直升机专题｜直升机桨毂结构（上）

旋翼系统由桨叶和桨毂组成。旋翼形式是由桨毅形式决定的。它随着材料、工艺和旋翼理论的发展而发展。

到目前为止，已在实践中应用的旋翼形式有铰接式、跷跷板式、无铰式和无轴承式。

一、桨毂结构特点

(一)铰接式

铰接式(又称全铰接式)旋翼桨毂是通过桨毂上设置挥舞铰、摆振铰和变距铰来实现桨叶的挥舞、摆振和变距运动。典型的铰接式桨毂铰的布置顺序(从里向外)是由挥舞铰、摆振铰到变距铰。也有挥舞铰与摆振铰重合的。

在轴向铰中除了用推力轴承来负担离心力并实现变距运动外，另一种流行的方式是利用弹性元件拉扭杆来执行这个功能，如图所示。这样在旋翼进行变距操纵时必须克服拉扭杆的弹性及扭短，为了减小操纵力，就必须使拉扭杆有足够低的扭转刚度。

铰接式桨毂构造复杂，维护检修的工作量大，疲劳寿命低。因此在直升机的发展中一直在努力改善这种情况。在20世纪60年代后期开始发展的层压弹性体轴承(橡胶轴承)也是解决这个问题的一个较好的方案，现已实际应用。

层压弹性体轴承也可称为核胶轴承，以下图b中径向轴承为例，这是由每两层薄橡胶层中间由金属片隔开并硫化在一起。内外因的相对转动是通过橡胶层的剪切变形来实现的，而径向负荷则要由橡胶的受压来传递。图中还表示了层压弹性轴承的一些基本形式，并标示了它允许的相对运动方向和受力方向。

下图中桨毂一个支管的构造。轴承组件的主要部分是一个球面弹性体轴承，桨叶的挥舞及摆振运动全部通过这个轴承来实现。此外靠近内端有一个层压推力铀承，桨叶变距运动的85％通过这个轴承的扭转变形来实现，其余15％则由球面轴承来实现。这种形式的桨毂是用一组层压弹性体轴承组件来实现挥舞铰、摆振铰、变距铰三铰的功能，这样使构造大大简化，零件数量也大大减少。同时由于不需要润滑及密封，维护检修的工作量亦少很多。

(二)桨毂减摆器

铰接式旋翼在摆振铰上都带有桨毂减摆器，简称为减摆器，为桨叶绕摆振铰的摆振运动提供阻尼。减摆器对于防止出现“地面共振”，保证其有足够的稳定性裕度是必要的。此外，对于装备涡轮轴发动机的直升机，发动机、传动系统及旋翼整个系统的扭转振动，由于存在着燃油控制系统而形成一个闭合回路，也存在着操纵响应的稳定性问题。对于这样一种自激振动，减摆器对集合型的摆振运动提供的阻尼也是有利的，即可以保证所要求的稳定性裕度。

1．液压减摆器

主要是用油液流动速度的损失来产生压力差从而起到阻尼作用。如图为这种减摆器的原理。

如下图表示了这种减楼器在桨毂上可能的安装情况。当桨叶绕垂直铰来回摆动时，减摆器壳体与活塞杆之间产生往复运动。这时，充满壳体内的油液也就要以高速度流进壳体与活塞之间的缝隙(或者是活塞上的节流孔)，活塞的左右就产生了压力差，从而形成减摆力矩。液压减摆器的减摆力矩比较稳定，它不像摩擦减摆器那样需经常检查及调整。但如果油液泄漏使空气进入，则会显著地改变减摆器的特性。因此，除了在减摆器上带密封装置外，往往还需要有油液补偿装置。

2．粘弹减摆器

70年代开始出现了用粘弹性材料硅橡胶制成的粘弹减摆器。这种减摆器是利用粘弹性材料变形时很大的内阻尼来提供所要求的减振阻尼，其构造原理见下图。减摆器由当中的金屑扳及其两边的两块外部金属板构成。内部金属板及两块外部金屑板之间各有一层硅橡胶，金属板与橡胶硫化粘结在一起，内部金属板一端与铀向铰轴颈相连，而外部金属板则与中间连接件相连接。桨叶绕垂直铰摆动时，由硅橡胶层的往复剪切变形使减摆器产生往复轴向变形。粘弹材料变形时将产生内摩擦，内摩擦力在相位上滞后变形90’，这些变形要消耗能量，从而起到了阻尼的作用。粘弹减摆器突出的优点是结构简单，除了目视检查外，不需要维护。这种减摆器不仅提供了阻尼也对桨叶摆振运动附加了刚度，提高了桨叶摆振固有频率。在低温下硅橡胶会硬化，这是设计时应注意的问题。

(三)万向接头式及跷跷板式

40年代中期，在全铰式旋翼得到广泛应用的同时，贝尔公司发展了万向接头式旋翼，并将其成功地应用在总重量一吨级的轻型直升机Bell47上。50年代中期又把万向接头式进一步发展成统统板式，研制了总重量达4吨多的中型直升机UH—l和9吨级的BeH214直升机。虽然这两种族翼形式除了贝尔公司外很少采用，但仅仅Bell47型及UH—l系列直升机产量就很大，应用也很广泛。

如下图所示为Bell47型直升机万向接头式旋翼桨毂的构造，

万向接头式旋翼桨毂原理。两片桨叶通过各自的轴向铰和桨毂壳体互相连接，而桨毂壳体又通过万向接头与旋翼轴相连。挥舞运动通过万向接头B—B铰实现。改变总距是通过轴向铰实现的，而周期变距是通过万向接头绕。a–a铰的转动实现。

跷跷板式旋翼和万向接头式旋翼的主要区别是桨毂壳体只通过一个水平铰与旋翼轴相连，这种桨毂构造比万向接头式简单一些，但是周期变距也是通过变距铰来实现。一般变距铰采用拉扭杆来负担离心力。这两种桨毂形式与铰接式相比，其优点是桨毂构造简单，去绰了摆振铰、减摆器，两片桨叶共同的挥舞铰不负担离心力而只传递拉力及旋翼力矩，轴承负荷比较小，没有“地面共振”问题。但是，这种旋翼操纵功效和角速度阻尼比较小，为了加大角速度阻尼，这种形式的旋翼都要带机械增稳装置——稳定杆，没有办法改善操纵功效，对于机动性要求较高的直升机，上述缺点就很突出。