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太强了：国人自创的全新直升机旋翼结构方案！(图文)
$ Y( s. \* x- Y+ `实用性强的直升机旋翼又一方案: L7 V n. ?8 a K& I0 p7 o' B. l5 |) t" E
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转自“航空天地”wuxinbao2008
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公知的直升机旋翼一般由数片柔性桨叶.桨毂和挥舞铰.摆振铰等组成，桨叶通过铰接方式和桨毂与旋翼轴连接组成。众所周知，旋翼是圆周运动，由于半径的关系，桨叶尖处线速度已经非常高时，圆心处线速度为零！所以旋翼靠近圆周的地方产生最大的升力，而靠近圆心的地方只产生微不足道的升力。桨叶向前划行时，桨叶和空气的相对速度高于旋转本身所带来的线速度；反之，桨叶向后划行时，桨叶和空气的相对速度就低于旋转本身所带来的线速度，这样，导致旋翼两侧产生的升力不均匀。所以，现有的旋翼直升机在前行时，其旋翼桨叶并不在一个平面上匀速旋转，因为它要上下挥舞和前后摆震来解决飞机前行时旋翼左右两侧的升力差，为了避免挥舞的过程桨叶产生失速现象，桨叶的前缘还要设计的圆润些。这样做的弊端是：桨叶的上下挥舞和前后摆震增加了对机体的震动和噪音，并降低了效率，圆润的桨叶前缘增加了空气对其产生的激波阻力，桨叶外端处线速度已经接近音速时，圆心处线速度几乎为零，所以桨叶难以突破音障，致使旋翼无法突破音障超音速旋转，限制了旋翼直升机的飞行速度；而且桨叶外端无支撑，桨毂处受力过大，对桨片材料的要求较高，在悬崖. 峡谷. 超低空有大树的地方，高楼营救等作业时，桨叶容易碰到障碍物，从而限制了旋翼直升机的使用范围。
- U4 @8 v9 y; E! O" e& n众所周知，把固定翼螺旋桨飞机上的螺旋桨用涵道包覆起来，变成涵道螺旋桨，和没有涵道的螺旋桨相比，除了提高其安全性，还可以产生一些额外推力，国外一些倾转翼飞机如贝尔X-22，等，采用的涵道风扇，没有不对称升力和后行桨叶失速的问题，可以放心采用刚性桨叶，但是像大水桶一样的涵道是不可能用在旋翼直升机的旋翼上应用的。据此，本人想出一套新的技术方案用于直升机的旋翼，不需桨叶的上下挥舞和前后摆震来解决飞机前行时旋翼左右两侧的升力差，而是用一种带有整流网罩的直升机旋翼，由其上面的整流网罩解决前飞时旋翼两侧的升力差，该旋翼为刚性桨叶，免去了导致飞机振动的上下挥舞，其桨叶在一个平面上匀速旋转，并且外端有支撑，所以既安全，效率又高，最终达到超声速旋转，+ k" H; }1 B3 d% i v v+ g
图 2 为本旋翼无整流网罩的俯视图；- F1 I0 H& x# }3 P, u& G3 B/ {
图 3 为整流网罩俯视图；, w( R& k Z0 m; \) n6 c
图 4 为图2中虚线圆内放大4倍的桨片安装示意图，为便于理解，左上角画出的是部分的剖视图；9 o8 N' `; K! H6 G% t! \
图 5 为图2中控制环调整器的A-A剖视放大16倍结构示意图；. N% R. q* i5 J1 X% V1 Q* [1 h
图 6 为图2中的B-B放大4倍剖视图，；0 w3 j5 `$ \, K( V
图 7 为图6的桨叶有迎角时的示意图；# ~* _( T6 {9 F/ C# n- j9 s& c
图 8 为本旋翼的旋翼轴倾斜盘结构示意图；9 [7 ?) ]6 v- E: N* B
图 9为图1中的C-C剖面示意图。
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# F) `0 t: T% d# {+ k {/ j2010-3-18 17:10下面是本发明的第二个实施例：
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' B4 v! f8 T% l( Y如图2；图3；图4；图5；图6所示， 图 4 为图2中虚线圆内放大4倍的桨片安装示意图，为便于理解，左上角画出的是部分的剖视图；图 5 为图2中控制环调整器的A-A剖视放大16倍结构示意图；图 6 为图2中的B-B放大4倍剖视图；图 7 为图6的桨叶有迎角时的示意图；
$ O2 P, P7 A/ g8 A/ n3 }本实施例包括：八片桨叶；四套控制环调整器；一个环形桨毂；一个环形外支撑架；一面整流网罩；环形外支撑架的内侧面有一圈环槽；环槽内有一圈可以上下移动的桨叶迎角控制环；四条辐板；每片桨叶上有两片翼刀防止气流离心向外滑。环形桨毂与旋翼轴之间由四条刚性辐板刚性固定连接。桨叶均匀的分布在环形外支撑架与环形桨毂之间，桨叶相互之间留有空隙，空隙前面桨叶产生的下洗气流由此空隙向下通过；
, Z- C$ t5 d/ V7 d% H 如图4；图6所示：桨叶与外支撑架相连的翼稍部分比较宽的外弦有两个轴；主轴与副轴，桨叶内弦与环形桨毂相连接处有一个轴，为主要承重轴，旋翼桨叶的内弦由此轴以转轴与轴套的方式与环形桨毂连接；旋翼桨叶外端的主轴的轴心线与桨叶内弦轴的轴心线在一条直线上，旋翼桨叶的外弦主轴支撑在环形外支撑架的一个轴套中，外弦副轴和环形外支撑架环槽内的桨叶迎角控制环以轴与轴套的方式连接；5 i! v/ K$ R) Z' c6 ?
如图5所示：控制环调整器包括：蓄电池；电动机；螺旋轴；遥控信号接收装置以及换相开关，其中：螺旋轴与迎角控制环上相对应的螺旋孔内有螺旋纹相互咬合；蓄电池.电动机和遥控信号接收装置以及换相开关相互连接通电。旋翼工作时，旋翼的环形外支撑架.桨叶和环形桨毂由四条刚性辐板带动，绕旋翼轴的轴心线快速旋转。
& [6 ^- }2 W, O2 {3 ~ 如图2；图4；图5；图6；图7所示：迎角控制环由控制环调整器进行上下调整，控制环调整器由机身内的驾驶室中的遥控器遥控操纵，当飞机需要增加升力，旋翼桨片需要上迎角时，在驾驶舱内用遥控器发出指令：遥控信号接收装置以及换相开关接到信号指令使蓄电池与电动机连接通电，电动机带动螺旋轴顺时针旋转，迎角控制环被向上拉，带动桨叶的外弦副轴以主轴和内弦轴的轴心线为旋转轴向上旋转；旋翼桨片不要上迎角时，遥控器发出指令：遥控信号接收装置以及换相开关接到信号指令使电动机带动螺旋轴逆时针旋转，迎角控制环被螺旋轴向下推，带动桨叶的外弦副轴以主轴为旋转轴向下做旋转。因为环形外支撑架高速旋转，离心力很大，控制环调整器也可以为重量较轻的其他结构，如以发电机或导电线代替蓄电池等。
. R6 v$ F+ K8 ^! R2 s 旋翼上部覆盖的的整流网罩的外直径与旋翼的外支撑架直径相同或略大，内直径与环形桨榖相同或略小，整流网罩为六边形的立体透孔与网罩的轴心线同方向并排紧密排列而成的一个整体结构，网孔的高度和整流网罩的厚度一样，即网罩中的方孔的高度和宽度相同，孔与孔之间的孔壁在保证网罩整体强度的前提下尽量要薄，这样即节省了材料，减轻了整流网罩的重量，又增加了空气的通透量，为了达到这个目的，整流网罩也可以是其他结构，如：将网孔做到很小，网罩很薄，然后以添加肋条的方式增加整流网罩的整体强度；整流网罩上下距离在旋翼轴处调整为整流网罩周边与旋翼的环形外支撑架贴近而不接触，整流网罩的圆心处与旋翼轴的轴心顶端通过轴承活动连接，使整流网罩不随旋翼轴一起同转速旋转或者不旋转，由于整流网罩覆盖在旋翼的整个旋转面的上表面，在飞机向前飞行的时候，可以让前方来的气流不直接吹向桨叶，而是透过整流网罩的网孔而改变方向，向下流动；这样旋翼的桨叶旋转时，不论前行还是后行，均是迎来上方向下流动的气流，从而解决后行桨叶减速，左右的升力不均匀的问题。1 X# L4 N' t2 K: b+ e( i" M
桨叶的外形为上翼面凸出，下翼面平或微凹，旋转时其流过上翼面的气流流速快，流过下翼面的气流流速相对较慢，根据流体力学的连续性定理和伯努利定理而获得升力。桨叶的前缘也可以为弯弯的马刀形，由于不需要上下挥舞，其前缘可以做的非常尖锐，从而在旋翼高速旋转时，减缓了桨叶的激波阻力。
3 L! j3 ~$ Z' z. W! x* M$ Z& z 现有直升机应用本旋翼，应：在发动机上安装一套液压油泵，
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, s& Z9 ]! A4 L2010-3-18 17:10液压油泵通过高压油管与双作用张拉型液压千斤顶相连通；还要将旋翼轴1做以下改动：舍弃原来的旋转斜板或者自动倾斜器，在旋翼轴上增加一个万向节，万向节的上面连接的旋翼轴上刚性固连一倾斜盘，倾斜盘随旋翼轴一起转动，倾斜盘的外套由四套双作用张拉型液压千斤顶与机身相连而不旋转，倾斜盘与倾斜盘外套之间的连接面装有滚珠或者轴承以减少摩擦。飞机要前进时，要使旋翼旋转平面倾斜，只需操纵旋翼轴上万向节外面的双作用张拉型液压千斤顶推拉上面的倾斜盘外套，即可由倾斜盘，带动整个旋翼和其上面覆盖的整流网罩倾斜，以使直升机向前或者后飞行。
5 v/ `1 R5 @0 O3 m1 ` 综上，桨叶在环形外支撑架和整流网罩的保护中；并且其周边是遮蔽的，桨叶外端附近的气流情况大大简化；桨叶上的翼刀利于减小气流由离心力的作用向桨叶外端的甩出量；旋翼上的桨叶明显扩大了产生升力较大的桨叶外端部分的面积，由连接辐板代替了桨叶靠近旋翼轴的根部，并且还可以尽量优化桨叶的造型，最终达到超声速旋转，桨叶以及外支撑架超声速旋转时，声障落在旋翼的连接辐板处；旋翼轴处相对比较简单，具有容易实施的优点。我国利用现有的材料和制造水平以及本方案，将可以开发出新一代具有高效.高速.机动性强.震动小.噪音低.适用范围更广范的直升机。' O5 k3 ~" H, m; b3 N( ^9 w
（图不全） |
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发表于 2010-5-13 21:01:53
