【机器人频道丨直播间】直升机能飞起来,全靠这个复杂机构!

住哪网 2019-09-21

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直升机能够升空飞行,是由旋翼提供上升的动力。旋翼由桨毂和数片桨叶构成,桨毂安装在旋翼轴上,形如细长机翼的桨叶则连在桨毂上。



桨叶旋转时与周围空气相互作用,产生沿旋翼轴的拉力,如果相对气流的方向或各片桨叶的桨距不对称于旋翼轴,还产生垂直于旋翼轴的分力。



在直升机上,旋翼轴方向近于垂直,因此旋翼首先具有机翼的功能,产生向上的力。其次还具有类似于飞机推进装置的功能,产生向前的力。它还具有类似于飞机操纵面的功能,产生改变机体姿态的俯仰力矩或滚转力矩。

一副旋翼最少有两片桨叶,最多可达8片。旋翼直径最小约5米,最大达35米。按桨叶与桨毂连接方式的不同,旋翼大体上分为铰接式、无铰式、半无铰式和无轴承式4种。


01 铰接式旋翼

铰接式旋翼(又称全铰接式旋翼)是通过桨毂上设置挥舞铰、摆阵铰和变距铰,使每片桨叶自由地进行挥舞、摆动和改变桨距。



典型的铰接式桨毂铰的布置顺序(从里向外)是挥舞铰、摆振铰、变距铰。铰接式桨毂构造复杂,维护检修的工作量大,疲劳寿命低。



02 无铰式旋翼

无铰式旋翼取消水平铰和垂直铰,但仍有轴向铰。桨叶在挥舞方向和摆振方向相对于桨毂是固支的。桨叶的挥舞运动和摆振运动表现为桨叶根部(或桨毂支臂)的弯曲变形。



与铰接式相比,它的结构简单,但桨叶和桨毂的弯曲载荷较大。从70年代初开始,由于在旋翼上应用了疲劳强度较高的复合材料和钛合金,这种型式的旋翼增多。


03 半无铰式旋翼

半无铰式旋翼的特点是只有两片桨叶,彼此连成整体,共用一个中心水平铰,没有垂直铰(好像一个跷跷板,常称跷跷板式旋翼),但仍有轴向铰。这种型式旋翼的结构也比较简单,但操纵性较差。



04 无轴承式旋翼

无轴承式旋翼不仅没有水平铰和垂直铰,连轴向铰也被取消。桨叶的变距运动靠桨叶根部(或桨毂支臂)的扭转变形来实现。



它的结构简单,但要求桨叶根部的材料既有很高的弯曲强度和刚度,又有很低的扭转刚度。70年代以来,在采用先进复合材料桨叶基础上,无轴承式旋翼的研究已有一定进展,但仍处于试验阶段。



以上4种型式的旋翼是典型的分类,实用中还有许多中间型式,如法国"海豚"直升机的星型柔性旋翼,就是一种介乎铰接式与无铰式之间的型式,即所谓有弹性约束的铰接式旋翼。

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