旋翼系統由槳葉和槳轂組成。旋翼形式是由槳毅形式決定的。它隨著材料、工藝和旋翼理論的發展而發展。到目前為止,已在實踐中應用的旋翼形式有鉸接式、蹺蹺板式、無鉸式和無軸承式。
一、槳轂結構特點
(一)鉸接式鉸接式(又稱全鉸接式)旋翼槳轂是通過槳轂上設置揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸來實現槳葉的揮舞、擺振和變距運動。典型的鉸接式槳轂鉸的佈置順序(從裡向外)是由揮舞鉸、擺振鉸到變距鉸,如圖2.2—1所示。也有揮舞鉸與擺振鉸重合的。
在軸向鉸中除了用推力軸承來負擔離心力並實現變距運動外,另一種流行的方式是利用彈性元件拉扭杆來執行這個功能,如圖2.2—2所示。這樣在旋翼進行變距操縱時必須克服拉扭杆的彈性及扭短,為了減小操縱力,就必須使拉扭杆有足夠低的扭轉剛度。
鉸接式槳轂構造複雜,維護檢修的工作量大,疲勞壽命低。因此在直升機的發展中一直在努力改善這種情況。在20世紀60年代後期開始發展的層壓彈性體軸承(橡膠軸承)也是解決這個問題的一個較好的方案,現已實際應用。層壓彈性體軸承也可稱為核膠軸承,以圖2.2—3b中徑向軸承為例,這是由每兩層薄橡膠層中間由金屬片隔開並硫化在一起。內外因的相對轉動是通過橡膠層的剪切變形來實現的,而徑向負荷則要由橡膠的受壓來傳遞。圖中還表示了層壓彈性軸承的一些基本形式,並標示了它允許的相對運動方向和受力方向。
圖2.2—4為槳轂一個支管的構造。軸承組件的主要部分是一個球面彈性體軸承,槳葉的揮舞及擺振運動全部通過這個軸承來實現。此外靠近內端有一個層壓推力鈾承,槳葉變距運動的85%通過這個軸承的扭轉變形來實現,其餘15%則由球面軸承來實現。這種形式的槳轂是用一組層壓彈性體軸承組件來實現揮舞鉸、擺振鉸、變距鉸三鉸的功能,這樣使構造大大簡化,零件數量也大大減少。同時由於不需要潤滑及密封,維護檢修的工作量亦少很多。
(二)槳轂減擺器
鉸接式旋翼在擺振鉸上都帶有槳轂減擺器,簡稱為減擺器,為槳葉繞擺振鉸的擺振運動提供阻尼。減擺器對於防止出現“地面共振”,保證其有足夠的穩定性裕度是必要的。此外,對於裝備渦輪軸發動機的直升機,發動機、傳動系統及旋翼整個系統的扭轉振動,由於存在著燃油控制系統而形成一個閉合迴路,也存在著操縱響應的穩定性問題。對於這樣一種自激振動,減擺器對集合型的擺振運動提供的阻尼也是有利的,即可以保證所要求的穩定性裕度。
1.液壓減擺器主要是用油液流動速度的損失來產生壓力差從而起到阻尼作用。圖2.2—5為這種減擺器的原理,圖2.2—6表示了這種減樓器在槳轂上可能的安裝情況。當槳葉繞垂直鉸來回擺動時,減擺器殼體與活塞桿之間產生往復運動。這時,充滿殼體內的油液也就要以高速度流進殼體與活塞之間的縫隙(或者是活塞上的節流孔),活塞的左右就產生了壓力差,從而形成減擺力矩。液壓減擺器的減擺力矩比較穩定,它不像摩擦減擺器那樣需經常檢查及調整。但如果油液洩漏使空氣進入,則會顯著地改變減擺器的特性。因此,除了在減擺器上帶密封裝置外,往往還需要有油液補償裝置。
2.粘彈減擺器70年代開始出現了用粘彈性材料硅橡膠製成的粘彈減擺器。這種減擺器是利用粘彈性材料變形時很大的內阻尼來提供所要求的減振阻尼,其構造原理見圖2.2—7。減擺器由當中的金屑扳及其兩邊的兩塊外部金屬板構成。內部金屬板及兩塊外部金屑板之間各有一層硅橡膠,金屬板與橡膠硫化粘結在一起,內部金屬板一端與鈾向鉸軸頸相連,而外部金屬板則與中間連接件相連接。槳葉繞垂直鉸擺動時,由硅橡膠層的往復剪切變形使減擺器產生往復軸向變形。粘彈材料變形時將產生內摩擦,內摩擦力在相位上滯後變形90’,這些變形要消耗能量,從而起到了阻尼的作用。粘彈減擺器突出的優點是結構簡單,除了目視檢查外,不需要維護。這種減擺器不僅提供了阻尼也對槳葉擺振運動附加了剛度,提高了槳葉擺振固有頻率。在低溫下硅橡膠會硬化,這是設計時應注意的問題。