直升机的结构及发展毕业论文Word文档格式.docx
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摘要
本论文主要阐述了直升机的诞生与发展和直升机构成与分类以及介绍了直升机的结构。
而在结构中旋翼结构和尾桨结构又是直升机的主要结构组成部分。
直升机的主要结构与系统其中包括：
旋翼、尾桨、反扭矩系统传动系统、操纵系统及主要的结构组成部分。
在经济高速发展的今天，通用航空也的迅速发展，进而引起了再直升机发展过程中的问题，科技的发展为解决这些问题垫定了基础，使得新技术不断的得到应用，让直升机普及成为为一种可能。
关键词：
直升机旋翼尾桨操纵系统
Abstract
Thispapermainlyexpoundstheclassificationofhelicopterwiththebirthanddevelopmentoftheconstitutionaswellasthestructureofhelicopterandhelicopterareintroduced.Whiletherotorinstructureandrotorstructureisthemainstructuralcomponentofthehelicopter.Themainstructureandsystemofahelicopterrotor,tailrotor,whichinclude:
antitorquesystemandtransmissionsystem,controlsystemandthemainstructuralcomponent.
Intoday'
srapideconomicdevelopment,therapiddevelopmentofgeneralaviation,whichcausedaproblemofhelicopterintheprocessofdevelopment,thedevelopmentofscienceandtechnologyprovidesthefoundationtosolvetheseproblemspad,theapplicationofnewtechnologyhasbeencontinuously,makepossiblethepopularizationforahelicopter.
直升机旋翼尾桨操纵系统
Keywords:
helicoptertailrotorcontrolsystem
Резюме
ЭтотдокументописываетрождениеивертолетвертолетиразвитияКонституциииклассификации,атакжепредставилвертолетструктуры.авструктурыроторструктурыиструктурывхвостовойвинтвертолетаиявляетсячастьюосновнойструктуры.вертолетосновныеструктурыисистемы,втомчисле:
ротор,хвостовойвинтобратногокрутящегомоментаприводасистемы,системы,системыконтроляиглавнымкомпонентомструктуры.
вбыстрогоэкономическогоразвитиясегодня,быстрогоразвитияавиацииобщегоназначениятакжевызваливертолет,азатемсновапроблемывпроцессеразвития,развитиенаукиитехникидлярешенияэтихпроблемколодкифондаустанавливается,позволяетполучитьприменениеновыхтехнологийпостоянно,чтобывертолетдляпопуляризациистановитсявозможно.
ключевыеслова:
вертолетхвостовойвинтоперационнойсистемы
1直升机的构成与分类
1.1直升机的基本构成及发展
直升机一般由七个主要部分组成：
动力装置及其附件、传动系统、操纵系统、起落架、机身和机载设备。
1.1.1旋翼和尾桨
旋翼是直升机的核心部件。
传统的直升机旋翼由连接到桨毂上的两片或多片桨叶组成。
桨叶靠来自、发动机的扭转保持旋翼运动。
旋翼产生直升机飞行所必需的升力、拉力和操纵力，集多项功能于一身，同时旋翼也是直升机的主要振动来源。
能高效地完成垂直飞行是直升机旋翼的基本特点。
直升机的飞行性能、驾驶品质、振动、噪声水平、寿命及可靠性等问题的解决和改善，都依赖于对旋翼系统的空气动力学特征和动力学特征的掌握，以及旋翼设计分析方法、制造、实验与测试手段的提高。
1.1.2旋翼桨叶
旋翼系统由叶桨和叶毂组成。
旋翼桨叶是提供升力的重要条件，为细长的柔性结构，在直升机飞行中高速旋转着，并处于左右不对称的非定常气流环境中，产生比固定飞机机翼复杂得多的气动载荷、惯性载荷、交变内应力、气动—弹性耦合及各种干扰问题。
自直升机诞生以来，人们就对直升机桨叶不断进行改进和革新，大体上从两个方面进行，一是使用新材料，二是改进桨叶形状设计和采用新的翼型。
直升机桨叶采用新的材料不仅能大大提高桨叶寿命，而且可以减少桨叶重量，降低使用成本。
改进桨叶形状设计，采用新的翼型可以改善桨叶的气动特性、降低噪声水平和提高性能。
1.1.3旋翼桨毂
旋翼桨毂是直升机最重要、最复杂的关键部位之一。
根据有无铰链，以及铰链在桨毂上的分布情况，直升机的桨毂可以划分为铰接式桨毂、无铰桨毂、星形柔性桨毂、无轴承桨毂等几种结构形式。
铰接式桨毂的出现，是直升机技术发展从理论到实践的第一次飞跃。
在20世纪70年代以前，大部分投入使用的直升机都是采用铰接式桨毂。
它包括了全铰接式、半铰接式和万向接头式3种。
全铰接式桨毂结构十分复杂，壳体、水平铰、垂直铰、轴向铰、减震器和限动器。
半铰接式桨毂省去了垂直铰和减震器，保留了水平铰和轴向铰。
万向接头是桨毂是桨叶刚性地固定在桨毂上而桨毂本身利用万向接头固定在转轴上，它没有每片桨叶所具有的水平铰、垂直铰和减震器。
图1-1“山猫”直升机桨毂构造
图1-2“交叉式”无轴承构造的原理
1.1.4反扭矩系统
单旋翼直升机反扭矩系统（主要是尾桨）是用来平衡旋转扭矩和对直升机进行航向操纵的部件。
虽然常规尾桨的空气动力学和动力学问题与旋翼有很多共同之处，但由于工作环境（包括旋翼尾流影响）及所处的位置不同，其面临的问题更加复杂。
发扭矩系统发展经历了三个阶段：
一是常规尾桨；
二是涵道尾桨；
三是无尾桨环量控制系统
传统的尾桨由桨叶和尾桨毂两部分组成。
尾桨毂有轴向铰和水平铰轴向铰允许尾桨叶转动，增大或减小桨叶仰角；
水平铰允许尾桨叶作挥舞运动。
这种尾桨技术发展比较成熟，但存在结构复杂、安全性不好、气动效率不高，以及产生的噪声大等特点。
涵道尾桨是在垂尾中制成筒形涵道，在涵道内装有桨尾叶和尾桨毂，利用涵道产生的附加气动力来平衡旋翼扭转。
它有气动性能好、阻力小、噪声低及安全性好等优点，但在悬停时消耗的功率比普通尾桨的多。
无尾桨环量控制系统是根据流速大、压力小，流速小、压力大的原理，采用一个低压空气循环系统代替常规尾桨。
该系统除尾桨前部的进气口和尾部的喷气口外，还有压气风扇、带缝尾梁和可转动的喷气锥体。
动力装置是直升机动力的提供者，它把燃料的化学能转化成机械能，驱动旋翼旋转。
直升机的动力装置主要分为两类，即航空活塞式发动机和航空涡轮发动机。
发动机对直升机的各种特性都有重要影响，直升机对发动机的一般要求是功重比高、耗油率低、高度特性与温度特性好起动容易、加速快、可靠性高、维修性好、振动与噪声小。
直升机对发动机还有两项特殊的要求：
一是要求发动机在起动停车和旋翼自转时必须能使旋翼与发动机脱开；
二是要求发动机的扭矩—转速特性保持足够的稳定性。
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。
但由于其振动大功重比低控制复杂等许多问题，在20世纪50年代涡轮轴发动机出现后逐渐被淘汰。
由于活塞发动机具有耗油率低、价格便宜的优点，仍在轻小型直升机上使用。
与活塞式发动机相比，涡轮发动机有明显的优点：
功重比大、维修简单、振动小较小的截面改善了直升机的气动性能。
但它也存在如下缺点：
动力涡轮转速高，增大了直升机主减速器的传动比，造成减速器大而复杂；
燃油消耗率一般比活塞式发动机略高；
周围介质对其工作的影响较大；
小尺寸的涡轮发动机生产难度大等。
图1-3涵道式尾桨图1-4传统尾
1.1.5传动系统
现代直升机传动系统是一个由各附件组成的整体，它通过各附件将发动机产生的功率传递给旋翼、尾桨和辅助件。
它主要有主减速器、中间减速器和尾减速器、传动轴、自由行程离合器、套齿联轴节、旋翼刹车装置、散热风扇以及主减速器架组成。
构成传动装置的主要零件是齿轮、轴和轴承。
主减速器是传动机构中最复杂、最大和最重的一个部件，也是直升机上主要部件之一，一般采用齿轮式传动。
它有发动机的功率输入端以及与旋翼、尾桨附件传动轴相连的功率输出端。
主减速器的工作特点是减速、转向及并车。
它将高转速小扭矩的发动机功率变成低转速、大扭矩传递给旋翼轴，并按转速、扭矩要求将功率传递给尾桨、附件等。
在直升机中主减速器还起着中枢受力构件的作用，直接承受旋翼产生的全部作用力和力矩并传递给机体。
由于主减速器在直升机中的作用独特，因而对其除了提出寿命长、可靠性高和维修性好等基本要求外，还提出了一些特殊要求：
一是传递功率适当，重量轻。
二是传动比大，传递效率要高。
三是干运转能力强。
1.1.6操纵系统
直升机操纵系统一般由周期变距操纵杆、脚蹬、油门总变距杆、自动倾斜器、液压助力器、加载机构、旋翼刹车以及连杆、摇臂等组成。
这个操纵系统分为三大部分：
油门总距变距系统、脚操纵系统和周期变距操纵杆操纵系统。
操纵油门总距变距杆，可以使直升机垂直升降；
操纵脚蹬，可以使直升机拐弯；
操纵周期变距操纵杆，可以是直升机往任意方向飞行。
直升机操作系统中一个独特的部件是自动倾斜器，它是操纵系统中最复杂的部件。
直升机是利用自动倾斜器改变旋翼桨叶总距和周期变距来实现操纵的。
它装载旋翼桨毂之内或桨毂附近，用于将周期变距操纵和总距操纵杆的动作由不旋转的操纵传动杆传给旋转的桨叶。
对直升机操作系统的基本要求是：
质量小，刚度大，由摩擦、活动间隙和变形引起的操作系统滞后时间应最短，驾驶杆和脚蹬上的反作用力要缓和，纵向操纵、横向操纵、方向操纵和总距操纵应互不干扰，在机体发生变形时操作系统不应出现卡死和夹住现象，附件应便于检查、安装和拆卸。
传统的机械操作系统存在质量大、体积小、操纵力大、非线性弹性变形、综合性能差等特点。
因此，为了克服这些缺点，电传操作系统逐步发展起来。
所谓电传操纵系统就是将飞行员的操纵信号，经过变换器转换成电信号，通过电缆直接传输操纵信号来操纵直升机的系统，其主要组成包括传感器、中央计算机、作动器和电源等。
光传操作系统就是以光代替电作为传输载体，以光导纤维作为物理传输媒介，在计算机之间或计算机与远距终端之间传递指令或反馈信息的飞行控制系统。
1.1.7起落架
直升机起落架的主要作用是直升机着陆时吸收垂直下降速度产生的能量，减少触地撞击引起的过载，以及防止在起飞、着陆和地面开车时出现地面共振。
起落架还用于直升机的地面滑行和停放。
直升机起落架的型式有多种，有用于地面的轮式起落架和滑撬式起落架，有用于水上降落的浮筒式起落架，也有同时装有浮筒和机轮的两用起落架。
由于直升机的飞行速度都不高，所以大多起落架都是不可收放的固定式，通常只有在起落架的支柱和斜支柱上安装整流罩以减小阻力。
在飞行速度较高的直升机上，已采用可收放式起落架。
在单旋翼带尾桨式直升机上的尾梁和尾斜梁的连接处，通常装有尾撑，以防止尾桨叶打地或尾梁和中间减速器与地面相撞。
图1-5轮式起落架
图1-6滑撬式起落架
1.1.8机身
机身主要用于装载空勤人员、旅客、货物、设备和燃油等，并支持和固定发动机、主减速器、旋翼、尾桨和起落装置等部件，从而构成能满足一定技术和使用要求的直升机。
机身内部所包含的空间构成了驾驶舱、客舱和各种设备舱，用于容纳乘员、货物以及携带燃油和各种电子设备。
机身又是直接承受和产生空气动力的部件，并构成直升机的气动外形。
另外，机身还具有承载和传动的功能。
所在货物、旋翼和尾桨等所产生的各种载荷，主要是通过连接接头以集中载荷的形式作用在机身上，并通过机身构件把这些力和力矩分散传递到各个部位，最终使机身各个部位上的力和力矩均获得平衡。
直升机的机身结构，根据其不同的技术要求各有特点。
按结构的承力形式可分为桁架式结构和薄壁式结构两种，薄壁式机身结构又可分为桁梁式、桁条式和硬壳式三种。
过去机身结构多是用铝、镁等轻金属材料制造的，现在复合材料已大量应用于机身结构。
复合材料的比强度、比刚度比铝合金的高，能大大减轻机身结构重量，而且破损安全性能好。
1.1.9机载设备
直升机机载设备是指直升机上保证直升机飞行和完成各种任务的设备。
随着现代直升机的发展，机载设备的重要性越来越突出。
机载设备的先进性已成为现代直升机先进与否的重要标志之一。
保证飞行的飞行设备有各种仪表、电气、供氧、通信、导航、防冰、加温、灭火等设备，这些设备与普通固定翼飞机上的设备类似。
根据执行任务的不同，直升机将安装不同的任务设备。
救护直升机可安装救援吊车、担架、医疗设备等，农有直升机可安装农药箱、喷雾杆等，武装直升机可携带火控系统、导弹、火箭弹和机炮等武器，反潜直升机装载吊放声呐和反潜鱼雷。
1.2直升机的分类及其特点
直升机的分类按照不同的角度有不同的分类方法。
目前，人们一般按直升机的结构形式、起飞重量、用途、使用的发动机种类和有无人驾驶对直升机分类。
1.2.1按结构形式分类
按直升机结构形式分类，主要从平衡旋翼反扭矩的方式、驱动旋翼的方式和提供升力与推进力的不同方式来区分。
直升机按平衡旋翼反扭矩的方式可分为单旋翼带尾桨式、双旋翼式、多旋翼式，按驱动旋翼的方式可分为机械驱动式、桨尖喷气驱动式，按提供升力与推进力的方式可分为正常式、带翼式、倾转旋翼式、复合式以及其他还在研究之中的新结构。
在这些结构中有的构型通过不断的发展，技术相对较成熟，已研制出实用的型号，并在军用民用领域大量使用，如单旋翼带尾桨式、双旋翼共轴式、双旋翼纵列式、倾转旋翼式、交叉式等；
有的因技术难度很大没有发展起来，或是技术上可实现，但与其他构型相比性价比相对较差；
有的还在研究之中。
1.2.2按起飞重量分类
按起飞重量对直升机进行分类，能反映直升机在技术、经济、使用等方面的差别，直升机的起飞重量问题是直升机研制、生产和使用中人们非常关注的问题。
人们尤其重视运输直升机的吨位、空机重量、有效载荷、客舱容积、外部吊挂能力、航程及续航时间等。
一般来讲，吨位越大的直升机装载量越大，采购价格也越高。
按直升机最大起飞重量不同可将它们大致分为小型、轻型、中型、大型和重型等。
1.2.3按用途分类
按用途来分类是一种重要的直升机分类方法。
因为直升机的用途是它的主要特征，它的性能、构造和外形基本上是由其用途决定的。
直升机按用途可以分为军用和民用两大类，军用直升机遂行军事任务，民用直升机担负民用任务。
（1）军用直升机
军用直升机是遂行军事任务为目的的直升机的统称。
根据其遂行的主要任务不同，用直升机可分为军用运输直升机、武装直升机和战斗勤务直升机三个类。
（2）民用直升机
顾名思义，民用直升机是指用于客运、货运、吊装、公共事务，以及抢险救灾和医疗救护等民事活动的直升机。
民用直升机已广泛应用于国民经济建设的各个方面，按用途大体可以分为：
通用运输直升机、旅客运输直升机、公共服务直升机、特种作业直升机以及起重直升机和教练直升机。
按其他分类方法为力研制或使用需要，有时也用其他方法来区分不同直升机。
主要有以下几类。
（3）按发动机数量分类
按照直升机安装发动机数量的多少，可分为单发、双发和多发。
（4）按驾驶员座位分类
可分为单驾驶或双驾驶，双驾驶又有横列式和纵列式之分。
（5）按起飞场地分类
可分为只能在陆地上起降的陆地直升机，大多数直升机属于这一类；
即可在陆地也能在水面起降的水陆两用直升机；
以军舰或船只为起降基地的舰载直升机。
（6）按有无人驾驶分类
可分为有人驾驶直升机和无人驾驶直升机。
（7）按隐身水平分类
可分为隐身直升机、准隐身直升机和非隐身直升机。
总之，直升机的分类方法很多，目前并没有成形非常严格的分类发发，并且，今后随着直升机技术的应用领域的不断发展，直升机的分类方法也会随之发展。
2直升机的机身结构
2.1直升机的应力应变
2.1.1直升机结构的基本变形
直升机结构在各种力的综合作用下主要承受五种基本变形：
受拉变形、受压变形、弯曲变形、受剪变形和扭转变形。
图2-1直升机结构的基本变形
（1）受拉变形：
拉伸载荷通常使一个部件被拉伸而发生形变，承受件通常称为拉杆。
（2）受压变形：
受压载荷通常使一个部件受压而发生变形，当一个部件受压时，它有变弯的趋势，最大压应力存在于变弯的外侧和内侧。
外侧是拉伸，内测时受压。
薄的构件在压力作用下变弯或皱折，良好的设计可使很轻的管能承受很大的载荷。
（3）弯曲变形：
一个载荷以一个角度作用于一部件上，使它弯曲而发生变形。
这样的部件通常就是梁，典型的工字梁的压缩和拉伸载荷由上下冠部来承担。
中间部分叫做腹板，承载剪切载荷。
它的厚度通常很薄，因为冠部可以防止它变皱。
（4）受剪变形：
剪切是指在力的作用下相邻层间的滑动趋势。
对于铆接或螺栓连接的两块板，分别在两端施加拉伸力，试图将二者分开，在铆钉或螺栓上所承受的力就是剪切力，而材料因此产生的变形叫受剪变形。
扭转变形：
扭转力是指拉伸力与压力的组合，拉伸力与压力的方向相对于外力为45°
二者之间相互为90°
。
材料在扭转力的作用下发生的变形叫扭转变形。
2.1.2疲劳
如果材料中应力逐渐增大，最终将导致材料的断裂。
这是材料能够承受的极限静载荷。
在大多数情况下，这种情况不会出现在直升机结构上。
假设极限静载荷的一部分作用与结构上，结构将产生变形而不会断裂。
一旦去掉外力，结构又恢复到它正常的状态。
这样的作用循环可以重复很多次，而且每次结构都能回到其初始状态。
目视检查不会发现异常，但这样的循环持续作用一定时间，材料就会断裂。
这种在远低于极限载荷的外力循环作用下而导致断裂的现象称为疲劳。
疲劳引起材料的微裂纹并使它发展成裂纹，如没有发现的话，将导致灾难性的后果。
疲劳损伤有许多形式。
周期性疲劳因周期载荷而引起。
（1）腐蚀疲劳。
因材料表面腐蚀向内发展而加速疲劳，导致材料强度劣。
（2）磨损疲劳。
小幅度的摩擦运动引起的。
（3）热疲劳。
因温度变化引起的材料膨胀和收缩而产生的疲劳。
（4）声疲劳。
声波振动引起的高频应力波动而产生的疲劳。
2.2直升机的结构
从第一架直升机诞生之日起，直升机经过50年的技术发展，其结构所应用的元件范围越来越广。
直升机结构所使用的结构构件与固定翼飞机基本相同。
通常有三种基本类型用于直升机机身、尾部和发动机吊舱。
分别为桁架式结构、承力蒙皮结构——硬壳式或半硬壳式结构和复合材料结构；
2.2.1桁梁式结构
桁梁式结构支持所有转动部件、传动系统和发动机驱动轴。
它与其他部件的连接点均设在整体框架的节点上，节点上装有传递集中力的对接接头。
桁架式结构分成两种：
一种是普拉特式（或叫N式），另种是瓦轮式（或叫W形），两种结构形式都是围绕大梁来搭建结构，而大梁是承载扭曲和弯曲的主要部件。
（1）普拉特式
机身大梁由横向和垂直管连接，通过对角连接件加强，钢管承受拉伸载荷。
如图所示：
图2-2普拉特式结构
（2）瓦轮式
这种类型主要依靠对角件来承受拉伸和压缩载荷。
如下图所示：
图2-3瓦特式结构
（3）构架式修理
构架式结构出现损坏，如裂痕、划伤、压痕、腐蚀和弯曲等，可将损坏的部分除掉，并平整地过渡到周围材料，所去掉的深度要符合修理手册的标准。
损伤材料去除后，可以使用专用的设备对损伤深度进行测量。
（4）弯曲极限
为了测量一个结构件比如管状撑杆的弯曲程度，可以使用直角量器和塞尺。
如果结构件没有突出的安装点，直尺可平放在沿结构件长度方向上，用塞尺测量最大间隙处数值，再计算结果。
注意：
除
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