直升机设计课程设计

直升机设计课程设计

《直升机设计》课程设计

姓名:席华彬

学号:01990127

一、题目

无人直升机旋翼桨毂（跷跷板式）设计

二、任务

1．选定桨毂结构型式，进行结构布置（主要是轴向铰）。2．桨毂外载荷计算。

3．绘制桨毂装配工作图和零件（选1~2个主要零件）工作图。4．零件强度计算。

5．编写桨毂设计说明书。

三、原始数据

旋翼直径D 5.8m

旋翼转速n 491rpm

桨尖速度ΩR 150m/s

桨叶弦长b 0.2m

全机重量G 280kg

m8.6kg

桨叶重量

b

桨盘载荷102.41N/㎡

桨叶实度0.0443

旋翼旋转方向右旋（俯视）

旋翼输入功率N 55H P

四、桨毂结构参数

桨毂预锥角δ 2.5°

桨毂悬挂高度64mm

挥舞调节系数0

下限动角δ9°30′

五、设计要求

桨毂结构要合理，安全可靠，在满足强度要求的情况下，要尽量减轻桨毂的重量。

六、设计参数的计算与确定

1、桨毂预锥角δ

旋停状态下

Ω===R

l b e rdr R M N k Mg T tg N T 2)/(,/,δ δ=2.47o

在水平飞行下，拉力大于旋停状态，所以预锥角取大。

取δ=2.5o

2、当量挥舞铰外伸量e l

假定12βΩ=1.1242Ω,当用铰接式旋翼代替，其挥舞一阶固有频率一致。12βΩ=(1+e l e S /e I )2Ω , e I =?R l b e dr r R M 2)/( e S =?R

l b e rdr R M )/( 求得

e l =0.433m

3、桨毂悬挂高度h

在预锥角δ=2.5o时，桨叶重心高

h=Rsin2.5o/2=63.2mm

在水平飞行状态，桨叶的锥度角变大，所以h 取大

取h=64mm

七、桨毂外载荷计算

桨毂承受由桨叶传来的各种载荷（挥舞面的载荷、旋转面的载荷、

铰链力矩）。在直升机各种工作状态，载荷情况各不相同。根据直升机强度规范，选用直升机在使用中会发生的并决定结构元件或整机最严重的工作状态的载荷作为桨毂静强度计算的载荷。

三种外载荷情况下，安全系数f =1.2

1、飞行状态，最大正过载系数n=2，旋翼转速1.25rotor n

桨毂受力图：

桨叶对桨毂的最大拉力m ax T m ax T =2/Mgnf

离心力max N max N =225.1Nf

简化分析求弯矩

1F =m ax T -max N δtg

最大弯矩

m ax M =e l F 1

弯矩图：

桨毂受到的拉力图：

2、旋翼加速，过载系数n=4

桨毂受到桨叶的惯性作用。

k nf n N M rotor n /)/(9549ζ= ζ=0.82 n=55HP k=2

n M =1.570 KN ·m

弯矩图：

3、桨叶坠落在下限动块上，过载系数n=4.67

桨叶自重引起在中心的弯矩

Rg m g mR M b b 21

212==

在过载n=4.67下

Rg nfm f nM M b b d 2

1===684.8 N ·m 在桨叶任一剖面处弯矩：

2)(34.812/)()(r R r R R

m r r nf M b r -=--= 弯矩图：

小结：

桨毂受力最严重的状态：

1、在最大飞行正过载时，桨毂受到径向的拉力60.59KN 。

2、在加速启动时，桨毂在旋转平面受到最大弯矩为1.570 KN ·m

所以设计桨毂时按以上两种载荷设计。

八、浆毂的构造分析说明

旋翼系统是跷跷板式，只有两片桨叶，这两片桨叶在结构上连成一体而共用一个水平饺，没有垂直饺。

为了消除不变气动载荷即拉力所引起的根部弯矩，在结构上将两片桨叶上翘一个结构锥度角δ，实现离心力和拉力在根部的弯矩平衡，使桨叶在挥舞面卸载。由于有了结构锥度角，在旋转面会引起一阶谐波的哥氏力，所以将悬挂点布置在桨叶的重心等高处，消除哥氏力。

由于桨叶要上翘一个角度,在结构上采用轴和桨毂连成一体时,在工艺性上,不易制造,所以采用轴和桨毂中心块分离,用螺栓固定,至于结构锥度角的设计,中心块上下螺栓孔偏2.5°,在轴上的螺栓孔就不必偏转角度.

桨毂中心块直接与旋翼轴通过销或螺栓相连,同时设计要求上要求有个限动角,在中心块上必须固定两个限动块,限动块要能更换,限动时通过限动块与旋翼轴相碰来限动,为了避免旋翼轴表面受到损伤,在旋翼上胶粘橡皮块.

桨毂中心块的材料采用铝合金,中心块内部需要切削的较多,铝合金的切削性能较好,比强度较高.

轴向铰的轴是个重要受力部件,材料采用合金钢,轴向铰设计成传统的形式,离心力由推力滚子轴承来承受,弯矩由两个向心轴承来承受.

离心力的传力:桨叶固定在桨壳的夹板上,桨壳通过挡片传递离心力到套筒,套筒抵住推力轴承,而推力轴承的另外一侧由套筒和轴帽,所以离心力最终传到轴帽上,由螺纹来承受,为了增加安全性,在轴帽和轴通过螺纹固定后,在外加销子,防

止松动.

弯矩的传递:弯矩直接由桨壳传递给两个向心轴承,在传给轴,轴的材料密度高,所以采用空心轴降低重量,但在其与中心块连接处仍然是实心的,

由于轴向铰存在轴承,所以必须用油润滑,并在挡片与桨壳连接处加密封圈,在桨壳的上下各设计一个加油和放油螺栓.同时用保险丝固定两