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        動(dòng)靜旋翼軸研究現(xiàn)狀與技術(shù)特點(diǎn)分析

        2019-08-05 01:46:16尹鳳張曉宇胡超黃湘龍
        中國(guó)設(shè)備工程 2019年12期
        關(guān)鍵詞:動(dòng)軸動(dòng)靜傳動(dòng)系統(tǒng)

        尹鳳,張曉宇,胡超,黃湘龍

        (1.中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所;2.直升機(jī)傳動(dòng)技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南 株洲 412002)

        旋翼軸是直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵動(dòng)部件,傳統(tǒng)旋翼軸為單軸懸臂梁結(jié)構(gòu),其自身受載復(fù)雜,疲勞壽命難以保證,同時(shí),旋翼載荷經(jīng)由主減速器再傳遞至機(jī)身,傳力路徑復(fù)雜,增加了機(jī)匣設(shè)計(jì)難度、主減重量等。動(dòng)靜旋翼軸是一種新型旋翼軸結(jié)構(gòu),可有效地解決上述問(wèn)題。

        1 動(dòng)靜旋翼軸工作原理

        以“阿帕奇”AH-64 直升機(jī)的動(dòng)靜旋翼軸結(jié)構(gòu)(圖1)為例。其主要由動(dòng)軸和靜軸等組成,動(dòng)軸上、下端通過(guò)花鍵分別與旋翼槳轂及主減輸出軸相連,僅傳遞扭矩。靜軸上端通過(guò)一對(duì)圓錐滾子軸承與槳轂相連,底部固定在機(jī)身結(jié)構(gòu)上,傳遞除扭距外的其他旋翼載荷并直接傳至機(jī)身而不經(jīng)過(guò)主減速器。

        圖1 “阿帕奇”AH-64 動(dòng)靜旋翼軸

        2 動(dòng)靜旋翼軸研究現(xiàn)狀

        20 世紀(jì)中期,美國(guó)休斯公司率先開(kāi)展了動(dòng)靜旋翼軸技術(shù)研究,并在OH-6A 直升機(jī)上進(jìn)行了應(yīng)用(圖2),其動(dòng)軸上端通過(guò)螺栓與槳轂連接,下端通過(guò)鼓形花鍵與主減速器輸出軸連接,只傳遞扭矩;靜軸上端通過(guò)一對(duì)圓錐滾子軸承與槳轂相連,底部固定在與機(jī)身相連的底座上,傳遞除扭距外的其他旋翼載荷并直接傳至機(jī)身。該結(jié)構(gòu)能防止旋翼系統(tǒng)在墜毀事故中松脫和槳葉撞擊而穿透空勤人員座艙,同時(shí)采用了剪斷破損安全設(shè)計(jì),當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)被卡死時(shí),能使飛機(jī)自轉(zhuǎn)著陸,極大地提升了直升機(jī)的安全性。

        圖2 OH-6A 動(dòng)靜旋翼軸結(jié)構(gòu)

        隨后,美國(guó)在“阿帕奇”AH-64 直升機(jī)上也應(yīng)用了動(dòng)靜旋翼軸結(jié)構(gòu)(圖1),其總體結(jié)構(gòu)方案與OH-6A 直升機(jī)基本保持一致,但在細(xì)節(jié)上做了很多關(guān)鍵設(shè)計(jì)。比如,其動(dòng)軸采用3 段焊接軸結(jié)構(gòu),中段軸采用薄壁高強(qiáng)度鋼制成,使動(dòng)軸重量減輕了15.1 磅;其撐桿應(yīng)用了損傷容限設(shè)計(jì)理念,保證在任一支撐桿損傷失效情況下都能承受極限載荷而不失效,提高了直升機(jī)的抗墜毀性;進(jìn)行了主旋翼軸抗彈擊設(shè)計(jì),確保主旋翼軸在遭受12.7mm 或23mm 的彈擊后仍可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在AH-64 飛行中從未出現(xiàn)主旋翼軸失效的情況。

        1992 年,SIKORSKY 直升機(jī)公司在ART 項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了一種全新的動(dòng)靜旋翼軸方案(圖3),其動(dòng)軸采用內(nèi)、外軸結(jié)構(gòu)并通過(guò)法蘭相連,動(dòng)軸上端通過(guò)法蘭與旋翼槳轂相連,下端由一對(duì)圓錐滾子軸承支承在靜軸上;靜軸設(shè)計(jì)成桁架結(jié)構(gòu),通過(guò)6 根支架與機(jī)身相連。旋翼的拉力、彎矩等由外軸經(jīng)錐軸承傳至靜軸再傳至機(jī)身,扭矩由內(nèi)軸傳遞。該方案中選用了大量的新材料,比如:其動(dòng)軸選用鈦合金材料,靜軸選用復(fù)合材料,大大減輕了重量。最終該傳動(dòng)系統(tǒng)較原型機(jī)成功減重23%,其中動(dòng)靜旋翼軸技術(shù)的應(yīng)用對(duì)其減重做出了重要貢獻(xiàn)。

        圖3 Sikorsky 公司ART 動(dòng)靜旋翼軸方案

        3 動(dòng)靜旋翼軸技術(shù)特點(diǎn)分析

        通過(guò)動(dòng)靜旋翼軸研究現(xiàn)狀分析可知,其主要具有如下技術(shù)特點(diǎn)。

        (1)可實(shí)現(xiàn)旋翼載荷分離,旋翼載荷傳遞路線清晰,零件受載簡(jiǎn)化,有利于減輕主減重量。

        (2)靜軸加強(qiáng)了對(duì)槳轂的支撐作用,且對(duì)動(dòng)軸有一定防護(hù)作用,提高了旋翼軸的可靠性和抗彈擊能力。

        (3)通過(guò)剪斷破損安全設(shè)計(jì),當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)被卡死時(shí),能保證飛機(jī)自轉(zhuǎn)著陸,提高了直升機(jī)的抗墜毀性能。

        (4)采用動(dòng)靜旋翼軸結(jié)構(gòu),在主減速器裝拆時(shí)不需要拆下旋翼軸、槳轂、操縱系統(tǒng)和旋翼組件,可維護(hù)性強(qiáng)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        相比傳統(tǒng)的旋翼軸結(jié)構(gòu),動(dòng)靜旋翼軸在減重、可靠性、抗彈擊及抗墜毀性等方面具有明顯的性能優(yōu)勢(shì),國(guó)外直升機(jī)公司對(duì)動(dòng)靜旋翼軸開(kāi)展了大量技術(shù)研究,并在當(dāng)代部分先進(jìn)直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中取得應(yīng)用。國(guó)內(nèi)急需開(kāi)展動(dòng)靜旋翼軸技術(shù)研究,為下一代高性能直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)自主研制提供技術(shù)支撐。

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