某農用型無人直升機配重桿設計分析研究

楊長盛，張志清

（總參謀部第六十研究所，江蘇 南京 210016）

某農用型無人直升機配重桿設計分析研究

楊長盛，張志清

（總參謀部第六十研究所，江蘇 南京 210016）

伺服小翼對無人直升機槳葉周期操縱起到機械穩(wěn)定性的作用，其設計的合不合理直接關系直升機的飛行安全。本文對伺服小翼受力情況進行分析，通過理論計算和有限元分析保證了其強度及固有頻率滿足要求。

無人直升機；伺服小翼；飛行載荷計算

1 概述

農用型無人直升機采用兩片槳葉的蹺蹺板旋翼構型，同時，在垂直槳葉方向布置了一副希勒伺服小翼，變距機構經由伺服小翼串聯(lián)后再與槳葉操縱搖臂連接。伺服小翼由兩片具有一定質量的外端小翼和配重桿組成，小翼在旋轉時受不同氣動力的作用，會在槳轂旋轉中心做蹺蹺板揮舞運動。在飛行操縱時，伺服小翼在離心力的作用下與槳轂平面平行，總距操縱通過連桿機構直接控制槳葉變距，而在周期操縱時，一半的操縱量通過連桿直接控制槳葉進行周期變距，另一半的操縱量會先引起伺服小翼周期變距，伺服小翼在氣動力作用下出現(xiàn)揮舞運動，而揮舞運動引起的角位移會通過連桿機構補償槳葉額外的周期變距。因此，伺服小翼對無人直升機槳葉周期操縱起到機械穩(wěn)定性的作用。

2 受力分析及測試

某型農用型無人直升機平衡小翼如圖1所示。

圖1 平衡小翼及配重桿受力

旋翼在旋轉時，平衡小翼首先受離心力的作用；當有周期操縱時，兩邊小翼的攻角將不為0，于是在小翼氣動力不平衡的條件下將產生揮舞運動，在旋轉系內的揮舞運動必然會產生哥氏力。升力不平衡引起的揮舞面力矩也是交變載荷，但平衡小翼有揮舞鉸，揮舞交變載荷可以受到釋放，而擺振面的哥氏力引起的交變載荷只能靠配重桿自身的彈性變形釋放，因此配重桿軸承間隙、配重桿襯套間隙成為釋放擺振面應力的地方，同時配重桿襯套的彈性和摩擦可起到配重桿擺振面的阻尼器作用。

配重桿受力理論計算如表1、2。

表1 狀態(tài)一受力情況

表2 狀態(tài)二受力情況

計算得到的哥氏力矩為交變載荷，離心力力矩引起的擺振面內彎矩為常值。

表3 配重桿強度計算結果

3 配重桿的強度校核

根據(jù)以上理論計算及實測數(shù)據(jù)分析，在理論計算時將配重桿所受彎矩進一步提高，確認按照10Nm進行靜強度校核，靜強度安全系數(shù)和各階模態(tài)頻率結果如表3和表4所示。

由該表的數(shù)據(jù)可知，零件的靜強度安全系數(shù)遠遠大于1.75倍的設計要求，各階模態(tài)頻率不與主旋翼一倍和二倍頻重疊。

表4 配重桿的動力學參數(shù)表

4 結語

通過上述結果可知，不同材料的配重桿襯套對被測系統(tǒng)的固有頻率有一定影響，三種材料狀態(tài)下都不會使配重桿產生固有頻率振動，但PEEK和銅材料的配重桿襯套使平衡小翼和配重桿的剛度增加，使配重桿的受力略有增加，也就增大了配重桿所受的交變載荷，這與飛行時的實測數(shù)據(jù)較一致。

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[5]張呈林, 郭才根. 直升機總體設計[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社,2006.

V249.1

A

1671-0711（2017）12（上）-01665-02