變距桿國內(nèi)研究現(xiàn)狀

直升機(jī)變距拉桿軸向力是旋翼(含尾槳)槳葉鉸鏈力矩的支反力，是旋翼操縱系統(tǒng)載荷和機(jī)身振動的來源之一。直升機(jī)變距拉桿軸向力的試飛研究是檢驗其理論預(yù)估，獲得其準(zhǔn)確測試值的有效途徑，是建立和發(fā)展直升機(jī)先進(jìn)旋翼系統(tǒng)的重要課題，對發(fā)展國內(nèi)直升機(jī)旋翼試飛研究具有十分重要的意義。由于歷史的原因，國內(nèi)直升機(jī)強(qiáng)度試飛一直處于測試手段短缺，專業(yè)基礎(chǔ)薄弱的狀態(tài)。目前，要進(jìn)行本項目試飛研究，主要存在以下技術(shù)難點:

缺少合適的旋翼測試系統(tǒng)。通常，除要求該系統(tǒng)能在旋轉(zhuǎn)旋翼環(huán)境下以足夠高的測試精度實現(xiàn)全部測試功能外，還應(yīng)根據(jù)旋轉(zhuǎn)旋翼與不旋轉(zhuǎn)機(jī)身之間可能提供的界面狀態(tài)選擇(或研制)不同型式的旋翼測試系統(tǒng)。目前，國內(nèi)缺乏現(xiàn)成的可供選用的旋翼測試系統(tǒng)。小應(yīng)變范圍的飛行測試技術(shù)。直升機(jī)變距拉桿是典型的彈性或非彈性屈曲破壞柱的穩(wěn)定性理論設(shè)計:強(qiáng)度(剛度)大，載荷小。一般定常飛行時的軸向應(yīng)變不超過 100me，測試數(shù)據(jù)的分散性大，很難準(zhǔn)確測試。直升機(jī)變距拉桿軸向力由振動分量和穩(wěn)定分量兩部分組成:穩(wěn)定分量約為振動分量的 1/3 左右，更小的穩(wěn)定分量就更加難以測試了。大機(jī)動飛行時的較高應(yīng)變范圍的試飛:直升機(jī)變距拉桿軸向力并非都是小應(yīng)變范圍的飛行測試。在直升機(jī)(特別是武裝型)飛行譜中，有不足 5%的大機(jī)動飛行是造成結(jié)構(gòu)疲勞損傷的嚴(yán)重振動載荷狀態(tài)，例如 UH-60在 UTTAS拉起時的變距拉桿軸向力振動分量約等于最大穩(wěn)定平飛時的 3.5 倍，通常飛行情況下的小應(yīng)變范圍和大機(jī)動飛行時的較高應(yīng)變范圍給飛行測試設(shè)備的配置帶來了一定的困難，大機(jī)動飛行給國內(nèi)直升機(jī)試飛員提出了試飛新課題。

早在七十年代就開始了理論預(yù)估工作，有了飛行測試的需求。由于飛行測試條件的限制等原因，未能得出有效飛行測試結(jié)果，所進(jìn)行的理論分析也未能得到試飛的驗證。八十年代末，國內(nèi)采用[美]WDC(無線電數(shù)據(jù)耦合)系統(tǒng)進(jìn)行了 Z8 尾槳變距拉桿軸向應(yīng)變飛行測試的試飛，解決了 Z8 尾槳條件下的方位測試問題，給出了有方位標(biāo)記的有關(guān)應(yīng)力-時間歷程曲線，提供了穩(wěn)定平飛狀態(tài)下的 Z8 尾槳變距拉桿軸向力 P 的換算值。1998 年國內(nèi)采用自行研制的固態(tài)采集記錄型 GSC4-SG-1 直升機(jī)旋翼測試系統(tǒng)，在Z11 旋翼的特定條件下實現(xiàn)了Z11 變距拉桿軸向力的試飛研究，獲得了部分典型穩(wěn)態(tài)飛行和機(jī)動飛行狀態(tài)下的 Z11 變距拉桿軸向力的有效飛行測試值，并就其穩(wěn)定分量測試問題，做了較為深入的分析，最后得到系統(tǒng)漂移顯著影響穩(wěn)定分量測試值的重要結(jié)論。

變距桿的主要故障原因有磨損、支座斷裂和軸承脫出等類型。

變距拉桿關(guān)節(jié)軸承磨損故障是指連接變距拉桿的關(guān)節(jié)軸承外圈和鋼球之間因工作中摩擦而造成徑向間隙擴(kuò)大的故障。該故障比較隱蔽，一般情況下不易察覺，是在多沙塵地區(qū)飛行的直升機(jī)的常見故障。由于槳葉的操縱是通過變距拉桿來實現(xiàn)的，關(guān)節(jié)軸承磨損間隙造成槳葉操縱線系剛度出現(xiàn)非線性和等效剛度下降，振動加劇并通過自動傾斜器傳至機(jī)身。而且由于間隙的存在，變距拉桿處在劇烈的交變載荷作用下，如果變距拉桿疲勞斷裂，槳葉失去操縱，負(fù)迎角的氣動力使該片槳葉下?lián)]掃到尾梁，必將導(dǎo)致機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故。美國AH-64A等直升機(jī)已經(jīng)報告該故障。目前的旋翼監(jiān)測系統(tǒng)不能監(jiān)測變距拉桿關(guān)節(jié)軸承磨損狀態(tài)。主要通過定期檢查來確定磨損狀態(tài)和修理措施。如果能通過機(jī)體振動響應(yīng)判定旋翼變距拉桿關(guān)節(jié)軸承磨損故障，并確定故障程度，將有助于提高旋翼系統(tǒng)的可靠性和安全性，具有很大的實用價值。

直升機(jī)變距拉桿軸向力是旋翼(含尾槳)槳葉鉸鏈力矩的支反力，是旋翼操縱系統(tǒng)載荷和機(jī)身振動的來源之一。因此在直升機(jī)的飛行過程中，變距拉桿所受的軸向力一直在不停變化相當(dāng)于一直在承受疲勞載荷。在直升機(jī)的長時間使用過程中，如不注意保養(yǎng)和檢查維修變距拉桿，就有可能會發(fā)生飛行過程中變距拉桿或其支座斷裂的情況。一旦在飛行過程中發(fā)生疲勞斷裂，直升機(jī)很可能會失控，危及機(jī)上人員和財物的安全。

尾槳作為直升機(jī)的關(guān)鍵動部件之一，提供旋翼反扭矩，實現(xiàn)直升機(jī)航向操縱，因此，尾槳出現(xiàn)故障無法實現(xiàn)其功能時。將給直升機(jī)帶來災(zāi)難性事故。2007年5月15日，直11型直升機(jī)在某國進(jìn)行培訓(xùn)試飛，某國陸航飛行員操縱直升機(jī)進(jìn)行起落航線飛行，速度200 km/h時，直升機(jī)突然發(fā)出一聲巨響，機(jī)身隨即發(fā)生劇烈抖動，方向突然左偏，在中方飛行員的努力調(diào)整下直升機(jī)安全著陸。事后檢查發(fā)現(xiàn)，尾槳變距拉桿上端關(guān)節(jié)軸承脫出，尾槳完全失去控制。2007年6月4日，陸航學(xué)院直11型機(jī)尾槳變距拉桿也出現(xiàn)變距拉桿上端關(guān)節(jié)軸承脫出故障，由于脫出量為0.8 him，尚未影響直升機(jī)的飛行安全。

變距拉桿是旋翼系統(tǒng)自動傾斜器的主要部件，其功能主要是傳遞旋翼的鉸鏈力矩，傳遞駕駛員的工作指令。某主槳變距拉桿為左右內(nèi)螺紋收口形式，兩端與帶柄軸承相連接，是當(dāng)代直升機(jī)旋翼系統(tǒng)主槳變距拉桿中普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式，如由"海豚2"發(fā)展起來的ECl55、BK117、中法合作研制的ECl75等等都采用此種結(jié)構(gòu)的變距拉桿。與以往傳統(tǒng)機(jī)型純粹用六角棒材機(jī)加而成(如ECl20、"海豚"SA365N)，或用圓管擴(kuò)口后加裝端套(如"超黃蜂"、NH90、歐直公司Ec225)的變距拉桿相比較，收口拉桿具有強(qiáng)度高、重量輕、維護(hù)性好等特點。收口變距拉桿已成為直升機(jī)旋翼自動傾斜器構(gòu)型中的發(fā)展主流之一。

作為旋翼系統(tǒng)自動傾斜器的主要部件之一，主槳變距拉桿是旋翼系統(tǒng)的關(guān)鍵動部件，主要承受交變載荷。某主槳變距拉桿設(shè)計目標(biāo)值為3000飛行小時。

周期變距操縱用于改變直升機(jī)的滾轉(zhuǎn)和俯仰姿態(tài)。駕駛員對周期變距桿(也稱駕駛桿)的橫向和縱向操縱通過操縱線系或液壓助力裝置使自動傾斜器向相應(yīng)的方向傾斜。由于旋轉(zhuǎn)環(huán)同槳葉的變距搖臂之間有固定長度的拉桿相連，所以自動傾斜器的傾斜會導(dǎo)致槳葉的槳距發(fā)生周期變化，使得旋翼空氣動力不對稱，槳葉的旋轉(zhuǎn)平面將向所需方向傾斜，旋翼的拉力矢量方向因此發(fā)生改變，這樣就達(dá)到操縱直升機(jī)橫向和縱向飛行的目的。