楊長盛，張志清

（總參謀部第六十研究所，江蘇 南京 210016）

某農(nóng)用型無人直升機(jī)配重桿設(shè)計(jì)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(duì)無人直升機(jī)槳葉周期操縱起到機(jī)械穩(wěn)定性的作用，其設(shè)計(jì)的合不合理直接關(guān)系直升機(jī)的飛行安全。本文對(duì)伺服小翼受力情況進(jìn)行分析，通過理論計(jì)算和有限元分析保證了其強(qiáng)度及固有頻率滿足要求。

無人直升機(jī)；伺服小翼；飛行載荷計(jì)算

1 概述

農(nóng)用型無人直升機(jī)采用兩片槳葉的蹺蹺板旋翼構(gòu)型，同時(shí)，在垂直槳葉方向布置了一副希勒伺服小翼，變距機(jī)構(gòu)經(jīng)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(zhì)量的外端小翼和配重桿組成，小翼在旋轉(zhuǎn)時(shí)受不同氣動(dòng)力的作用，會(huì)在槳轂旋轉(zhuǎn)中心做蹺蹺板揮舞運(yùn)動(dòng)。在飛行操縱時(shí)，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(jī)構(gòu)直接控制槳葉變距，而在周期操縱時(shí)，一半的操縱量通過連桿直接控制槳葉進(jìn)行周期變距，另一半的操縱量會(huì)先引起伺服小翼周期變距，伺服小翼在氣動(dòng)力作用下出現(xiàn)揮舞運(yùn)動(dòng)，而揮舞運(yùn)動(dòng)引起的角位移會(huì)通過連桿機(jī)構(gòu)補(bǔ)償槳葉額外的周期變距。因此，伺服小翼對(duì)無人直升機(jī)槳葉周期操縱起到機(jī)械穩(wěn)定性的作用。

2 受力分析及測(cè)試

某型農(nóng)用型無人直升機(jī)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(zhuǎn)時(shí)，平衡小翼首先受離心力的作用；當(dāng)有周期操縱時(shí)，兩邊小翼的攻角將不為0，于是在小翼氣動(dòng)力不平衡的條件下將產(chǎn)生揮舞運(yùn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)系內(nèi)的揮舞運(yùn)動(dòng)必然會(huì)產(chǎn)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(yīng)力的地方，同時(shí)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(jì)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(jì)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(nèi)彎矩為常值。

表3 配重桿強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

3 配重桿的強(qiáng)度校核

根據(jù)以上理論計(jì)算及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，在理論計(jì)算時(shí)將配重桿所受彎矩進(jìn)一步提高，確認(rèn)按照10Nm進(jìn)行靜強(qiáng)度校核，靜強(qiáng)度安全系數(shù)和各階模態(tài)頻率結(jié)果如表3和表4所示。

由該表的數(shù)據(jù)可知，零件的靜強(qiáng)度安全系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.75倍的設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)參數(shù)表

4 結(jié)語

通過上述結(jié)果可知，不同材料的配重桿襯套對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的固有頻率有一定影響，三種材料狀態(tài)下都不會(huì)使配重桿產(chǎn)生固有頻率振動(dòng)，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(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較一致。

[1]《航空材料手冊(cè)》編輯委員會(huì). 航空材料手冊(cè)[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[2]《中國航空材料手冊(cè)》編委會(huì) .中國航空材料手冊(cè)(第3卷)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（單行本）——疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（第四版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[4]王志瑾，姚衛(wèi)星.飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:國防工業(yè)出版社，2004.

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

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