萬志強

九、直升機與模型直升機

的機體構造

直升機的機體主要用于支持和固定直升機的各部件和系統(tǒng)，將它們連接成一個有機的整體，用來裝載人員、物資和設備，并傳遞和承受載荷。機體是直升機的重要部分，通常由機身等部件構成。為了改善俯仰穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性，有些直升機在機身尾部還裝有水平尾翼和垂直尾翼（并非必須）。模型直升機的機體與載人直升機機體的功能類似，但不裝載人員。下面對兩者的機體構造一并介紹。

1. 直升機的機體構造

這里重點介紹直升機的機身構造。

直升機的機身主要由位于機身最前端的駕駛艙、中機身和后部的尾梁組成.為“黑鷹”直升機的機體分段圖，包括駕駛艙、座艙、發(fā)動機艙、過渡段、尾梁、水平尾翼、垂直尾翼等。其中，座艙和過渡段構成了中機身。

駕駛艙是駕駛員和其他機組人員的工作區(qū)域，后面與中機身相連。中機身的上部與發(fā)動機艙相連；內部通常為乘員座艙或貨艙；后部與尾梁連接；底部安裝起落架。尾梁內部大都布置尾槳傳動系統(tǒng)，后部安裝尾翼和尾槳組件。

1）駕駛艙

駕駛艙作為駕駛員和其他機組人員的工作空間，不僅需要安裝大量的儀器設備，還需預留足夠的作業(yè)空間。一般情況下，駕駛艙僅作為維形結構不參與全機受力；而對于武裝直升機而言，還需要求其具有抗墜毀能力。

駕駛艙一般由骨架、玻璃和惡劣天氣觀察窗組成：骨架用金屬或復合材料焊接或鉚接；玻璃用橡膠墊、壓邊條、螺釘和螺母等連接件裝在骨架上；惡劣天氣觀察窗用鉸鏈式或用滑軌式安裝。典型的駕駛艙骨架（含玻璃）見圖2。

2）中機身

中機身是直升機機體中受力最大的部分。它受到的載荷主要來自于三方面：一是各個部件傳遞來的載荷，如旋翼升力、尾槳推力、起落架沖擊載荷等；二是質量力和慣性力，包括裝在機身內部的載重和中機身自身的質量力和慣性力；三是中機身本身受到的氣動載荷。

中機身的結構構件可分為橫向構件、縱向構件和蒙皮。

隔框是主要的橫向構件，按照作用不同分為普通框和加強框：普通框用于維持機體的截面形狀并固定蒙皮和桁條，主要承受蒙皮傳入機體周邊的空氣動力和機體彎曲變形引起的分布力；加強框的主要功能是將裝載質量的質量力和各部件傳入的集中力加以擴散，然后以剪流的形式傳給蒙皮。

縱向構件主要為桁條和桁梁。桁條與蒙皮組成的加筋壁板，主要承受機體彎曲載荷和軸力。桁條對蒙皮還起到支撐作用，可以提高蒙皮受壓受剪時的失穩(wěn)臨界壓力。此外，桁條能夠承受作用在蒙皮上的氣動力，并將其傳遞給隔框。桁梁與桁條類似，只是比桁條粗大許多，承受更大的彎曲載荷和軸力。

蒙皮結構在全機整體受力中，主要承受垂直和水平面內的剪力以及扭矩。其與桁條構成加筋壁板，承受機體彎曲載荷和軸力；與隔框形成閉室結構傳遞和承載扭矩。

直升機中機身的結構形式與飛機機身的結構形式類似，不再贅述。

3）尾梁

尾梁用來支撐中間減速器、尾減速器及固定水平安定面和斜梁（上垂尾）或下垂尾。它不僅承受作用在水平安定面和斜梁或下垂尾上的氣動載荷，還承受尾槳的推力和反扭及中間減速器的扭矩。

前三點式起落架的直升機，通常在尾梁后部裝有尾橇；后三點式起落架的直升機，尾輪一般裝在尾梁上。尾梁要承受尾橇或尾輪著地時產生的載荷。

為了有效地傳遞載荷，根據(jù)直升機大小不同，尾梁的結構形式有多種，典型的結構形式有：

·桁架式結構

桁架式結構通常用鋼管焊接或用鋁管螺接而成，是最早使用的尾梁形式，必要時尾梁外部還用薄蒙皮整流。該種結構通常適用于中、小型直升機，較經典的有SA-313/318、SA-315等。

·桁梁式結構

不少直升機尾梁采用桁梁式結構，沿縱向在承力大的部位設置桁梁，其余部位則使用桁條；橫向構件設置若干框；外面使用薄蒙皮。采用這種尾梁結構的輕型直升機有“云雀”III。

·半硬殼式結構

半硬殼式結構的尾梁設計很簡單，通常只用一層鋁板卷成一個圓錐形，設計有若干維形框和對接框，僅有幾根縱向構件。經典的直11型直升機尾梁結構便是如此。

·夾層結構

隨著復合材料的發(fā)展，夾層結構越來越廣泛地使用在直升機尾梁結構中。夾層結構采用芳綸紙蜂窩做夾芯，面板使用薄鋁板或鋁箔，也可用碳布、芳綸或玻璃纖維鋪成。夾層板具有重量輕、成本低、耐久性好等優(yōu)點，是當前最流行的一種結構形式。尾梁采用夾層結構的有“虎”式、RAH-66和直9等。

·等截面管材結構

為了減輕重量、簡化結構，在滿足設計要求的前提下，某些超輕型直升機采用等截面管材結構作為尾梁。

2. 模型直升機的機體構造

近年來，隨著航空模型運動在全世界范圍內的推廣，模型直升機的種類和樣式日漸豐富。鋰電池和遙控設備的小型化技術日漸成熟，電動遙控模型直升機的尺寸越來越小。而小型無人直升機技術的普及和大力發(fā)展，也派生出一些大尺寸模型直升機。

模型直升機由于尺寸小、造價低，對重量的要求不像載人直升機那樣苛刻，因此為簡化制造、降低成本，其機體結構與載人直升機有較大的差異。模型直升機的機體結構，按照制造的方式不同大致可以分為兩類：一類采用高強度塑料通過模具注塑成型，另一類由碳纖維板和金屬零件組合而成。

1）塑料機體

早期較成熟的商品模型直升機普遍選用注塑工藝制作機體，如日本京商和中國臺灣雷虎等品牌的模型直升機的前機身就是塑料材質，后方插接鋁合金尾管作為尾梁連接尾槳機。

近年來，玩具或入門級別的微型直升機，因為結構簡單、承受載荷小、更加注重降低成本而讓更多的消費者體驗飛行的樂趣，所以廣泛使用了塑料機體。

此外，仍有少部分競賽級別的模型直升機由于特殊的形狀或獨到的設計思路，仍然沿用塑料作為機體的主要材料。

2）碳纖維和金屬組合機體

目前應用非常廣泛的模型直升機和小型無人直升機，其機體采用了碳纖維板和金屬零件組裝結構。這是因為，碳纖維板力學性能優(yōu)異，能夠很好地滿足模型直升機對重量和強度的要求，其成本也逐漸被消費者和廠家接受；金屬零件則易于加工、力學性能也不錯。這種結構一般采用兩片碳纖維側板作為整體傳力結構，使用金屬零件作為安裝座，將電機、主軸和舵機等部件裝在側板上；尾部用塑料或金屬尾管安裝座把碳纖維或鋁合金尾管裝在機體上。這種結構的強度大、重量輕，且具有一定的抗摔能力。

模型直升機前機身外部通常會配有玻璃鋼的彩繪整流罩。部分模型為降低飛行阻力，還設計了全機身整流罩。其中后機身整流罩能對尾管起到一定的支撐作用。

少數(shù)特別設計的模型直升機，其后機身直接采用碳纖維結構，外形阻力低、承載能力高。

碳纖維和鋁合金的組合則具有機械美感，在體驗飛行樂趣之余，會給愛好者力與美的視覺享受。（未完待續(xù)）