直升機(jī)機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中的自動(dòng)傾斜器載荷分析

王澤峰+李清龍

摘 要：文章首先分析了自動(dòng)傾斜器在直升機(jī)傳力路線(xiàn)上的作用；其次結(jié)合某型直升機(jī)載荷試飛，得到了該型機(jī)自動(dòng)傾斜器在機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中的實(shí)測(cè)載荷；分析比較了自動(dòng)傾斜器實(shí)測(cè)載荷隨機(jī)動(dòng)動(dòng)作的變化規(guī)律，重點(diǎn)分析了直升機(jī)俯沖拉起飛行過(guò)程中自動(dòng)傾斜器實(shí)測(cè)載荷的變化規(guī)律，為直升機(jī)安全試飛進(jìn)行技術(shù)積累。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；自動(dòng)傾斜器；機(jī)動(dòng)飛行；載荷校準(zhǔn)；實(shí)測(cè)載荷

中圖分類(lèi)號(hào)：V215.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）01-0171-03

Abstract： In this paper， the function of the automatic tilter in the helicopter force transmission route is analyzed firstly. Secondly， in view of the load test of a certain helicopter， the measured load of the automatic tilter in the course of maneuvering flight is obtained. This paper analyzes and compares the variation law of the random dynamic action of the measured load of the automatic tilter， and emphatically analyzes the law of the change of the measured load of the automatic tilter during the flight of helicopter dive pull up， making technology accumulation for the helicopter safety test flight.

Keywords： helicopter； automatic tilter； maneuvering flight； load calibration； measured load

自動(dòng)傾斜器[1]是直升機(jī)操縱系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部

分，通過(guò)它既能實(shí)現(xiàn)直升機(jī)旋翼總槳距角的改變，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)縱向和橫向周期變距的改變，最終實(shí)現(xiàn)直升機(jī)俯仰、滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的變化。作為旋翼系統(tǒng)傳力路線(xiàn)上的關(guān)鍵部件，無(wú)論從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考核或試飛安全的角度來(lái)考慮，都有必要對(duì)自動(dòng)傾斜器在機(jī)動(dòng)飛行過(guò)程中的受載情況進(jìn)行分析。

本文結(jié)合某型直升機(jī)載荷試飛，對(duì)其自動(dòng)傾斜器進(jìn)行了飛行載荷實(shí)測(cè)，分析其載荷在直升機(jī)機(jī)動(dòng)飛行[2]過(guò)程中的變化規(guī)律。

1 結(jié)構(gòu)分析

以某型直升機(jī)自動(dòng)傾斜器為例進(jìn)行說(shuō)明。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖1所示。主要組件包括旋轉(zhuǎn)環(huán)、不動(dòng)環(huán)、球鉸組件、大軸承、扭力臂/防扭臂、變距拉桿等。扭力臂通過(guò)與主軸相連的卡環(huán)組件驅(qū)動(dòng)動(dòng)環(huán)與主軸同步旋轉(zhuǎn)；防扭臂一端連接在主減速器殼體上，防止不動(dòng)環(huán)被動(dòng)環(huán)帶轉(zhuǎn)。根據(jù)各組件的連接方式和傳力路線(xiàn)方式，可以確定在整個(gè)操縱過(guò)程中，自動(dòng)傾斜器上關(guān)鍵的承力部件有變距拉桿、扭力臂、防扭臂、不動(dòng)環(huán)支臂。表征載荷分別為軸向力、切向力、垂向支撐力。

2 應(yīng)變計(jì)改裝

采用電阻應(yīng)變計(jì)法對(duì)上述部件的表征載荷進(jìn)行實(shí)測(cè)。根據(jù)靜力計(jì)算結(jié)果，給出推薦貼片位置，如圖2所示。

3 載荷校準(zhǔn)

對(duì)完成應(yīng)變計(jì)改裝的部件進(jìn)行地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。以變距拉桿為例進(jìn)行說(shuō)明。試驗(yàn)在拉壓機(jī)上進(jìn)行，采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的連接接頭將變距拉桿安裝至拉壓機(jī)上。試驗(yàn)開(kāi)始前進(jìn)行預(yù)加載，確認(rèn)測(cè)試通道信號(hào)是否正常，參數(shù)測(cè)試范圍是否合理。正式試驗(yàn)開(kāi)始后，逐級(jí)加載至最大載荷，分拉壓方向進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)記錄每一級(jí)的載荷和輸出碼值（也即為應(yīng)變？滋？著）。如表1所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用線(xiàn)性回歸來(lái)擬合，線(xiàn)性質(zhì)量以線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)R大小來(lái)判斷，該值在-1～1范圍內(nèi)，當(dāng)|R|越接近1，線(xiàn)性質(zhì)量越好， R的計(jì)算公式為：

擬合結(jié)果如圖3所示，可以看出采用該應(yīng)變電橋建立的應(yīng)變和軸向力載荷之間的相關(guān)性非常好，該結(jié)果可以用于變距拉桿軸向力載荷飛行實(shí)測(cè)。采用相同方法完成扭力臂、防扭臂、不動(dòng)環(huán)支臂的地面載荷校準(zhǔn)試驗(yàn)。

4 試飛分析

該型直升機(jī)載荷試飛完成的主要機(jī)動(dòng)科目[3]有：急上升轉(zhuǎn)彎、急下降轉(zhuǎn)彎、躍升倒轉(zhuǎn)、俯沖拉起、Vne及Vne下降轉(zhuǎn)彎等。從直升機(jī)的速度邊界、坡度及法向過(guò)載邊界對(duì)直升機(jī)進(jìn)行綜合考核。統(tǒng)計(jì)同一重量重心構(gòu)型，上述不同機(jī)動(dòng)動(dòng)作下變距拉桿、不動(dòng)環(huán)支臂的實(shí)測(cè)載荷[4-5]。如圖4～圖6所示。

由圖4和圖5可以看出，在俯沖拉起過(guò)程當(dāng)中，變距拉桿的軸向力動(dòng)載荷值、靜載荷值最大；統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)扭力臂、防扭臂、不動(dòng)環(huán)支臂切向力載荷存在類(lèi)似現(xiàn)象。

可見(jiàn)，在直升機(jī)俯沖拉起機(jī)動(dòng)過(guò)程中，自動(dòng)傾斜器各組件的實(shí)測(cè)載荷達(dá)到最大，為嚴(yán)酷受載狀態(tài)點(diǎn)。

由圖6可以看出，變距拉桿軸向力、不動(dòng)環(huán)支臂切向力動(dòng)載荷值隨法向過(guò)載增大而增大。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)電阻應(yīng)變計(jì)法得到了直升機(jī)自動(dòng)傾斜器的實(shí)測(cè)載荷，滿(mǎn)足了載荷試飛要求。

（2）直升機(jī)俯沖拉起機(jī)動(dòng)作為自動(dòng)傾斜器嚴(yán)重受載狀態(tài)點(diǎn)，法向過(guò)載越大，其受載越嚴(yán)重，試飛過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注這一狀態(tài)點(diǎn)其載荷是否超限。

參考文獻(xiàn)：

[1]路錄祥，王新洲，王遇波.直升機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2009：96-115.

[2]Johnson.W and Ham.N.D on the mechanism of dynamic stall [J].Journal of American helicopter society. Vol.4，1972：78-82.

[3]Robert T.N Chen， James. Kinematic properties of the helicopter in coordinated Turns[J].NASA TP 1973：181-186.

[4]孫之釗，蕭秋庭，徐桂祺.直升機(jī)強(qiáng)度[M].北京：航空工業(yè)出版社，1990，11：134-145.

[5]Sheehy.T.W. A general review of helicopter hub drag data[J].the 31th A.H.S， 1975：67-71.endprint