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机械技术

图解直升飞机的结构原理

时间:2015-08-06 09:33:05   作者:未知   来源:网络文摘   阅读:2837   评论:0
一、机身结构图

图解直升飞机的结构原理

二、机身

    机体用来支持和固定直升机部件、系统,把它们连接成一个整体,并用来装载人员、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。下图为 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要影响。

    在使用过程中,机体除承受各种装载传来的负荷外,还承受动部件、武器发射和货物吊 装传来的动负荷。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,必须采取措施来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于机身结构,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量,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直升机由于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%。

直升飞机结构

三、发动机直升机的动力装置

    发动机直升机的动力装置大体上分为两类,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塞式发动机作为直升机的动力装置。但由于其振动大,功率质量比和功率体积比小、控制复杂等许多问题,人们就利用已经 发展起来的涡轮喷气技术寻求性能优良的直升机动力装置,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。当今世界上,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置的主要形式。

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、两级涡轮的单转于、输出轴功率的直升机用发动机,功率达到了206kW(280hp), 成为世界上第一台直升机用航空涡轮轴发动机,定名为“阿都斯特—l”(Artouste—1)。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),于1954年进行了首飞。

    涡轴发动机自从问世近40年来,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

图解直升飞机的结构原理

涡轴发动机分类:

    涡轴发动机据其动力涡轮的形式不同,可分为固定涡轮轴发动机和自由涡轮轴发动机两种。前者的动力涡轮和燃气发生器转于,共同固定在同一根轴上;后者的动力涡轮和燃气发 生器转子,分别固定在两根轴上,动力涡轴与燃气发生器转于彼此无机械联系,动力涡轴呈“自由”状态。自由涡轮轴发动机,又可分为后出轴和前出轴两种。

 涡轴发动机的主要机件及其工作原理:

    与一般航空喷气发动机一样,涡轴发动机也有进气装置、压气机、燃烧室、涡轮及排气 装置等五大机件,涡轴发动机典型结构如下图所示。

直升飞机结构直升飞机结构

四、减速器

    减速器直升机一般为齿轮传动式主减速器(如下图所示), 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,对其性能有如下要求:

    传递功率大、重量轻。随着直升机技术不断发展,要求主减速器传递的功率越来越 大,齿轮啮合处的载荷也大得惊人。一台限制传递功率为3000kW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 当大的重量代价。比如直升机的主减速器重量一般要占整个直升机结构重量的 l/7~l/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。由于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载措施,这势必给传递效率带来不利影响。 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,现代直升机的主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,要从直升机上卸下主减速器送往工厂翻修;更换被耗损的零件,检查合格后再 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,或称主减速器翻修寿命。对于主减速器的可靠性,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)。   干运转能力强。由于主减速器内部齿轮多、载荷重,工作时需要滑油循环流动行润 滑,以保证主减速器正常工作,一旦失去滑油,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主减速器一旦断油后,有一定干运转能力。现代直升机上主减速器一般有30—40min的于运转能力,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

    在直升机上主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。主减速器由机 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)。

    该主减速器机匣为铝合金(或镁合金)铸件,构成主减速 器的主要承力构件,内部装有带游星齿轮及轴系的减速装置和 滑油润滑系统附件。旋翼轴从顶部伸出,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,最下方为滑油池。

主减速器的润滑

    主减速器必须设置独立、自主式润滑系统,用于减少齿轮 和轴承面的摩擦和磨损,防过热、防腐蚀、防划伤并通过滑油 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下润滑可靠,散 热充分,系统密封好,滑油消耗小,带有金属磨损物探测报警 装置维护检查方便。

主减速器工作情况的检查

    由于使用中不可能采用目视查看和直接检测的方法检查主 减速器内部零件的技术状态,除使用时空勤人员可通过滑油温 度和压力指示,以及滑油系统中金属屑报警装置等判断滑油系 统是否工作正常,还应通过定期检查减速器中滑油的状态来判 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, 要及时返厂翻修,这样方能保证直升机关键部件——主减速器 的安全可靠工作。

直升飞机结构


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