尹鳳，張曉宇，胡超，黃湘龍

（1.中國航發(fā)湖南動力機械研究所；2.直升機傳動技術國防科技重點實驗室，湖南 株洲 412002）

旋翼軸是直升機傳動系統(tǒng)的關鍵動部件，傳統(tǒng)旋翼軸為單軸懸臂梁結構，其自身受載復雜，疲勞壽命難以保證，同時，旋翼載荷經由主減速器再傳遞至機身，傳力路徑復雜，增加了機匣設計難度、主減重量等。動靜旋翼軸是一種新型旋翼軸結構，可有效地解決上述問題。

1 動靜旋翼軸工作原理

以“阿帕奇”AH-64 直升機的動靜旋翼軸結構（圖1）為例。其主要由動軸和靜軸等組成，動軸上、下端通過花鍵分別與旋翼槳轂及主減輸出軸相連，僅傳遞扭矩。靜軸上端通過一對圓錐滾子軸承與槳轂相連，底部固定在機身結構上，傳遞除扭距外的其他旋翼載荷并直接傳至機身而不經過主減速器。

圖1 “阿帕奇”AH-64 動靜旋翼軸

2 動靜旋翼軸研究現(xiàn)狀

20 世紀中期，美國休斯公司率先開展了動靜旋翼軸技術研究，并在OH-6A 直升機上進行了應用（圖2），其動軸上端通過螺栓與槳轂連接，下端通過鼓形花鍵與主減速器輸出軸連接，只傳遞扭矩；靜軸上端通過一對圓錐滾子軸承與槳轂相連，底部固定在與機身相連的底座上，傳遞除扭距外的其他旋翼載荷并直接傳至機身。該結構能防止旋翼系統(tǒng)在墜毀事故中松脫和槳葉撞擊而穿透空勤人員座艙，同時采用了剪斷破損安全設計，當傳動系統(tǒng)被卡死時，能使飛機自轉著陸，極大地提升了直升機的安全性。

圖2 OH-6A 動靜旋翼軸結構

隨后，美國在“阿帕奇”AH-64 直升機上也應用了動靜旋翼軸結構（圖1），其總體結構方案與OH-6A 直升機基本保持一致，但在細節(jié)上做了很多關鍵設計。比如，其動軸采用3 段焊接軸結構，中段軸采用薄壁高強度鋼制成，使動軸重量減輕了15.1 磅；其撐桿應用了損傷容限設計理念，保證在任一支撐桿損傷失效情況下都能承受極限載荷而不失效，提高了直升機的抗墜毀性；進行了主旋翼軸抗彈擊設計，確保主旋翼軸在遭受12.7mm 或23mm 的彈擊后仍可繼續(xù)運轉。在AH-64 飛行中從未出現(xiàn)主旋翼軸失效的情況。

1992 年，SIKORSKY 直升機公司在ART 項目中設計了一種全新的動靜旋翼軸方案（圖3），其動軸采用內、外軸結構并通過法蘭相連，動軸上端通過法蘭與旋翼槳轂相連，下端由一對圓錐滾子軸承支承在靜軸上；靜軸設計成桁架結構，通過6 根支架與機身相連。旋翼的拉力、彎矩等由外軸經錐軸承傳至靜軸再傳至機身，扭矩由內軸傳遞。該方案中選用了大量的新材料，比如：其動軸選用鈦合金材料，靜軸選用復合材料，大大減輕了重量。最終該傳動系統(tǒng)較原型機成功減重23%,其中動靜旋翼軸技術的應用對其減重做出了重要貢獻。

圖3 Sikorsky 公司ART 動靜旋翼軸方案

3 動靜旋翼軸技術特點分析

通過動靜旋翼軸研究現(xiàn)狀分析可知，其主要具有如下技術特點。

（1）可實現(xiàn)旋翼載荷分離，旋翼載荷傳遞路線清晰，零件受載簡化，有利于減輕主減重量。

（2）靜軸加強了對槳轂的支撐作用，且對動軸有一定防護作用，提高了旋翼軸的可靠性和抗彈擊能力。

（3）通過剪斷破損安全設計，當傳動系統(tǒng)被卡死時，能保證飛機自轉著陸，提高了直升機的抗墜毀性能。

（4）采用動靜旋翼軸結構，在主減速器裝拆時不需要拆下旋翼軸、槳轂、操縱系統(tǒng)和旋翼組件，可維護性強。

4 結語

相比傳統(tǒng)的旋翼軸結構，動靜旋翼軸在減重、可靠性、抗彈擊及抗墜毀性等方面具有明顯的性能優(yōu)勢，國外直升機公司對動靜旋翼軸開展了大量技術研究，并在當代部分先進直升機傳動系統(tǒng)中取得應用。國內急需開展動靜旋翼軸技術研究，為下一代高性能直升機傳動系統(tǒng)自主研制提供技術支撐。