直升機能飛起來,全靠這個複雜機構!

直升機能夠升空飛行,是由旋翼提供上升的動力。旋翼由槳轂和數片槳葉構成,槳轂安裝在旋翼軸上,形如細長機翼的槳葉則連在槳轂上。

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槳葉旋轉時與周圍空氣相互作用,產生沿旋翼軸的拉力,如果相對氣流的方向或各片槳葉的槳距不對稱於旋翼軸,還產生垂直於旋翼軸的分力。

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在直升機上,旋翼軸方向近於垂直,因此旋翼首先具有機翼的功能,產生向上的力。其次還具有類似於飛機推進裝置的功能,產生向前的力。它還具有類似於飛機操縱面的功能,產生改變機體姿態的俯仰力矩或滾轉力矩。

一副旋翼最少有兩片槳葉,最多可達8片。旋翼直徑最小約5米,最大達35米。按槳葉與槳轂連接方式的不同,旋翼大體上分為鉸接式、無鉸式、半無鉸式和無軸承式4種。

01 鉸接式旋翼

鉸接式旋翼(又稱全鉸接式旋翼)是通過槳轂上設置揮舞鉸、擺陣鉸和變距鉸,使每片槳葉自由地進行揮舞、擺動和改變槳距。

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典型的鉸接式槳轂鉸的佈置順序(從裡向外)是揮舞鉸、擺振鉸、變距鉸。鉸接式槳轂構造複雜,維護檢修的工作量大,疲勞壽命低。

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02 無鉸式旋翼

無鉸式旋翼取消水平鉸和垂直鉸,但仍有軸向鉸。槳葉在揮舞方向和擺振方向相對於槳轂是固支的。槳葉的揮舞運動和擺振運動表現為槳葉根部(或槳轂支臂)的彎曲變形。

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與鉸接式相比,它的結構簡單,但槳葉和槳轂的彎曲載荷較大。從70年代初開始,由於在旋翼上應用了疲勞強度較高的複合材料和鈦合金,這種型式的旋翼增多。

03 半無鉸式旋翼

半無鉸式旋翼的特點是隻有兩片槳葉,彼此連成整體,共用一箇中心水平鉸,沒有垂直鉸(好像一個蹺蹺板,常稱蹺蹺板式旋翼),但仍有軸向鉸。這種型式旋翼的結構也比較簡單,但操縱性較差。

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04 無軸承式旋翼

無軸承式旋翼不僅沒有水平鉸和垂直鉸,連軸向鉸也被取消。槳葉的變距運動靠槳葉根部(或槳轂支臂)的扭轉變形來實現。

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它的結構簡單,但要求槳葉根部的材料既有很高的彎曲強度和剛度,又有很低的扭轉剛度。70年代以來,在採用先進複合材料槳葉基礎上,無軸承式旋翼的研究已有一定進展,但仍處於試驗階段。

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以上4種型式的旋翼是典型的分類,實用中還有許多中間型式,如法國"海豚"直升機的星型柔性旋翼,就是一種介乎鉸接式與無鉸式之間的型式,即所謂有彈性約束的鉸接式旋翼。


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