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1、直升机结构图解之一机身结构图4/图解直升机的结构之二机身 机体用來支持和固定直升机部件、系统，把它们连接成一个 整体，并用來装载人员、物资和设备，使直升机满足既定技术要求。机体是直升机的重要部件。卜图 为UH-60A直升机的机身分段图。机体外形对直升机飞行性能、操纵性和稳定性有重耍购响。在使用过程中，机体除承受各种装载传來的负荷外，还承受动部件、武器发射和货物吊装 传來的动负荷。这些载荷是通过接头传来的。为了装卸货物及安装设备，机身上要设计很多舱门和 开口，这样就使机体结构复杂化。旋翼、尾桨传给机体的交变载荷，引起机身结构振动，影响乘员的舒适性及结构的疲劳寿 命。因此，在设计机身结构时，必须采
2、取措施來降低直升机机体的振动水平。军用直升机机体结构应该有耐弹击损伤和抗坠撞的能力。近年来，复合材料日益广泛地应 用丁机身结构，与铝合金相比较，它的比强度、比刚度高，可以大大减轻结构重虽，而且破损安全性 能好，成型工艺简单，所以受到人们的普遍重视。例如波音360直升机III 丁采用了复合材料结构新 技术以及先进气动、振动和飞行控制技术，可使巡航速度增加35%,有效载荷增加1296,生产效率 提高50% °水TME3RK之三发动机直升机的动力装且大体上分为两类，即航空活塞式发动机和航空涡轮轴发动机。 在直升机发展初期，均采用技术上比较成熟的航空活瘪式发动机作为直升机的动力装且。但山丁其
3、振 动大，功率质虽比和功率体积比小、控制复杂等许多问题，人们就利用已经 发展起來的涡轮喷气技 术寻求性能优良的直升机动力装且，从而研制成功直升机用涡轮铀发动机。实践证明，涡轮轴发动机较活塞式发动机更能适合直升机的飞行特点。肖今世界上，除部 分小型直升机还在使用活塞式发动机外，涡轮轴发动机已成为直升机动力装迓的上耍形式。航空涡轮轴发动机航空涡轮轴发动机，或简称为涡铀发动机，是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国是 最先研制涡轴发动机的国家。50年代初，透博梅卡公司研制成一种只有一级离心式叶轮压气机、两 级涡轮的单转丁、输出轴功率的直升机用发动机，功率达到了 206kW(280hp), 成为世界上
4、第一台 直升机用航空涡轮轴发动机，定名为“阿都斯特一1”(Artoustel)。首先装用这种发动机的直升机 是美国贝尔直升机公司生产的Bell 47(编号为XH-13F), T 1954年进行了首飞。涡轴发动机自从问世近40年來，产品不断改进发展，结构、性能一代比一代好，型号不断 推陈出新。据不完全统计，世界上直升机用航空涡轴发动机，经历了四代发展时期，输出轴功率从几 十千瓦到数千千瓦.大大小小约有二十几个发展系列。西方典型的四代航空涡轴发动机代代（20fflS）型号名辭（kw）压比口 皿化）U kg如垂量比（如畑卜号a-阿都斯特II （法）40牛0.465.27501542.62送雀&quo
5、t;代T3B-GE-109 （美）1029'0.388.49821596.47ush= 3y阿斯泰祖（法）441：0.337.8<9501602.76“小羚羊"6EiT64-GE-6 （美）2096-0忌13-10933286.39AH-56马基拉（法）132*0.210.411CO2106.3超美洲豹J70-80-T7OO-GE-7OO （美）1146017R11991816.33 - -*鸞鹰”NTR-0 （欧洲）958；0.2741314321695.66欧洲虎式J四 代80WT800-LHT-8CO （美）895-0.015Q163-5.5AH-66RTM322
7、如卜图所示。带粒子分离器的进气道图2.2-30发动机结构图结构之四减速器直升机一般为齿轮传动式上减速器（如卜图所示），它有发动机的功率 输入端以及与旋翼、尾桨附件传动轴相联的功率输出端，是直升机上主要动部件之一，也是传动装置 中最复杂、最大、最重的一个部件。主减速器工作特点及要求主减速器的工作特点是减速、转向及并车。它将高转速小扭短的发动机功率变成低转速、 大扭短传递给旋翼轴，并按转速、扭矩需要将功率传递给尾桨、附件等，在直升机中它还起作中枢 受力构件的作用，它将直接承受旋翼产生的全部作用力和力矩并传递给机体。根据主减速器的工作 特点，对其性能有如卜要求：传递功率大、重虽轻。随着直升机技术不断
8、发展，要求上减速器传递的功率越來越 大，齿 轮啮合处的载荷也大得惊人。一台限制传递功率为3000RW直升机主减速器，其中有的一对啮合齿轮 要承受高达10000kg的力，为了保证齿轮、轴的强度，减速器不得不付出相当大的重虽代价。比如 直升机的上减速器重虽一般要占整个直升机结构重虽的1/广1 / 9 =减速比大，传递效率高。主减速器的减速比即传动比，也就是发动机功率输出轴转速与旋 翼转速之比：传递效率即传递过程中功率的损失。山丁旋翼与发动机输出轴转速相差十分悬殊，有 的直升机总减速比高达120.转速差越大，旋翼轴的扭矩也越大，齿轮载荷就越高。为了减轻载荷， 就必须采取多级传动和复杂的齿轮传动系等卸
9、载措施，这势必给传递效率带来不利彤响。一般现代 直升机减速器的传递效率大致保持在0. 985左右。寿命长、可靠性好。尽管设计时，现代直升机的上减速器多数零件包括齿轮、轴和机匣都 是按无限寿命设计的，但实际上却是按有限寿命使用。因此要求在实际使用中每工作一段时间后， 要从直升机上知卜上减速器送往工厂翻修：更换被耗损的零件，检査合格后再装上直升机重新投入 使用。这样的翻修可以进行数次，每两次送厂翻修的间隔时间称作翻修间隔期，或称丄减速器翻修 寿命。对于主减速器的町靠性，常用平均故障间隔时间（MTBF）表示，即主减速器在实际使用中，所 发生故障的次数对工作时间的平均值（或每两次故障之间的平均时间）。
10、干运转能力强。111 丁主减速器内部齿轮多、载荷重，工作时需要滑汕循坏流动行润滑，以保证主减速器正常工作，一H失 去滑油，齿轮之间、轴与轴之间便会因过热而“烧蚀”，后果十分严重。为了保证飞行安全，特别是 军用直升机应要求上减速器一旦断汕后，有一定干运转能力。现代直升机上上减速器一般有30-40min 的丁运转能力，使飞行员能够继续完成作战任务，能安全返场或紧急着陆。主减速器的结构和工作原理在直升机上丄减速器是一个独立的部件，安装在机身上部的减速器舱内，用支架支撑在机 体承力结构上。主减速器山机匣、减速齿轮及轴系和润滑系统组成。见某直升机的主减速器外形和 部面图（右图）。该上减速器机匣为铝合金（
11、或镁合金）铸件，构成上减速器的主要承力构件，内部装有带游 星齿轮及轴系的减速装迓和滑油润滑系统附件。旋翼轴从顶部仲出，四周有两个与发动机动力输出 轴相连的安装座以及尾传动轴、其他附件传动轴相联的安装座，最卜方为滑油池。主减速器的润滑主减速器必须设呂独立、门上式润滑系统，用丁减少齿轮和轴承而的摩擦和磨损，防过热、 防腐蚀、防划伤并通过滑汕循环流动以排出磨损产物。主减速器润滑系统应保证在各种工作条件K 润滑可靠，散热充分，系统密封好，滑油消耗小，带有金屈磨损物探测报警装且维护检查方便。主减速器工作情况的检査山于使用中不可能采用口视査看和直接检测的方法检査主减速器内部零件的技术状态，除 使用时空勤人
12、员可通过滑汕温度和压力指示，以及滑汕系统中金屈屑报警装星等判断滑汕系统是否 工作正常，还应通过定期检査减速器中滑油的状态來判断这减速器零件的技术状态，因为使用时间 到翻修间隔期后，耍及时返厂翻修，这样方能保证直升机关键部件一一主减速器的安全可靠工作。图2.2-41某直升机主减 速的剖面图1,旋翼釉2.妮转倾斜盘3.安装凸缘4太阳齿轮5.风扇组件&凤扇传功 齿轮7. 传动输出轴8.右输入传动轴 9.减速齿轮盘10滑油泵11左输入传动轴12.中心齿轮13.附件传动座结构之五旋翼旋翼系统中，桨叶是提供升力的重要部件，对桨叶设计除去气动力方面的耍 求之外，还有动力学和疲劳方面的要求。例如所设计
13、的桨叶的固有频率不与气动激振力发生共振， 桨叶挥舞、摆振基频満足操纵稳定性和“地而共振”等要求：桨叶承力结构能有高的疲劳性能或采 用破损安全设计等等。旋翼桨叶的发展是建立在材料、工艺和旋翼理论基础上的。依据桨叶发展的 先后顺序，它有混合式桨叶、金屈桨叶和复合材料桨叶三种形式。III 丁混合式桨叶在50年代后期逐 渐被新式桨叶所代替，目前只在重型直升机米一6、米一26上使用。金屈桨叶金屈桨叶是山挤圧的D型铝合金大梁和胶接在后缘上的后段件组成。后段件外而 包有金属蒙皮，中间垫有泡沫塑料或蜂窝结构，如卜图所示。这种桨叶比混合式桨叶气动效率高， 刚度好，同时加工比较简单，疲劳寿命较高。因此在50年代后
14、期，金屈桨叶逐渐替代了混合式桨叶。图2.2-19金厲桨叶构追L大報2.分股件3.桨根樓头4.上載良5.下象皮&蜂窝支篇件7.真肋8.莫先可调配晝 9.葩扳配蠶10.档按11. 片12.不鹤穷包皮13.奖尖戛流罩复到了 70年代初，随着复合材料的普遍使用，旋翼桨叶又进入一个新的发展阶段，即使 用复合材料桨叶。合材料桨叶如卜图所示为“海脉”直升机的复合材料桨叶结构，主要承力件“C” 形大梁上耍承受离心力并提供了大部分挥舞弯曲刚度，它是山抗拉及弯曲方面比刚度和比强度较高 的零度单向玻璃纤维预浸带构成。在翼型前部和后部各布昼了一个“Z”形梁。前后“Z”形梁与蒙 皮胶接任一起，使桨叶剖面形成多闭
15、室结构：另外，桨叶蒙皮全部采用了与展向呈+-45度的碳纤维 布铺成，显然这些都是为了提高桨叶的扭转刚度。桨叶采用泡沫塑料作为内部支承件，前缘包有不锈 钢片防止磨蚀。复合材料桨叶根部连接方式是一个突出的问题。为了不切断玻璃纤维，一般方式是使纤维 缠绕点金属件上。如卜图所示的“海脉”直升机桨叶，把纤维直接缠绕在金屈衬套上，使桨根结构干 净光滑，没有明显的应力集中。它不仅提高了疲劳强度，也大大减少了维护工作虽。58图2,2-20“海豚般直升机的桨叶构造1赫缘包皮2,3.2形渠4大梁5蒙皮6泡沐塑料支持件7棗皮8后嫌条图解直升机的结构之七门动倾斜器门动倾斜器是直升机操纵系统的一个主要组成部分，旋 翼的
16、总距及周期变距操纵郁要通过它來实现。卜图所示为“云雀” III直升机的口动倾斜器。图2.2-21 “云雀” ID宜升机的自动傾斜器1滑筒2 操纵支骨3 換纵拉杆4 扭力臂接头5扭力臂6连按件7下放转环8紬眾9扭力借10. 头 H支集12操纵支臂13, 14整沈罩结构之九尾桨尾桨是用来平衡反扭矩和对直升机进行航向操纵的部件。旋转着的尾桨相当 丁-一个觅直安定面，能对直升机航向起稳定作用。虽然后桨的功用与旋翼不同，但是它们都是山旋转 而产生空气动力、在前飞时处T不对称气流中工作的状态，因此尾桨结构与旋翼结构有很多相似之 处。尾桨的结构形式有跷跷板式、万向接头式、较接式、无轴承式、“涵道尾桨”式等等
17、。前而几 种形式与旋翼形式中的讨论相似，只是较接式尾桨一般不设置摆振较。70年代以来，又发展了无轴 承尾桨（包括采用交*式布亘无轴承尾桨）及“涵道尾桨”=“涵道尾桨”是把尾桨锤亍机身尾斜梁的 “涵道”之中。卜图为直9直升机的“涵道风扇”尾桨。图2.2-22直9直升机的“涵道风扇”式尾桨涵道风扇直径小叶片数口多。前飞时尾面口J以提供拉力，因此.町以减小尾桨的需用功率。但在悬停时“涵道风 功率消 耗偏大，对直升机悬停和垂直飞行性能不利。可以避免地面人员或机外物体与尾桨相碰撞，安全性好之十 传动机构传动轴发动机与丄减速器之间，主减速器和中、尾减速器之间以及和附件之间均需有传动轴和联 轴节将其相联，以
18、传递功率。传动轴根据其用途可分为上轴、中间轴和尾轴等（见卜图）°4图2.2-42宜哥机传动轴t3左ft 2些跋連務4通风装总传及核5尾轴6中问减逋帶7中问轴8尼裕赢匹湍一般轴的负荷大，使用条件复杂，对其平衡振动特性及轴的可靠性要求高。直升机在飞行中传 动轴的任何破坏，轻则迫使飞行任务中断，重则造成严重事故。所以现代直升机的传动轴，在研制 时要求进行长期的台架试验、疲劳试验以及飞行验证试验，以获得有关寿命、可靠性等综合使用数 据。之八起落架直升机起落装迓的上要作用是吸收在着陆时山丁有垂直速度而带來的能虽，减 少着陆时撞击引起的过载，以及保证在整个使用过程中不发生“地面共振”。此外，起落
19、装宜往往还 用來使直升机具有在地面运动的能力，减少滑行时111 丁地面不平而产生的撞击与颠簸。任陆地上使用的直升机起落装置有轮式起落架和滑橇式起落架。如果要求直升机具备在水 而起降或应急着水迫降能力，一般要求有水密封机身和保证横侧稳定性的浮筒，或应急迫降浮筒。 对丁观载直升机，还需装备特殊着舰装置.如拉降设备等。以卜分别介绍各种形式起落装锤的结构 特点。轮式起落架和固定翼飞机相似，直升机轮式起落架山汕气式减震器和橡胶充气机轮组成。直升机起落 架减展器除了具有吸收着陆能虽、减小撞击等功能以外，还需要通过减蕊器弹性和阻尼的配呂消除 “地面共振” °为了在所有使用状态减蕊器都能提供阻尼，消
20、除“地而共据”的发生，直升机上普遍 采用双腔式减蕊器=>右图所示为某直升机起落架双腔式减悠器。这个减克器的特点是汕液及气体是分开的，活 塞2的上部是汕室，卜部是气室，活塞1又把气室分为低压腔及高压腔。油液及气体不分开的减蕊器, 油液会吸收气体而改变工作特性，同时山丁泡沫的形成也会导致汕液填充虽不准确，汕气分开后就 避免了这个缺点。减丧器分高压腔和低圧腔之后，直升机起飞和降落时，起落架只要刚刚接触地而，低压腔 就开始工作，肖有一定压缩虽之后，高压腔参与工作，这样，町保证起落架在各状态卜具有避免“地 面共振”所需的刚度，并在触地的全过程都提供足够的阻尼，消除“地面共撮”。此外，为提供所 需的
21、侧向刚度，对直升机机轮也有些特殊要求.贰幵肿艮气）*777J7o伸氏行和奖沖.開2玄-25 土起怒架栽偲支柱T.作原珈溶皇2活« 3.外侥4 肉筒§话门6. SPW ?游动汹仃 &活篡杆9汹察10.11.直升机的结构之十一燃油系统涡轮轴发动机的燃汕系统（如卜图所示），由燃汕泵.燃油滤、 喷油嘴等组成，以保证发动机在各种工作状态和各种飞行条件卜所需要的燃油流虽。根据直升机飞行 需要，对涡轴发动机燃油系统有以卜要求：能在较宽的温度范禺内正常供Jlllo 一般要求的外界气温范围为-60 60-Co气温过低， 可能导致处于悬浮状的水分结冰，而沉枳在燃汕濾上将其堵龜，使进入发
22、动机的燃汕减少，致使发 动机停车：气温过高，燃汕在剧热之卜也会分解形成焦炭，同样会影响燃汕系统正常供汕。应具有抗坠毁、抗弹击能力。耍求在设计上减少燃油管道外露，防止弹伤；采取余度设 计，以保证在某些附件损坏后仍能保持燃油系统正常输油：采取吸油式燃油输汕泵以及坠毁门封措 施，防止坠毁时燃汕外泄起火。保证燃油良好的雾化质虽。要求燃油系统在发动机处丁各种状态都能通过喷嘴或甩汕盘 在燃烧室中使燃汕均匀雾化63181013初62019图2,2-37某直升机的燃油系统1 .消耗油箱 2.余油管 3.油箱通气管 4.右发供油管5主油箱（前6主油箱（后）7燃油切断开关&漏油收集箱 9.过滤加油口 10
23、.左发供油管 11连通管12 后输油泵13 油蚩表传感器14.放油口15.前愉油泵16消耗油箱油量喪传感器17.余油活门18左发供油泵19右发供油泵20低油量表传感器十二机载设备机载设备对直升机技术发展的影响直升机机载设备是指任直升机上为保障飞行.完成各种任务的设备和系统的总称。直升机 机载设备品种繁多，包括电气、显示和控制、导航、通信及电子对抗故障诊断等。随着现代直升机 技术发展，机载设备的地位越來越重耍。机载设备性能的优劣已成为现代直升机先进与否的重要标 志之一，先进的机载设备伍提高直升机的使用效能和保证经济性、安全性方而具有不可替代的突出作 用。据有关统计资料，80年代中期的民用直升机上
24、，机载设备只占总价的5%：军用直升机上，机载 设备占总价的30% 40%。随着对民用直升机和军用直升机的性能耍求的不断提高和军、民用直升机应用领域的不断 拓展，机载设备占全机总价的比例有了显著的增加。口前民用直升机中设备所占的价格比已达10% 左右，而军用直升机，尤其是专用武装直升机、特种部队所装备的直升机机载设备所占价格比己上升 至50%左右。美国正在研制的RAH66轻型侦察攻击直升机，其机载设备所占的价格比己超过60%。直升机的飞行门动控制系统山丁直升机有悬停、垂直升降及后飞的功能，其门动飞行控制系统和全向空速系统在技术 上较待殊。与固定翼飞机相比，作为被控制对象的空中飞行的直升机，运动状
25、态更为复杂。固定翼飞 机飞行时可视为六口由度的运动物体。而对直升机而肓，还必须考虑旋翼、尾桨的旋转，直升机一 系列特有的飞行状态，如悬停、垂直上升和卜降、口转卜降等。旋冀旋转时除产生升力外还产生操 纵直升机运动的纵向、侧向力，俯仰、滚转力矩。因此，与固定翼飞机相比，直升机的飞彳亍控制有显 著区别。旋翼系统产生的操纵载荷不仅数值大，而且变化复杂，因而不能让其通过操纵线系等反传 到驾驶操纵机构上，为此现代直升机特别是大、中型直升机上，均采用不可逆的（无回力）液压助力操 纵系统，使载荷在传到驾驶杆上之前分散至机体结构上去。使助力器产生足够大的力來操纵旋翼系统, 同时还使旋翼操纵载荷直接传到机体结构，
26、而不致传到驾驶操纵机构上。液压助力器液压助力器是系统中执行助力的附件。利用液压助力器，飞彳亍员只需施加很小的力就可操 纵较大载荷的旋翼系统。山于液压助力器具有体积小、重虽轻、快速致动性好，并能产生出很大的 操纵力等优点，因而被广泛采用。一般液压助力器是山以卜几个上要机件所组成（见卜图）：液压滑 阀（伺服阀）、活塞杆、作动筒及输入摇臂机构等。液压滑阀起着功率放大作用，活塞杆是将液体压 力能转换成机械能，输入摇臂机构则起着操纵和反馈作用。液压滑阀 摇臂支承点 摇骨支承点L上二输人揺臂油道I支座活塞杆助力器作动筒/连接舵面口前在直升机上采用的液压助力器，构造形式很多，但常见的有装有主、副液压分油滑阀的单 腔液压助力器：装有制动器的双系统供油的液压助力器：装有上、副液压分油滑阀的双圧助力器（有 的在主液压分油滑阀上带有阻尼活塞）O在较小型直升机上只有一套液压系统就能进行满意的操纵，甚至将液压系统关闭或发生故 障时也能飞行。但大的直升机上有双套或更多独立的液压系统來保证时时有一个系统在工作，以确保 飞行安全。配平机构驾驶员改变飞行状态，通过驾驶杆借门动倾斜器使桨叶周期变距位迓发生变化。如果驾驶 员移动驾驶杆没有力的感觉显然是无法操纵直升机的，杆力大小不同反应就会不同。大多数直升机 上驾驶杆的杆力纵向梯度为0. 2-0. 7kg/cm,横向杆力梯度相对小一些，均山载
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