萬志強(qiáng)

九、直升機(jī)與模型直升機(jī)

的機(jī)體構(gòu)造

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

1. 直升機(jī)的機(jī)體構(gòu)造

這里重點(diǎn)介紹直升機(jī)的機(jī)身構(gòu)造。

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

駕駛艙是駕駛員和其他機(jī)組人員的工作區(qū)域，后面與中機(jī)身相連。中機(jī)身的上部與發(fā)動(dòng)機(jī)艙相連；內(nèi)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(nèi)部大都布置尾槳傳動(dòng)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(jī)組人員的工作空間，不僅需要安裝大量的儀器設(shè)備，還需預(yù)留足夠的作業(yè)空間。一般情況下，駕駛艙僅作為維形結(jié)構(gòu)不參與全機(jī)受力；而對(duì)于武裝直升機(jī)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(fù)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?zhǔn)交蛴没壥桨惭b。典型的駕駛艙骨架（含玻璃）見圖2。

2）中機(jī)身

中機(jī)身是直升機(jī)機(jī)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(gè)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(zhì)量力和慣性力，包括裝在機(jī)身內(nèi)部的載重和中機(jī)身自身的質(zhì)量力和慣性力；三是中機(jī)身本身受到的氣動(dòng)載荷。

中機(jī)身的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可分為橫向構(gòu)件、縱向構(gòu)件和蒙皮。

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

縱向構(gòu)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(jī)體彎曲載荷和軸力。桁條對(duì)蒙皮還起到支撐作用，可以提高蒙皮受壓受剪時(shí)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(dòng)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(jié)構(gòu)在全機(jī)整體受力中，主要承受垂直和水平面內(nèi)的剪力以及扭矩。其與桁條構(gòu)成加筋壁板，承受機(jī)體彎曲載荷和軸力；與隔框形成閉室結(jié)構(gòu)傳遞和承載扭矩。

直升機(jī)中機(jī)身的結(jié)構(gòu)形式與飛機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)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(dòng)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(diǎn)式起落架的直升機(jī)，通常在尾梁后部裝有尾橇；后三點(diǎn)式起落架的直升機(jī)，尾輪一般裝在尾梁上。尾梁要承受尾橇或尾輪著地時(shí)產(chǎn)生的載荷。

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

·桁架式結(jié)構(gòu)

桁架式結(jié)構(gòu)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(shí)尾梁外部還用薄蒙皮整流。該種結(jié)構(gòu)通常適用于中、小型直升機(jī)，較經(jīng)典的有SA-313/318、SA-315等。

·桁梁式結(jié)構(gòu)

不少直升機(jī)尾梁采用桁梁式結(jié)構(gòu)，沿縱向在承力大的部位設(shè)置桁梁，其余部位則使用桁條；橫向構(gòu)件設(shè)置若干框；外面使用薄蒙皮。采用這種尾梁結(jié)構(gòu)的輕型直升機(jī)有“云雀”III。

·半硬殼式結(jié)構(gòu)

半硬殼式結(jié)構(gòu)的尾梁設(shè)計(jì)很簡單，通常只用一層鋁板卷成一個(gè)圓錐形，設(shè)計(jì)有若干維形框和對(duì)接框，僅有幾根縱向構(gòu)件。經(jīng)典的直11型直升機(jī)尾梁結(jié)構(gòu)便是如此。

·夾層結(jié)構(gòu)

隨著復(fù)合材料的發(fā)展，夾層結(jié)構(gòu)越來越廣泛地使用在直升機(jī)尾梁結(jié)構(gòu)中。夾層結(jié)構(gòu)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(diǎn)，是當(dāng)前最流行的一種結(jié)構(gòu)形式。尾梁采用夾層結(jié)構(gòu)的有“虎”式、RAH-66和直9等。

·等截面管材結(jié)構(gòu)

為了減輕重量、簡化結(jié)構(gòu)，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，某些超輕型直升機(jī)采用等截面管材結(jié)構(gòu)作為尾梁。

2. 模型直升機(jī)的機(jī)體構(gòu)造

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

模型直升機(jī)由于尺寸小、造價(jià)低，對(duì)重量的要求不像載人直升機(jī)那樣苛刻，因此為簡化制造、降低成本，其機(jī)體結(jié)構(gòu)與載人直升機(jī)有較大的差異。模型直升機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)，按照制造的方式不同大致可以分為兩類：一類采用高強(qiáng)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(jī)體

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

近年來，玩具或入門級(jí)別的微型直升機(jī)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、承受載荷小、更加注重降低成本而讓更多的消費(fèi)者體驗(yàn)飛行的樂趣，所以廣泛使用了塑料機(jī)體。

此外，仍有少部分競賽級(jí)別的模型直升機(jī)由于特殊的形狀或獨(dú)到的設(shè)計(jì)思路，仍然沿用塑料作為機(jī)體的主要材料。

2）碳纖維和金屬組合機(jī)體

目前應(yīng)用非常廣泛的模型直升機(jī)和小型無人直升機(jī)，其機(jī)體采用了碳纖維板和金屬零件組裝結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)椋祭w維板力學(xué)性能優(yōu)異，能夠很好地滿足模型直升機(jī)對(duì)重量和強(qiáng)度的要求，其成本也逐漸被消費(fèi)者和廠家接受；金屬零件則易于加工、力學(xué)性能也不錯(cuò)。這種結(jié)構(gòu)一般采用兩片碳纖維側(cè)板作為整體傳力結(jié)構(gòu)，使用金屬零件作為安裝座，將電機(jī)、主軸和舵機(jī)等部件裝在側(cè)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(jī)體上。這種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大、重量輕，且具有一定的抗摔能力。

模型直升機(jī)前機(jī)身外部通常會(huì)配有玻璃鋼的彩繪整流罩。部分模型為降低飛行阻力，還設(shè)計(jì)了全機(jī)身整流罩。其中后機(jī)身整流罩能對(duì)尾管起到一定的支撐作用。

少數(shù)特別設(shè)計(jì)的模型直升機(jī)，其后機(jī)身直接采用碳纖維結(jié)構(gòu)，外形阻力低、承載能力高。

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