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咱们只说直升机——旋翼——无铰式和无轴承旋翼

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发表于 2013-3-5 11:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
对直升机而言,重要的部件太多了,但旋翼无疑会被放在首位。直升机的升力,前飞、滚转、俯仰的操纵力,都需要靠旋翼实现。早期直升机采用铰接式旋翼,结构是机器复杂的,动部件太多,寿命不长,可靠性不高,维护性极差,……比较有代表的,CH53,有张“鬼斧”给的图,足见其复杂。
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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:41 | 显示全部楼层
后来转而坐弹性轴承,来代替过去的金属铰链,黑鹰是比较有代表性的。此外球柔、星形柔性等也就随之出现,海豚是星形柔性桨毂,EC155是球柔。这些旋翼还是大大简化了结构,寿命已经很不错。

UH60 27_171224_73415d966eb2929.jpg

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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:42 | 显示全部楼层
本帖最后由 xyyxyyxyy 于 2013-3-5 11:44 编辑

EC155
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但这些旋翼还不够简单,毕竟还有好多的轴承,于是有人想到用弹性变形来实现轴承的功能。无铰式旋翼就来了。山猫,Bo105,两个最具代表性。一个是消除耦合,一个是利用挥摆耦合,两个分别代表了两种设计思路。
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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:45 | 显示全部楼层
山猫
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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:46 | 显示全部楼层
Bo105
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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:48 | 显示全部楼层
无铰式旋翼用弹性变形来代替铰链,可以预想,桨叶挥舞时对桨毂的力矩就很大,比铰接式大得多。所以这种旋翼直升机机体的响应很灵敏,于是有人想到了武装直升机,武直是需要反应更灵敏一些的。不过无铰式的初衷和最大好处是简化结构,灵敏不是其最大的功效,毕竟太灵敏--->一阶挥舞频率更高--->交叉导数更大--->驾驶员感觉的交叉耦合更大--->更难控制姿态--->飞行员说好累。

无铰式比起CH53那种已经极大简化了,不过这还不够,无铰式旋翼还有变距轴承,所以终极的目标是无轴承旋翼。EC135、MD900,Bell430、AH1Z这些都是,连倭奴的OH1、鹅毛的Ansat也都是。其实不难发现,这累机,重量不大,这是和目前的材料技术有关。做太大,桨毂尺寸大,弹性变形实现挥摆扭,载荷太高,寿命就得下来了。

看看具体的结构,喜欢用EC135说事儿:
EC135
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够简单,几乎没有什么金属的动部件,全都复合材料,外场维护也十分简单,不需要什么润滑啊、检查油压、气压的。目视检查一下就欧了。因为太容易维护了,所以连AH1都改了,还真用了“Z”这个编号。这几天不是总看见说老八的编号吗,呵呵,看来美帝早就给我们立下了范例,直接用到Z。

无轴承旋翼一般的结构都是桨叶和柔性梁连接,柔性梁连接到桨毂,桨叶和柔性梁连接的地方再接个扭转袖套出来,袖套还要用个位移限制装置和桨毂连使得只产生角运动,消除线运动,用来操纵变距。最早的时候不这样搞,直接就用个细长的管子接到桨叶根部,掰着管子的来变距。后来Bell就照这最早的思路直接在bo105上安了个无轴承的,铁鸟台试了一番、试飞了一小下下。
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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:49 | 显示全部楼层
最早的……试验模型……



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后来发现这个方式不合适,阻尼不够,靠变距-摆振耦合来稳定,结构上载荷大,气动上也不合算。于是就发展为现在常见的方式,EC135那种。袖套和桨毂连接用的位移限制器上放了阻尼器,摆振阻尼主要就靠这个提供了。尽管又加回了阻尼器,但毕竟比起过去的结构要简化很多,带阻尼器的位移限制器不承受离心力,寿命是没什么问题的。

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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:51 | 显示全部楼层
EC135
EC135


AH-Z

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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:51 | 显示全部楼层
上面两个和CH53再去比,天壤之别了。之后的发展,有很多种说法,学院派中PSU的Smith认为,桨叶可以再改改,把单向玻璃纤维预浸带的大梁改成壁板和加强条形式的一体成型复合材料件,合理控制刚度,改善振动上的表现。欧直的鸟们认为,无轴承不好玩,要求高了点,干脆退到球柔,再扣一扣弹性轴承,看看能不能寿命再长些,外形上再紧凑些,于是桨毂件的金属基复合材料、弹性轴承的橡胶材料等他们又开始疯玩了。美帝的直升机公司,因为科曼奇的问题,积累的经验是很多的,所以在此基础上提出,一体加工的桨毂件,看上面的图,连桨叶的方式改变了,桨毂和下面连接的时候还是一坨的乱,所以美帝想改改这里,在科曼奇上,美帝考虑过这样做,设计方案也申请了很多的专利,但科曼奇下了,不知道后面还会不会继续搞下去。

另外多说一下科曼奇,这货很多人都说目前代表直升机的最高水平,应该是错的。最高水平的是隐身设计、红外抑制、航电、武器系统、雷达、稳瞄等。至少直升机部分,旋翼这货还不算什么,可以看到,用的就一个矩形的柔性梁,新设计的都不再采用这样的方式,而且这货用的位移限制器也很复杂,搞了上下两个,用球面弹性轴承压在柔性梁根部。完全是蛋疼的设计。比较推崇的是EC135一类的设计,没搞这么复杂的东西,用简单关节轴承就搞定了。麦道的MD900(不是“美帝900”啊 ),也差不多的思路。所以有时候想,科曼奇被砍是必须的,何必搞那么复杂呢,实现功能的同时尽量简化才是正道。

RAH66柔性梁疲劳试验
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 楼主| 发表于 2013-3-5 11:53 | 显示全部楼层
无轴承旋翼目前国内还没有怎么开展研制,还都在试水的阶段。复合材料质量上问题不大,都能提供很好的材料了,但关键是要设计。这里包括柔性梁截面设计后,载荷的计算,以及减小局部的集中应力,也包括这种带有极强弹性变形的旋翼,挥-摆-扭的耦合上首先要算准,然后要在设计上做到稳定裕度足够。还有一个令人最蛋疼的问题,加工。有人说工艺不行工艺不行,我一般不提工艺,毕竟什么叫“工艺”我还是清楚的,不能当工艺品的工艺来随便说这2个字,就说加工吧。加工复合材料件不仅要材料合格,干活儿的硬件齐备,工人的技术也得合格。最早03年夏天,在复合材料车间里实习,车间就一个老师父手艺能令人放心,当然废品率也不低,带着的2个徒弟废品率太高了,这个就是工人水平的差别了。碳纤维、玻璃纤维的材料我们都能搞到很好的,加热的罐子也没问题,车间的洁净程度也没问题,做出的东西要是气孔等还是很多那真是人有问题了。不过也不必太担心,做做就好了,谁都是新手开始的。要能把复合材料玩得很溜,还确实得付出点时间,多报废些料。可能现在这方面都好多了吧。这不是论坛都贴出专武的照片了吗,看看机身的细节,就知道有了一批干活还行的了。

无轴承旋翼目前至少国内短期不会有,国家喜欢搞5年计划,那这一个五年,不会有了。将来吗,一定得有,毕竟这种构型的优势很明显。有人说,我们国家发动机不行,那是因为搞发动机的人在航空这领域的,太少了。那直升机的呢?这么说吧,目前直升机学科,全国只有南京航空航天大学开设,直到前几年,南航也只招收一个班的直升机专业的学生,大约30~35人,这两年开始招收2个班了,也不过70人左右。南航建校不到60,就算60,就算每年都70人,才4200人,如果35人每年的计算,才2100人。就这么点人,加上80年代、90年代航空不景气,学直升机的,大多跳槽干别的行业,还有就是跑国外去搞直升机,还能继续留下的人数可想而知。

直升机专业是和飞机专业有些区别的,不过很有意思,学直升机的要学飞机的结构设计也要学直升机的结构设计,要学飞机的飞行力学也要学直升机的飞行力学……记得最疯狂的,我在大3的时候,上半个学期,要开7门课,中间考完7门,然后下半学期又开了6门,然后又考6门。而且差不多2个学期都是这样,课太多了。那时候晚上10:30就休息,第二天7:30起来时感觉没睡觉一样,超困…… 所以直升机专业的本科还是很重要的,很多的课程只有本科能好好过一遍,现在北航、西工大、清华……都有人带硕士做直升机,这没太大意义,毕竟欠缺太多基础的东西了。待到搞明白了,都硕士要毕业了。这样搞出的东西是有点折扣的,当然不排除有能人,2.5年的硕士,能把直升机的东西搞熟溜,还能把硕士的东西做好。但这样的能人如果能本科时候就是直升机专业的,那估计就可能搞出更让人惊奇得蛋疼的东西了。唉……

瞎B扯远了,还是说回旋翼。总结一下把。旋翼困难就在于其弹性、在旋翼附近久久不远去的尾迹、乌七八糟的变距操纵等。铰接式旋翼结构复杂,但运动关系明确,弹性变形小,反而容易进行理论的预估,设计上不再困难。无铰式旋翼,无轴承旋翼,结构简化了,弹性加大了,理论的预估变得困难,设计的难度加大。等到我们国家的无轴承旋翼或者无铰式旋翼的直升机出来,大家就可以不再去反复叨叨那个UH60为啥仿制不出来的话题了。


今天是来办公室的最后一天,混时间,打字太多,看不完的要拍拍的尽管来吧,哈哈哈哈哈
祝各位抓住老虎尾巴、揪住兔子耳朵,头尾都开心啊!


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忘了最重要的,各位有没有好的,桨毂的图片,细节的,越清楚越好,越多越好,能贴就给贴啊,期盼能多搞点,以后课件里的东西好多点。先谢过了!

点评

楼主,不要只是科普;图片有好些红叉叉。还有,你要说明这玩意需要做到哪些功能,不然不容易看明白呢。最好是:需要实现某功能,A如何实现、B如何实现等  发表于 2013-3-6 09:49
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发表于 2013-3-5 13:25 | 显示全部楼层
我纯属门外汉。。。尽量看看,多学点东西
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发表于 2013-3-5 14:10 | 显示全部楼层
非常仔细的看了一边!明明不懂的非要装懂的说一句:写的好。
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发表于 2013-3-5 15:06 | 显示全部楼层
说实话,确实是没看懂
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发表于 2013-3-5 16:52 | 显示全部楼层
专家,其他的我就不说了
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发表于 2013-3-6 07:56 | 显示全部楼层
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发表于 2013-3-6 08:56 | 显示全部楼层
很强大!但我还是不太明白
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发表于 2013-3-6 19:53 | 显示全部楼层
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发表于 2013-3-6 22:51 | 显示全部楼层
图片很多都悲剧了
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发表于 2017-3-7 18:03 | 显示全部楼层
各位同学还没看明白?xyy老师长篇累牍设计航空制造业三大学科:结构力学,材料力学,空气动力学。旋翼的无轴承式链接科学有效,结构简单,取代铰链式是未来必然趋势。考验的只是我们的工艺水平能否达到设计要求。如果还没看明白请参照固定翼螺旋桨飞机变距桨原理,就明白了直升机轴外那套杂七杂八的东西多有啰嗦。在此祝愿XYY老师学业有成为国争光,不在让我们这些基础差的蛋疼
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发表于 2017-3-22 19:30 | 显示全部楼层
难得有专业对口的战友!
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