剛接式旋翼

20世紀(jì)從四十年代到六十年代，鉸接式旋翼都是主要的旋翼型式。在長(zhǎng)期的應(yīng)用中這種形式發(fā)展得比較成熟，經(jīng)驗(yàn)也比較多。但是，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)工作量大，操縱功效及角速度阻尼小等固有的缺點(diǎn)，這種形式是很不理想的。因此，從20世紀(jì)50年代就開(kāi)始了剛接式旋翼的研究工作。

與鉸接式旋翼對(duì)比，剛接式旋翼的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性與飛行動(dòng)力學(xué)特性聯(lián)系更為密切。此外，由于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)上的差別，這種型式產(chǎn)生了一些新的動(dòng)力穩(wěn)定性問(wèn)題。

剛接式旋翼?yè)]舞運(yùn)動(dòng)類(lèi)似于鉸接式旋翼，兩種旋翼力和揮舞導(dǎo)數(shù)相差無(wú)幾。然而，鉸接式旋翼的槳轂力矩是剛接式旋翼的數(shù)倍，所以，相較于3%~4%偏移量的鉸接式旋翼，剛接式旋翼的有效偏移量需達(dá)到12%~16%，甚至更高。這就需要增加槳葉剛度，剛度增量會(huì)對(duì)直升機(jī)縱向靜態(tài)穩(wěn)定性造成不利影響:特殊情況下，直升機(jī)高速狀態(tài)的俯仰不穩(wěn)定性可能會(huì)更為嚴(yán)峻。直升機(jī)重心位置前傾會(huì)緩解上述影響，但是在實(shí)際中，直升機(jī)的重心位置取決于其任務(wù)剖面。我們還可以從水平安定面的設(shè)計(jì)入手，不僅其尺寸對(duì)穩(wěn)定性有直接影響，而且其相對(duì)機(jī)身的安裝角度也對(duì)俯仰力矩平衡有一定影響，同時(shí)，該設(shè)計(jì)還可以被利用于最小化操縱飛行包線上關(guān)鍵部分的槳轂力矩。不管怎樣，高速飛行的典型特征就是穩(wěn)定性逐漸衰退。

一般所說(shuō)的剛接式旋翼，是指在槳轂上取消了水平鉸和垂直鉸，仍保留了變距用的軸向鉸。槳葉的揮舞運(yùn)動(dòng)和擺振運(yùn)動(dòng)，通過(guò)結(jié)構(gòu)的彎曲變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種形式的旋翼，目前使用的有兩種:一種是旋翼槳轂為揮舞半剛性的，槳葉的揮舞是靠槳轂部件的彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如英法合制的WG-13"山貓"直升機(jī)，如圖1所示;另一種是旋翼槳轂為揮舞剛性的，槳葉的揮舞靠槳葉根部的彎曲變形來(lái)實(shí)現(xiàn)，如德法合制的BO-105直升機(jī)。

剛接式旋翼槳葉揮舞一階振型是和鉸接式旋翼的揮舞零階振型(繞水平鉸的"剛體"揮舞)相當(dāng)?shù)?。加入說(shuō)鉸接式旋翼的操縱取決于其零階振型的振動(dòng)--槳葉的"剛體"揮舞，那么剛接式旋翼則主要取決于其一階振型的振動(dòng)。這樣，一階振型的固有特性就是設(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)重要參數(shù)。

鉸接式旋翼在水平鉸外移量等于零時(shí)其零階振型的固有頻率就等于轉(zhuǎn)速Ω。在有水平角外移量時(shí)這個(gè)固有頻率會(huì)略有提高。但是，在一般結(jié)構(gòu)允許的水平鉸外移量范圍內(nèi)，這個(gè)固有頻率難以超過(guò)1.04Ω。而剛接式旋翼的一階振型固有頻率則一般在1.08Ω~1.15Ω的范圍內(nèi)，且多在1.10Ω左右。與鉸接式相比，剛接式旋翼的揮舞固有頻率增加并不太多。

鉸接式旋翼的零階振型剛度完全由離心力提供。而剛接式旋翼的一階振型，由于存在彈性變形，則除了離心力剛度外還附加了彈性剛度。這樣固有頻率也就必然要加大。但是，由于頻率變化不大，也就說(shuō)明了這時(shí)還是離心力剛度起主要作用，而彈性剛度的影響使次要的。

頻率雖然變化不大，但振型卻有明顯變化。對(duì)于鉸接式旋翼，槳葉沒(méi)有彈性變形，水平鉸處及水平鉸以外的部分彎矩都等于零或接近于零。對(duì)于剛接式旋翼，則在根部產(chǎn)生很大的彎矩。

旋翼(rotor，lifting rotor)又稱(chēng)"升力槳"、"主旋翼"或簡(jiǎn)稱(chēng)"升槳"、"主槳"。由連接于旋翼槳轂的兩片、三片或數(shù)片槳葉(目前最多七片)組成。旋翼相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生空氣動(dòng)力，如升力和拉力，用以保持直升機(jī)的飛行。旋翼還具有操作面的作用。

旋翼按其結(jié)構(gòu)型式可分為全鉸接式(鉸接式)、半鉸接式(半剛接式)和無(wú)鉸接式(剛接式)三種。全鉸接式旋翼通常有三個(gè)鉸:揮舞鉸(水平鉸)，擺振鉸(垂直鉸)和變距鉸(軸向鉸)。

早期的直升機(jī)，槳葉和槳轂為剛性連接，前飛時(shí)，前行槳葉和后行槳葉的升力差，使直升機(jī)產(chǎn)生橫側(cè)傾復(fù)力矩，同時(shí)槳葉根部承受很大的靜、動(dòng)彎曲載荷，壽命很短。為了消除前飛時(shí)的橫側(cè)傾復(fù)力矩及改善旋翼在揮舞面和旋轉(zhuǎn)面的受力狀態(tài)，提高壽命，引進(jìn)了揮舞鉸和擺振鉸，形成全鉸接旋翼。但全鉸接式旋翼的槳轂構(gòu)造復(fù)雜，笨重，氣動(dòng)阻力大，制造成本和維護(hù)費(fèi)用高。因而發(fā)展了半剛接式旋翼。