桨叶的完全自由挥舞。下垂限动器由两根结实的弹簧拉紧固定，在旋翼启动时，作用在限动器上的离心力会克服弹簧的拉力，使限动器向外移，从而使卡块退出工作；当关车减速时，弹簧将限动器拉回，卡块就会卡在主旋翼的轴套和主桨毂支座之间。,挥舞限动块当旋翼停车或慢速转动时，在大风情况下，如何防止旋翼不发生漂移。挥舞限动块的安装就克服了这一问题。它的工作原理和下垂限动器一样，即离心力减小，弹簧拉回挥舞限动块，防止主旋翼轴套快速上下挥舞，避免

31、轴套和桨毂受到损坏。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,老式主桨毂使用的液压垂直关节减摆器，通过限制液压从一个腔向另外一个腔流动的速率来控制主旋翼的摆动速率。减摆器通过壳体上部和下部的耳轴安装在主桨毂的轴承上，在工作时，它能够始终保持对齐。,当旋翼超前或滞后时，它就会在减摆器的活塞杆上产生一个力，使活塞在圆筒内移动，迫使液压油从一个腔通过一个限流器流向另外一个腔，限流器减小了流动速率，从而也就控制了旋翼活动的速率。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,全铰接式主旋翼桨毂是一个很复杂的部件，上面的所有轴承和关节都会产生潜在的多种故障。,该主桨毂安装在主减速器驱动的旋翼主轴上

32、，主轴上的花键与主桨毂内环上的键齿相接合，通过一个大环形螺帽固定在主轴的顶端。该环形螺帽设定力矩，并由锁片来锁定。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,图 231 所示为一个复合关节的剖面图。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,变距摇臂安装在轴套上，传递从变距拉杆来的操纵输入，它与变距拉杆通过一个轴承组件连接，因此变距拉杆就可以在倾斜盘偏转时自动与它对齐而不会变形。在轴套壳体内有一个铅丸腔，用于向主桨毂里加铅丸进行桨毂的平衡。旋翼轴套随安装在心轴上的7 个轴承自由转动。通常会发现在轴承组上有两条锥形线，并且在每个轴承上刻有号，如图233 所示。,旋翼轴套和心轴组件,直升机

33、结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,图234 所示为频配器的示意图频配器的功能和垂直关节（阻力铰）减摆器基本一样。它的眼形接头安装在主桨毂上，中间大轴承通过一根螺栓连接到挥舞关节上。频配器由轻合金芯和眼形件构成，轻合金芯安装在挥舞关节销上，眼形件安装在主桨毂上。两层弹性橡胶粘贴在这两个金属件上，当旋翼绕垂直关节摆动时承受剪切力。一系列的嵌人垫片插入到黏弹性胶制体内，作为频配器减振成分来控制旋翼摆振的速率。这种主桨毂上安装的下垂限动器和挥舞限动块，也叫锥形头止动器，和前面所讲述的全铰接式主旋翼桨毂上安装的相似。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,EHl01 直升机代表了设计和生产

34、的另一种方式，它的主桨毂的设计采用了许多现代的材料。弹性橡胶和高强度的复合材料被大量采用，如图235 所示。,这种主桨毂由金属、复合材料和弹性橡胶构成，中心是有花键的金属桨毂。它的每片桨叶都是全铰接式的，一个弹性橡胶轴承连接到主桨毂的复合材料座上，以承受离心载荷，另外一个中心弹性橡胶轴承则通过金属支撑芯直接安装在主桨毂的金属座上，以承受挥舞和摆振运动，它也允许桨距变化时做周期变距运动。在旋翼起动和刹车时，作用在摆振和挥舞止动器上的离心力使剪切载荷不会作用到复合材料结构上。在主轴上的滑动环组件为主旋翼的防冰系统提供电源。主桨毂通过两个锥形体安装在主轴上。除了采用现代材料外，EHl01 在内承力连

35、杆和主桨毂的复合材料座之间安装了液压阻力铰减摆器。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,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。这种主旋翼桨毂的最常见形式是跷跷板式旋翼，这是因为旋翼在主轴上像跷跷板一样交替上下运动。跷跷板式主旋翼只应用在两片旋翼的直升机上。在该设计中有一“桨叶夹板”，通过一个称作耳轴的机构连接到主轴上。该耳轴起跷跷板关节，即挥舞关节的作用，桨毂和旋翼像一个整体围绕着它，像个跷跷板。,耳轴解决了桨叶挥舞的问题，但仍然解决不了旋翼由于科利奥里斯效应引起的摆振问题，该问题通过另外的方法解决。半刚性主桨毂只有两片主桨叶，桨毂的水平挥舞关

36、节支点通常位于桨毂上方，这意味着桨叶的变距轴低于挥舞轴。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,预置锥体角的另一个优点是可以消除科利奥里斯效应，这是因为桨叶的变距轴低于挥舞轴且略向上倾斜，通过两片桨叶重心的连线也通过挥舞轴心。当桨叶挥舞时，桨叶的重心与转动轴的距离保持不变（见图237）。,它的另一个特点是桨毂具有预置的锥体角，即连接桨叶的轴向关节在安装时略向上倾斜，使桨叶在静态时就有一个锥体角，这样可以减小在桨叶转动中产生的弯曲应力。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,某些半刚性桨毂使用万向节式的安装，桨毂可向任何方向倾斜，因此也叫全向跷跷板式。半刚性桨毂还装有一装置叫“平

37、衡棒”，它的作用是为桨毂提供一种内在的稳定性，在平衡棒的外端装有配重，以其中心为支点自由摆动，与桨叶成90角（见图238）。,这种主桨毂相对简单，横切面较小，因此产生的形阻也就少。但和全铰接式主旋翼桨毂相比，半刚性跷跷板式主旋翼桨毂的动态简称性较差，更容易受阵风影响。这种主桨毂很少应用在现代直升机上。,但仍然需要额外的支撑装置，即在主桨毂和桨叶的跟部后端安装一根承阻拉杆。,虽然主桨毂的悬挂设计减少了科利奥里斯效应和摆振影响，但是主旋翼仍然受部分水平方向力的影响。桨叶可以通过弯曲来吸收这种运动。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,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

38、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。,跷跷板式系统的操纵是通过倾斜旋翼旋转面到所需要的飞行方向。机身像个钟摆悬挂在旋翼的下面，通过摆动来自动与新的推力方向对齐。全铰接式系统和跷跷板式系统相似，但桨毂的摆动是另外一种操纵来源，即挥舞关节在主轴上的力。由旋翼转动产生的剪切力保证了旋翼在同一平面旋转。当有操纵输入时，旋翼挥舞，但剪切力立即使桨叶回复到另同一平面旋转，从而致使桨毂和机身发生转动。,无铰接式或刚性主桨毂系统则通过桨毂的运动作为直升机的主要操纵源。由于更大部分的旋翼翼展发挥挥舞作用，因此无铰接式系统上的桨毂的强度是全铰接式系统的34 倍。它的旋翼是由复合材

39、料制成的。在设计复合材料桨叶的时候，在桨叶内安装了一个理论的挥舞关节来发挥直升机最佳的气动性能。摆振则通过桨叶根部材料的弯曲来实现。无铰接式旋翼可以直接固定在机身上，使操纵与推力相互独立。这样实现了飞行员的操纵输入和旋翼运动间的直接反应，而不会发生在其他两种桨毂上产生的操纵输入和旋翼反应迟缓的现象。无铰接式旋翼系统机械制造简单，维修量少。但相对于其他两种桨毂，它的操纵不那么柔和。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,BO105 直升机的桨毂是刚性的，周期变距由一个轴承来实现，但挥舞和摆振则通过浆叶根部材料的弯曲来实现（见图239）。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,2.

40、4 尾桨毂,尾桨只有总距操纵，因此只需要一种操纵输入来同时同量地改变所有尾桨的桨距角，即总距。,尾桨毂通常包含桨毂、尾桨主轴和轴套组件以及其他机械操纵装置等。机械操纵装置一般和尾减速器合成一体，它的作动器安装在尾减速器的另一侧，作动杆则穿过尾减速器输出轴，将操纵输入通过星形件或变距传递到尾桨上。,图 240 所示为一种典型的尾桨毂，它包含一个钢铸件，上面有5 个安装滚棒轴承的臂，尾桨叶轴和轴套组件通过螺栓安装在臂上。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,图 241 和242 所示为某尾桨部件的整体图。,尾桨毂和尾桨叶安装在尾减速器输出轴上，通过垫片、密封圈和螺帽固定。尾桨变距轴通过尾

41、伺服器，穿过尾减速器输出轴，伸出尾桨部件安装螺栓，连接到星形件上，星形件和尾桨叶轴套通过短的可调变距拉杆连接。,当操纵输入从飞行员航向脚蹬传递到尾伺服器，就会使伺服器内的柱塞伸出或收缩，从而使连接在它上面的变距作动杆伸缩，也同样引起变距拉杆移动。而变距拉杆的线性运动通过转动轴向轴承转换为轴套的周向运动，从而改变尾桨的总桨距。,如果安装在航向脚蹬处的主要止动装置故障或调节不当，安装在旋转的尾减速器输出轴上的止动装置就会接触星形件以限制尾桨桨距。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,尾桨操纵只需要传递总距变化，而倾斜盘装置非常复杂，故使用星形件装置。由于星形件和它的部件是和尾桨一起转动的

42、，而尾伺服柱塞是不能转动的，因此就需要一个装置能够从不转动部件传递运动到变距机构的转动部件上。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,尾伺服作动杆只伸入尾减速器输出轴一段，它的端头变细并通过垫片和螺帽安装有一个双滚珠轴承，而变距操纵轴的内端则用力固定在这个轴承的外侧。这样的话，尾伺服作动杆就可以保持不用转动，而线性操纵运动却可以通过轴承传递到变距轴上。,AS332 超美洲豹,AS332 超美洲豹直升机上的尾桨毂和前面学习的很相似。但最主要的一点不同是它的尾桨毂和尾减速器输出轴加工成一体。有一点需要注意，就是在尾桨叶安装轴套上有一个小角块，它的作用是防止桨叶被安装反了，即桨叶后缘朝向旋转

43、方向。之所以这样是因为尾桨叶安装螺栓是完全相同的，存在将桨叶安装反了的可能性。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,EHl01,这种直升机采用的是金属与复合材料。4 片尾桨叶片成对安装在复合安装板上，这些复合板具有挥舞方向的柔性，但在摆振方向是不动的。复合板和桨叶通过球形轴承用螺栓安装在钛合金半凸缘上，该半凸缘再通过两个螺栓穿过球形轴承与钛合金驱动接合盘相连，如图 2-44 所示。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,飞行员或自驾、自稳系统传递来的操纵信号通过串联作动杆伺服器，由尾桨变桨距机械装置穿过尾减速器输出轴传递到星形件上。由于安装桨叶的复合安装盘不能扭转，因此就需要

44、轴承来实现。每个复合安装盘在桨叶根部都安装有一个弹性橡胶轴承，在桨叶内部还安装有一个十字轴头轴承，它随着安装在桨叶内的一个轴套转动。每片尾桨叶只通过内轴承（弹性橡胶轴承）安装在尾桨毂上。星形件通过键齿连接到变距轴上，并由螺帽和开口销锁定。两个扭力臂组件通过螺栓连接到星形件上，它的另一端连接到钛合金驱动接合盘上。,这种设计使每个安装板上的轴承在径向都是相互对立的，因此可以使桨叶做跷跷板式运动，即通过3 效应来有效地改变尾桨叶的角度（见图245）。3 效应曾经应用在很多直升机的桨叶系统上，它的基本方法是当桨叶向上挥舞时，它的桨叶角会减小，相反向下挥舞则桨叶角增加。这种效应是通过将桨叶的挥舞关节与叶

45、片的中心线的夹角安装成一定的角度，而不是90直角。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,变距拉杆连接星形件和安装桨叶的变距角臂，它的两端分别是正反螺纹以便调节长度而不需要断开（见图246）。,欧洲直升机公司的“涵道式尾桨”,主要应用在该公司的部分直升机产品如海豚、EC155 等机型上。如图247所示。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,涵道式尾桨作用类似于常规尾桨，但将尾桨置于垂直尾翼的圆筒形涵道中，垂尾是不对称翼型，平飞时产生的侧向力类似尾桨拉力，起着平衡主旋翼反扭矩的功能，平飞时可节省尾桨消耗的功率。涵道式尾桨与常规尾桨相比，有以下特点：气动性能显著改善，由于尾桨安装

46、在垂尾内，避免了气流的干扰，减少了功率损失。减小了阻力，由于尾桨装在垂尾涵道内，直升机机体更加流线型。由于涵道式尾桨直径小，桨叶数目多，加上桨叶间距不等，降低了尾桨的工作噪音。安全性得到改善。一是减少了尾桨对地面人员伤害的可能性，同时尾桨本身受外界障碍物影响的可能性大大降低。,涵道式尾桨的不足之处在于直升机在悬停和垂直飞行状态下的功率消耗比常规尾桨多。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,2.5 弹性橡胶部件,简介在现代直升机的主桨毂和尾桨毂上安装弹性橡胶部件以取代传统的滚珠和滚棒轴承，在传动安装组件和主桨阻尼器上也会采用该种部件。弹性橡胶部件的优点和缺点（1）优点弹性橡胶一般可以自

47、润滑，不会卡滞。由于不需要润滑件；也就不需要防护罩和密封件；不会发生如传统轴承那样的压痕、凹痕和擦伤等故障；对邻近部件产生较少的振动或冲击；由于包含较少的部件而且大多粘结在一起，就减少了潜在松动的危险；具有较好的抵抗外界环境的能力；通常来说，弹性橡胶部件的寿命至少是传统部件的 5 倍；可以承受所有的载荷和运动，而不需要将几个轴承安装在一处。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,（2）缺点弹性橡胶部件的费用比同样的传统部件要贵得多；它的尺寸依承载而定，弹性橡胶部件要比它所替代的传统部件大；它们易受化学物和溶剂侵害，必须小心。,弹性橡胶轴承弹性橡胶轴承由硬化橡胶层和金属片粘合而成，它们的

48、构成、尺寸和橡胶的混合等由所设计承受的最大载荷决定，它可以由0.015in 厚的弹性橡胶层和同样厚的金属片构成。金属片通常是合金钢、不锈钢或铝制成，但也可以是可以承受该载荷的任何材料。有些轴承可以有26 层，而且由1214 层不同的橡胶混合而成。,轴承类别在直升机飞行操纵系统和主桨毂组件上通常有 5 个基本类型的弹性橡胶轴承：传统的止推轴承；球形止推轴承；径向轴轴承；杆端轴承；锥形轴承。每一种轴承都需要特别设计以承受不同方向的载荷，即扭转、剪切和轴向等。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,（1）传统的止推轴承（见图248）：,可以承受很高的轴向压缩载荷，也可以承受因橡胶层剪切而产生

49、的扭转载荷。,（2）球形止推轴承（见图249）：,承受剪切力，允许在3 个垂直轴方向产生运动，同时在轴向也承受很大的压力。,（3）径向轴轴承：,承受很高的径向载荷，而且还可以允许在剪切状态下的扭转和轴向活动。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,（4）杆端轴承,承受很高的径向载荷，同时允许扭转和位移方向的活动以及部分的轴向载荷，这由它的实际片层形状所决定。,（5）锥形轴承,承受很高的轴向和径向载荷，也允许有扭转活动（见图250）。,弹性橡胶减摆器,桨叶减摆器是用来控制桨叶超前或滞后速率的，弹性橡胶减摆器就是通过橡胶层移动的迟滞或阻抗来减小这种摆振的。,直升机结构与系统 第2章 直升机

50、飞行操纵系统,典型的弹性橡胶轴承安装,同传统的球形和滚棒轴承一样，在现代的主桨毂上可能安装有几种不同的弹性橡胶轴承。图251 所示为一种典型的安装。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,通过将三层金属板与橡胶层相粘合，可以形成橡胶“三明治”。中间的金属板有开槽，而不是同心孔，这允许沿线性轴有一定的活动，但由橡胶层移动的阻滞来限制（见图252、图253）。另外一种弹性橡胶减摆器在外形与传统液压减摆器相似，但它的腔内是弹性橡胶而不是液压油，它具备弹性橡胶的优点，但由于没有液压减摆器那样的中立位，它需要额外的维护工作，还需要对桨叶做线性校正。,直升机结构与系统 第2章 直升机飞行操纵系统,