48 自转旋翼机桨叶结构设计-钱伟(6)
三年级科学上册6.1《自转旋翼》 优秀课件1大象版
8 20 厘 米
1 厘 米
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20
1
厘 米
厘 米
13
10
厘 米
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• 1、翅膀长的下降得慢。 • 2、翅膀短的下降得慢。 • 3、两个自转旋翼同时落地。
实验要求：
• 1、两个自转旋翼都从同一高度，同 一时间放落。 • 2、自转旋翼的翅膀要与水平成同一 角度。 • 3、通过实验，完成下表，同时落地 写“0”，先着地的写“1”，后着地写 “2”。
大象版科学三年级
直升机
运输直升机
中国武直10武装直升机
美国阿帕奇武装直升机
提出问题： • 自转旋翼的翅膀大小与它的下 降速度有没有关系呢？
工具与材料：
1、长20厘米，宽4厘米的 长方形纸两张。 2、剪刀、直尺、铅笔、回 形针。
设计与制作：
4厘米 4厘米 5 厘 米
1、按右图要求， 在两张长方形纸 上画上实线和虚 线。 2、实线用剪刀 剪开，虚线折叠。
2、 -------是影响自转旋翼下降快慢 翅膀大小 的因素。
1、不要做刺猬，能不与人结仇就不与人结仇，谁也不跟谁一辈子，有些事情没必要记在心上。 2、相遇总是猝不及防，而离别多是蓄谋已久，总有一些人会慢慢淡出你的生活，你要学会接受而不是怀念。 3、其实每个人都很清楚自己想要什么，但并不是谁都有勇气表达出来。渐渐才知道，心口如一，是一种何等的强大! 4、有些路看起来很近，可是走下去却很远的，缺少耐心的人永远走不到头。人生，一半是现实，一半是梦想。 5、没什么好抱怨的，今天的每一步，都是在为之前的每一次选择买单。每做一件事，都要想一想，日后打脸的时候疼不疼。 6、过去的事情就让它过去，一定要放下。学会狠心，学会独立，学会微笑，学会丢弃不值得的感情。 7、成功不是让周围的人都羡慕你，称赞你，而是让周围的人都需要你，离不开你。 8、生活本来很不易，不必事事渴求别人的理解和认同，静静的过自己的生活。心若不动，风又奈何。你若不伤，岁月无恙。 9、与其等着别人来爱你，不如自己努力爱自己，对自己好点，因为一辈子不长，对身边的人好点，因为下辈子不一定能够遇见。 10、你迷茫的原因往往只有一个，那就是在本该拼命去努力的年纪，想得太多，做得太少。 11、有一些人的出现，就是来给我们开眼的。所以，你一定要禁得起假话，受得住敷衍，忍得住欺骗，忘得了承诺，放得下一切。 12、不要像个落难者，告诉别人你的不幸。逢人只说三分话，不可全抛一片心。 13、人生的路，靠的是自己一步步去走，真正能保护你的，是你自己的选择。而真正能伤害你的，也是一样，自己的选择。 14、不要那么敏感，也不要那么心软，太敏感和太心软的人，肯定过得不快乐，别人随便的一句话，你都要胡思乱想一整天。 15、不要轻易去依赖一个人，它会成为你的习惯，当分别来临，你失去的不是某个人，而是你精神的支柱;无论何时何地，都要学会独立行走 ，它会让你走得更坦然些。 16、在不违背原则的情况下，对别人要宽容，能帮就帮，千万不要把人逼绝了，给人留条后路，懂得从内心欣赏别人，虽然这很多时候很难 。 17、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭 18、不要太高估自己在集体中的力量，因为当你选择离开时，就会发现即使没有你，太阳照常升起。 19、时间不仅让你看透别人，也让你认清自己。很多时候，就是在跌跌拌拌中，我们学会了生活。 20、命运要你成长的时候，总会安排一些让你不顺心的人或事刺激你。 21、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 22、成长是一场和自己的比赛，不要担心别人会做得比你好，你只需要每天都做得比前一天好就可以了。 23、你没那么多观众，别那么累。做一个简单的人，踏实而务实。不沉溺幻想，更不庸人自扰。 24、奋斗的路上，时间总是过得很快，目前的困难和麻烦是很多，但是只要不忘初心，脚踏实地一步一步的朝着目标前进，最后的结局交给 时间来定夺。 25、你心里最崇拜谁，不必变成那个人，而是用那个人的精神和方法，去变成你自己。 26、运气是努力的附属品。没有经过实力的原始积累，给你运气你也抓不住。上天给予每个人的都一样，但每个人的准备却不一样。不要羡 慕那些总能撞大运的人，你必须很努力，才能遇上好运气。 27、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的 生命才真正开始。 28、每个人身上都有惰性和消极情绪，成功的人都是懂得管理自己的情绪和克服自己的惰性，并像太阳一样照亮身边的人，激励身边的人。
旋翼机复合材料旋翼桨叶设计制造
旋翼机复合材料旋翼桨叶设计制造◎康昱天（作者单位：哈尔滨飞机工业集团有限责任公司）旋翼机是飞机当中的一种主要类型，其主要依靠旋翼桨叶高速旋转，为旋翼机提供动能。
因此，从生产制造环节来看，旋翼桨叶的设计工作是整个机身制造工作中的关键所在，直接影响旋翼机的运行安全。
还需要飞机生产制造企业引起重视，积极研究优化设计流程，提高设计效果的可行方法。
一、旋翼机复合材料旋翼桨叶设计工作的基本要点通过不断总结和分析以往的旋翼桨叶制造数据，技术人员意识到，想要推动飞机生产制造工作的顺利开展，必须要对桨叶材料进行合理的选择，并拟定科学合理的结构设计方案。
同时，要重点提高自身的创新意识及能力，以便于提高设计工作水平及效率。
1.对材料的合理选择。
基于我国对环境保护以及资源节约的基本要求，在实际进行旋翼机的桨叶制造工作时，各个企业都开始选择使用清洁性的复合材料。
现阶段，市面上常见的复合材料种类有很多，而从航空航天领域发展的趋势看，纤维增强树脂基复合材料逐渐成为制造航空航天飞行器结构件材料的主流。
在旋翼桨叶选材设计环节中，目前使用较多的是玻璃纤维或碳纤维增强环氧树脂复合材料。
从比强度、比刚度、比疲劳强度来说，碳纤维也是很优秀的材料，但是它更脆一些。
而玻璃纤维复合材料因为其优异的纵向拉伸强度，轻质、较高强度、较高模量以及稳定的化学性能等特点，成为了新时期企业在制造旋翼机旋翼桨叶大梁材料的首选。
2.基本的结构设计方案。
旋翼机旋翼翼型的选择可以参考直升机翼型。
在直升机翼型中，按照大梁的构造划分，比较常见的有C 形梁、D 形梁以及多管梁结构。
按照剖面分隔或封闭区间的划分有单闭腔、双闭腔和多闭腔等。
不过，旋翼机旋翼因其特殊的自旋转方式，不必考虑桨叶的扭转力矩的特点。
因此，在选择基础结构时也相对较为简单，只需要从制造难易程度及使用效果两个方面进行分析。
通常情况下，复合材料旋翼桨叶一般采用C 形结构，这样既能充分发挥其优点，又能有效地节省成本，是旋翼机翼型的首选。
旋翼桨叶气动外形设计
AbstO d
T卜 功 bl d a r叼ynamie s aPo d sig is aime at t at t e a 耐 y二 i 伴r ，a e tor a e e h s n d h h e c f o n e c
f o 奴 功 r o s s i听 山 h山C ter d sl俘 加 t a t e 叩 e 1朋d employ 钱e b ade aer记yn， . ha碘血5 ，m汕l 1 记 w inln沼 s a uced 访t is p日 r in allus on 协份 Problen o t e helicopt r 拍 bl d ae耐 少 h e p i t f h e Ior a e na而c shap . Desi， P r me 巧in lu ing t e blade ch叭I leng ， o ang ， le c卜 an dis即以 e a a t e c d h h t t帅i n e l pr i f o oice d 朋d t e ti ， w di‘ 肚 . T ki叱o helicopt r rotor blade f r 二 pl ，e r I0r blad a 卜 h P hape e r 此 月a e n e o e t O h s e d”a而c . hap d s g t cbnica w s int氏 uc d. e e in e l a 记e Key w rd helicop比 .O ;a r司，smic 咖 碑 o s r;拍 r e 盯 日
总 第 15 期 1
2( 7 年 第3 期 ) X
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机
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直升机旋翼结构
直升机旋翼结构直升机的飞行原理1. 概况与普通飞机相比，直升机不仅在外形上，而且在飞行原理上都有所不同。
一般来讲它没有固定的机翼和尾翼，主要靠旋翼来产生气动力。
这里所说的气动力既包括使机体悬停和举升的升力，也包括使机体向前后左右各个方向运动的驱动力。
直升机旋翼的桨叶剖面由翼型构成，叶片平面形状细长，相当于一个大展弦比的梯形机翼，当它以一定迎角和速度相对于空气运动时，就产生了气动力。
桨叶片的数量随着直升机的起飞重量而有所不同。
重型直升机的起飞重量在20t以上，桨叶的数目通常为六片左右；而轻、小型直升机，起飞重量在1.5t以下，一般只有两片桨叶。
直升机飞行的特点是：(1) 它能垂直起降，对起降场地要求较低；(2) 能够在空中悬停。
即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓下降趋势；(3) 可以沿任意方向飞行，但飞行速度较低，航程相对来说也较短。
2. 直升机旋翼的工作原理直升机旋翼绕旋翼转轴旋转时，每个叶片的工作类同于一个机翼。
旋翼的截面形状是一个翼型，如图2.5.1所示。
翼型弦线与垂直于桨毂旋转轴平面(称为桨毂 旋转平面)之间的夹角称为桨叶的安装角，以ϕ表示，有时简称安装角或桨距。
各片桨叶的桨距的平均值称为旋翼的总距。
驾驶员通过直升机的操纵系统可以改变旋翼的总距和各片桨叶的桨距，根据不同的飞行状态，总距的变化范围约为2º~14º。
气流V 与翼弦之间的夹角即为该剖面的迎角α。
显然，沿半径方向每段叶片上产生的空气动力在桨轴方向上的分量将提供悬停时需要的升力；在旋转平面上的分量产生的阻力将由发动机所提供的功率来克服。
旋翼旋转时将产生一个反作用力矩，使直升机机身向旋翼旋转的反方向旋转。
前面提到过，为了克服飞行力矩，产生了多种不同的结构形式，如单桨式、共轴式、横列式、纵列式、多桨式等。
对于最常见的单桨式，需要靠尾桨旋转产生的拉力来平衡反作用力矩，维持机头的方向。
自转旋翼机的基本构造和原理
自转旋翼机的基本构造和原理自转旋翼机的基本构造包括: 机身、旋翼、尾翼、起落装置、动力装置、座舱仪表。
如图3-1所示。
图3-1 自转旋翼机的基本构造一、机身机身的主要功能是为其它部件提供安装结构。
机身的常见材料是金属材料和复合材料。
可以是焊接或是螺栓连接，也可以采用搭配组合方式来实现。
二、旋翼旋翼的主要功能是为自转旋翼机提供必须的升力和控制能力。
常见的结构是带桨毂倾斜控制的跷跷板式旋翼。
翘翘板式旋翼，也就是两片桨叶刚性地连接在一起，当一片桨叶向上运动时，另一片桨叶向下运动。
图3-2 跷跷板式结构的旋翼头三、尾翼尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成。
主要功能是为自转旋翼机提供稳定性及偏转控制。
四、起落装置起落装置的功用是提供航空器起飞、着陆和地面停放之用。
它可以吸收着陆冲击能量，减少冲击载荷，改善滑行性能。
自转旋翼机一般有三个起落架，其中两个主要起落架位于重心附近的机身两侧，起主要的支撑作用，另一个起落架在机头或机尾。
若在机尾，则称为后三点式，较适合在粗糙道面上行进；若在机头，则称为前三点式，为大多数自转旋翼机所采用，并且该前轮可通过方向舵脚蹬控制偏转，以便地面滑行时灵活转弯。
轮式起落架一般设有减震装置，能吸收大部分着陆能量，可以在硬性路面上进行滑行起飞和降落。
能在水上起降的自转旋翼机，采用浮桶式起落架。
五、动力装置为自转旋翼机提供动力，推动其前进的装置称为动力装置。
它由发动机、燃料系统以及导管、附件仪表等组成。
在地面，动力装置提供旋翼系统预旋的动力；飞行时，动力装置不为旋翼系统提供动力。
六、座舱仪表座舱仪表是提供给飞行员观察和判断飞行状态，以做出正确的操纵控制。
它们一般包括发动机仪表（如转速表、油压表等）、气动仪表（如空速表、升降速度表等）、电子仪表（如地平仪、导航仪）等。
不同的自转旋翼机根据结构复杂程度选装不同配置的仪表。
图3-6为常见的自转旋翼机座舱仪表。
图3-6 常见的自转旋翼机座舱仪表自转旋翼机的工作原理自转旋翼机是通过旋翼来产生升力的，因此，了解旋翼空气动力的产生和变化，是掌握自转旋翼机运动规律和操纵原理的基础。
旋翼机原理
第1 页(134)旋翼飞行原理bbs.5自从莱特兄弟发明飞机以来，人们一直为能够飞翔蓝天而激动不已，同时又受起飞、着落所需的滑跑所困扰。
在莱特兄弟时代，飞机只要一片草地或缓坡就可以起飞、着陆。
不列颠之战和巴巴罗萨作战中，当时最高性能的“喷火”战斗机和Me 109 战斗机也只需要一片平整的草地就可以起飞，除了重轰炸机，很少有必须用“正规”的混凝土跑道起飞、着陆的。
今天的飞机的性能早已不能为这些飞机所比，但飞机的滑跑速度、重量和对跑道的冲击，使对起飞、着陆的跑道的要求有增无减，连简易跑道也是高速公路等级的。
现代战斗机和其他高性能军用飞机对平整、坚固的长跑道的依赖，日益成为现代空军的致命的软肋。
为了摆脱这一困境，从航空先驱的时代开始，人们就在孜孜不倦地研制能够象鸟儿一样腾飞的具有垂直/短距起落能力的飞机。
自从人们跳出模仿飞鸟拍翅飞行的谜思之后，依据贝努力原理的空气动力升力就成为除气球和火箭外所有动力飞行器的基本原理。
机翼前行时，上下翼面之间的气流速度差造成上下翼面之间的压力差，这就是升力。
所谓“机翼前行”，实际上就是机翼和空气形成相对速度。
既然如此，和机身一起前行时，机翼可以造成升力，机身不动而机翼像风车叶一样打转转，和空气形成相对速度，也可以形成升力，这样旋转的“机翼”就成为旋翼，旋翼产生升力就是直升机可以垂直起落的基本原理。
旋翼飞行原理第2 页(134)中国小孩竹蜻蜓玩了有2,000 年了，流传到西方后，成为现代直升机的灵感/ 达·芬奇设计的直升机，到底能不能飞起来，很是可疑旋翼产生升力的概念并不新鲜，中国儿童玩竹蜻蜓已经有2,000 多年了，西方也承认流传到西方的中国竹蜻蜓是直升机最初的启示。
多才多艺的达·芬奇在15 世纪设计了一个垂直的螺杆一样的直升机，不过没有超越纸上谈兵的地步。
1796 年，英国人George Cayley 设计了第一架用发条作动力、能够飞起来的直升机，50 年后的1842 年，英国人W.H. Philips 用蒸气机作动力，设计了一架只有9 公斤重的模型直升机。
自转旋翼机的基本构造和基础学习知识原理-1
自转旋翼机的基本构造和原理自转旋翼机的基本构造包括: 机身、旋翼、尾翼、起落装置、动力装置、座舱仪表。
如图3-1所示。
图3-1 自转旋翼机的基本构造一、机身机身的主要功能是为其它部件提供安装结构。
机身的常见材料是金属材料和复合材料。
可以是焊接或是螺栓连接，也可以采用搭配组合方式来实现。
二、旋翼旋翼的主要功能是为自转旋翼机提供必须的升力和控制能力。
常见的结构是带桨毂倾斜控制的跷跷板式旋翼。
翘翘板式旋翼，也就是两片桨叶刚性地连接在一起，当一片桨叶向上运动时，另一片桨叶向下运动。
图3-2 跷跷板式结构的旋翼头三、尾翼尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成。
主要功能是为自转旋翼机提供稳定性及偏转控制。
四、起落装置起落装置的功用是提供航空器起飞、着陆和地面停放之用。
它可以吸收着陆冲击能量，减少冲击载荷，改善滑行性能。
自转旋翼机一般有三个起落架，其中两个主要起落架位于重心附近的机身两侧，起主要的支撑作用，另一个起落架在机头或机尾。
若在机尾，则称为后三点式，较适合在粗糙道面上行进；若在机头，则称为前三点式，为大多数自转旋翼机所采用，并且该前轮可通过方向舵脚蹬控制偏转，以便地面滑行时灵活转弯。
轮式起落架一般设有减震装置，能吸收大部分着陆能量，可以在硬性路面上进行滑行起飞和降落。
能在水上起降的自转旋翼机，采用浮桶式起落架。
五、动力装置为自转旋翼机提供动力，推动其前进的装置称为动力装置。
它由发动机、燃料系统以及导管、附件仪表等组成。
在地面，动力装置提供旋翼系统预旋的动力；飞行时，动力装置不为旋翼系统提供动力。
六、座舱仪表座舱仪表是提供给飞行员观察和判断飞行状态，以做出正确的操纵控制。
它们一般包括发动机仪表（如转速表、油压表等）、气动仪表（如空速表、升降速度表等）、电子仪表（如地平仪、导航仪）等。
不同的自转旋翼机根据结构复杂程度选装不同配置的仪表。
图3-6为常见的自转旋翼机座舱仪表。
图3-6 常见的自转旋翼机座舱仪表自转旋翼机的工作原理自转旋翼机是通过旋翼来产生升力的，因此，了解旋翼空气动力的产生和变化，是掌握自转旋翼机运动规律和操纵原理的基础。
自转旋翼机的基本构造和原理
自转旋翼机的基本构造和原理自转旋翼机的基本构造包括: 机身、旋翼、尾翼、起落装置、动力装置、座舱仪表。
如图3-1所示。
图3-1 自转旋翼机的基本构造一、机身机身的主要功能是为其它部件提供安装结构。
机身的常见材料是金属材料和复合材料。
可以是焊接或是螺栓连接，也可以采用搭配组合方式来实现。
二、旋翼旋翼的主要功能是为自转旋翼机提供必须的升力和控制能力。
常见的结构是带桨毂倾斜控制的跷跷板式旋翼。
翘翘板式旋翼，也就是两片桨叶刚性地连接在一起，当一片桨叶向上运动时，另一片桨叶向下运动。
图3-2 跷跷板式结构的旋翼头三、尾翼尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成。
主要功能是为自转旋翼机提供稳定性及偏转控制。
四、起落装置起落装置的功用是提供航空器起飞、着陆和地面停放之用。
它可以吸收着陆冲击能量，减少冲击载荷，改善滑行性能。
自转旋翼机一般有三个起落架，其中两个主要起落架位于重心附近的机身两侧，起主要的支撑作用，另一个起落架在机头或机尾。
若在机尾，则称为后三点式，较适合在粗糙道面上行进；若在机头，则称为前三点式，为大多数自转旋翼机所采用，并且该前轮可通过方向舵脚蹬控制偏转，以便地面滑行时灵活转弯。
轮式起落架一般设有减震装置，能吸收大部分着陆能量，可以在硬性路面上进行滑行起飞和降落。
能在水上起降的自转旋翼机，采用浮桶式起落架。
五、动力装置为自转旋翼机提供动力，推动其前进的装置称为动力装置。
它由发动机、燃料系统以及导管、附件仪表等组成。
在地面，动力装置提供旋翼系统预旋的动力；飞行时，动力装置不为旋翼系统提供动力。
六、座舱仪表座舱仪表是提供给飞行员观察和判断飞行状态，以做出正确的操纵控制。
它们一般包括发动机仪表（如转速表、油压表等）、气动仪表（如空速表、升降速度表等）、电子仪表（如地平仪、导航仪）等。
不同的自转旋翼机根据结构复杂程度选装不同配置的仪表。
图3-6为常见的自转旋翼机座舱仪表。
图3-6 常见的自转旋翼机座舱仪表自转旋翼机的工作原理自转旋翼机是通过旋翼来产生升力的，因此，了解旋翼空气动力的产生和变化，是掌握自转旋翼机运动规律和操纵原理的基础。
48 自转旋翼机桨叶结构设计-钱伟(6)
第二十八届（2012）全国直升机年会论文自转旋翼机桨叶结构设计钱伟1朱清华1陈宣友2(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京，210016；中航工业发展中心，北京，100012)摘要：本文以某一自转旋翼机桨叶结构设计为例，介绍了中小型自转旋翼机复合材料桨叶初步结构设计，包括关键材料的选取，整体结构安排，常用部件布置等。
为桨叶后续分析及调整奠定基础。
关键字：自转旋翼机；桨叶；设计1引言自转旋翼机的抗风能力较高。
一般来说，其抗风能力强于同量级的固定翼飞机，而大体与直升机的抗风能力相当。
旋翼机的性价比很高，胜过同量级直升机1/5~1/10。
旋翼系统主要给旋翼机提供升力和俯仰、滚转姿态操纵，桨毂常用的是全铰接式、跷跷板式。
由于不需反扭矩装置，主要型式是单旋翼构型。
旋翼常采用2片或3片桨叶，由于应用于直升机的负扭桨叶对自转旋翼机来讲并没有多大优势，所以常用无扭转或甚至是正扭转桨叶[1]。
桨叶是旋翼飞行器的关键部件，对旋翼机的性能和飞行安全都有重要影响。
因此，桨叶设计直接影响飞行性能、飞行品质和飞行安全性。
2桨叶的气动参数优化选择对于整个旋翼桨盘，起阻碍转动作用的桨叶段形成了一个阻转区，起驱使转动作用的桨叶段形成了一个驱动区，桨根段形成了一个失速区，这是垂直来流状态下的区域分布。
当有前飞速度时，来流有偏角，为斜流，各方位加上前飞相对速度投影的影响。
显然，在后行桨叶侧靠近桨根处有一圆形反流区，反流区位于失速区内，失速区内气动力主要表现为阻力。
桨盘升力主要由阻转区和驱动区气动合力的垂直分力合成[1]。
本文选取桨叶半径，弦长，负扭度，及翼型配置进行优化设计（该技术方法另文呈现）。
3桨叶结构布置3.1桨叶结构形式根据优化设计选择桨叶参数，如下表1：表1 桨叶的主要设计参数旋翼形式跷跷板式（带挥舞铰）旋翼转向右旋(俯视逆时针旋转)旋翼直径D=12.8m旋翼转速1（前飞状态）Ω=27.22rad/s (260r/min)旋翼转速2（起飞状态）Ω=39.79rad/s (380r/min)桨叶平面形状矩形桨叶翼型OA212桨叶扭转角0°桨叶弦长0.350m桨叶总长 5.931m 单片桨叶质量43.6kg 单片桨叶对旋转中心的质量惯矩600kg·m2g 桨毂形式跷跷板式翼型配置受工艺经济性影响，本文实际为全段同一翼型。
旋翼机桨叶、设置有所述桨叶的旋翼机旋翼以及制造所述桨叶的方法
专利名称：旋翼机桨叶、设置有所述桨叶的旋翼机旋翼以及制造所述桨叶的方法
专利类型：发明专利
发明人：J-M·帕瑞西,R·迈特伟
申请号：CN200810186824.7
申请日：20081212
公开号：CN101456451A
公开日：
20090617
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种旋翼机旋翼桨叶(1)，所述桨叶具有桨叶根部(1’)和与所述桨叶根部(1’)相反向的自由端，所述桨叶(1)至少设置有主翼梁(2)，所述主翼梁平铺在桨叶(1)的吸力侧面(3)和压力侧面(4)上，所述主翼梁(2)在所述桨叶根部(1’)处固定到附连配件(5)。
所述附连配件(5)包括第一和第二水平紧固衬套(10、20)，所述第一和第二紧固衬套(10、20)首先垂直于桨叶(1)的翼展，其次基本上垂直于竖向(Z)，所述竖向基本上平行于重力方向(W)，所述竖向(Z)垂直于所述翼展。
申请人：尤洛考普特公司
地址：法国马里尼亚纳
国籍：FR
代理机构：上海专利商标事务所有限公司
代理人：浦易文
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直升机旋翼桨毂结构形式
直升机旋翼桨毂结构形式直升机旋翼桨毂（含主桨尾桨）结构形式1.简介尾桨是⽤来平衡反扭矩和对直升机进⾏航向操纵的部件。
旋转着的尾桨相当于⼀个垂直安定⾯，能对直升机航向起稳定作⽤。
虽然后桨的功⽤与旋翼不同，但是它们都是由旋转⽽产⽣空⽓动⼒、在前飞时处于不对称⽓流中⼯作的状态，因此尾桨结构与旋翼结构有很多相似之处。
尾桨的结构形式有跷跷板式、万向接头式、铰接式、⽆轴承式、“涵道尾桨”式等等。
前⾯⼏种形式与旋翼形式中的讨论相似，只是铰接式尾桨⼀般不设置摆振铰。
70年代以来，⼜发展了⽆轴承尾桨(包括采⽤交叉式布置⽆轴承尾桨)及“涵道尾桨”。
“涵道尾桨”是把尾桨置于机⾝尾斜梁的“涵道”之中。
涵道风扇直径⼩，叶⽚数⽬多。
前飞时尾⾯可以提供拉⼒，因此，可以减⼩尾桨的需⽤功率。
但在悬停时“涵道风功率消耗偏⼤，对直升机悬停和垂直飞⾏性能不利。
可以避免地⾯⼈员或机外物体与尾桨相碰撞，安全性好。
1.1. 名词解释（参考图2.2-1）1)⽔平铰（挥舞铰）的作⽤：发动机丁作时，旋翼便以⼀定的转速转动。
在飞⾏过程中(如前飞)，由于飞⾏速度的存在，使得旋翼前⾏桨叶的相对⽓流速度⼤于后⾏桨叶的相对⽓流速度，从⽽使前⾏桨叶产⽣的升⼒⼤于后⾏桨叶产⽣的升⼒。
若没有⽔平铰，则由两侧桨叶升⼒⼤⼩不等所构成的滚转⼒矩，将使直升机倾斜。
有⽔平铰时，情况则不同。
前⾏桨叶升⼒⼤，便绕⽔平铰向上挥舞；后⾏桨叶升⼒⼩，便绕⽔平铰向下挥舞。
这样，横侧不平衡的滚转⼒矩就不会传到机⾝，从⽽避免了直升机在前飞中产⽣倾斜。
2)垂直铰（摆振或摆振铰）的作⽤：直升机前飞时，桨叶在绕旋翼轴转动的同时还要绕⽔平铰挥舞。
桨叶作挥舞运动时，桨叶重⼼距旋翼轴的距离不断变化。
由理论⼒学得知，旋转着的质量对旋转轴沿径向有相对运动时，会受到科⽒⼒的作⽤。
⽽挥舞运动引起的科⽒⼒是周期交变⼒。
有关直升机空⽓动⼒的资料表明，⼀⽚桨叶的科⽒⼒的最⼤幅值可以⾼达桨叶⾃重的7倍以上。
这样⼤的科⽒⼒会在旋转平⾯内造成很⼤的交变弯矩，在没有垂直铰的条件下，容易使桨叶根部因材料疲劳⽽提前损坏；传到机⾝，还会引起机⾝振动加剧。
旋翼飞机用桨叶铝型材的生产工艺
旋翼飞机用桨叶铝型材的生产工艺王兴瑞;肖栋;程仁寨;张洪辉;杨焕军;刘洋【摘要】在分析飞机旋翼桨叶铝型材试制难点和可行性的基础上,制定了合理的试制工艺流程.经多次挤压试验、试模和修模,稳定挤压出了桨叶铝型材.通过调整挤压工艺参数,型材上焊合线和氧化色差缺陷得到了解决,最终成功生产出了符合客户技术标准要求的产品.【期刊名称】《轻合金加工技术》【年(卷),期】2015(043)011【总页数】6页(P39-43,55)【关键词】旋翼桨叶;铝型材;小模芯;挤压工艺;氧化处理;焊合线【作者】王兴瑞;肖栋;程仁寨;张洪辉;杨焕军;刘洋【作者单位】山东南山铝业股份有限公司铝材公司,山东龙口265706;山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心,山东龙口265713【正文语种】中文【中图分类】TG375.41;TG379热挤压铝型材由于质量轻、耐蚀性好、高导电和导热性、机加工性能好等优点，广泛应用于建筑行业、电子行业、交通运输行业等领域。
而且随着铝合金新材料、新加工技术以及科学技术的不断进步，铝型材在航空领域的应用不断拓展，飞机大梁、肋、桁条、起落架等都有用铝型材制造的。
据文献报道［1］，2A11和2A12铝合金由于其强度、硬度大，易加工，塑性、韧性高等优点，满足飞机螺旋桨的工作要求，已经被用于生产飞机螺旋桨。
钱伟［2-3］对自转旋翼飞行器桨叶优化设计进行了研究，对桨叶结构、用材及加工方式的发展历程进行了综合介绍，为进一步探索自转旋翼机的桨叶结构设计提供了创新性思路和方法。
传统的桨叶生产工艺复杂，生产周期长，制造成本高。
国外已实现了小型旋翼飞机用桨叶铝型材的应用，大大降低了生产成本，国内某生产旋翼飞机的公司一直在国外采购桨叶铝型材。
但目前为止，未查到国内采用一体挤压成型生产旋翼飞机桨叶铝型材的相关报道。
山东南山铝业股份有限公司下属的南山铝材公司与国内某公司多次商谈后，确定了对小型飞机旋翼桨叶用铝型材的研发项目，经过试制，成功生产出了合格的桨叶铝型材产品。
旋翼机总体设计的几个问题
旋翼机总体设计的几个问题摘要：结合自转旋翼特性及旋翼机设计的独特性，在直升机空气动力学和飞行动力学原理的基础上修改并建立了计算模型，解决了旋翼机气动布局、总体参数及旋翼设计等方面的难题。
旋翼机的旋翼依靠前方来流吹动始终处于自转状态，因而一旦发动机空中停车，可以直接依靠旋翼自转着陆，而直升机旋翼还需要一个转入自转的过程，所以旋翼机没有直升机的低速回避区，安全性更好。
旋翼机由于其旋翼自转，没有自发动机至旋翼的减速和传动装置，也不需要平衡旋翼反扭矩的尾桨，因而结构大大简化。
现代自转旋翼飞行器采用旋翼预转技术，起飞前通过简单传动装置将旋翼预先驱转，然后通过离合器切断传动链路后起飞，使得它可以跳跃式或超短距起飞（起飞距离0～30m）；自转旋翼飞行器降落时，通过操纵旋翼锥体后倾，可实现点式着陆，不需要专用机场。
因而近十几年来，旋翼机再次成为航空领域关注的热点。
一、总体参数、布局及飞行性能1. 参数确定旋翼机总体设计参数包括总重Gw、使用载荷Guse、旋翼半径R、旋翼桨尖速度ΩR、旋翼桨叶弦长b、桨盘载荷p、旋翼实度σ、功率载荷q、螺旋桨桨叶半径Rp和螺旋桨桨尖速度ωRp等。
根据对已有旋翼机参数的归纳总结，目前使用中的旋翼机大多是小型或轻型的，重量比（空机与总重之比）约0.6。
设计任务可以确定总重Gw，也可以确定使用载荷Guse，知道二者之一，便可以求出另一者。
为了拥有好的性能，例如停车下降率约为5m/s，一般要求功率载荷q小于4.5kg/hp （59.2N/kw）,桨盘载荷p小于12kg/m2 。
桨叶片数k可以参考直升机方法确定，目前大多旋翼机采用两片桨叶，安装在跷跷板式桨毂上。
典型两片桨叶旋翼，取实度σ为0.034～0.040。
如果实度取稍大值，则桨叶挥舞增加，性能改善不多，故一般都取偏小值。
由式（1）可以确定旋翼桨叶弦长b，若需要跳飞，预转旋翼桨尖速度要增大至1.5倍左右。
螺旋桨直径根据发动机转速来确定，大的直径对爬升率和低速推力很重要，但是如果取得过大，则全机尺寸高，停放不易。
自转旋翼设计中的几个结构问题
自转旋翼设计中的几个结构问题
马存旺;金延伟;朱清华
【期刊名称】《飞机设计》
【年(卷),期】2013(33)4
【摘要】近20年来,自转旋翼机的发展重新引起人们的重视。
本文通过对比自转旋翼机与直升机气动特性的不同,指出自转旋翼机自身的特点。
针对这些特点,论述其结构设计时需要重点考虑的问题,包括桨叶设计时需考虑零(正)扭转、固有特性、大抗扭转刚度、高惯性、高疲劳寿命;桨毂设计时需较准确地计算桨毂载荷、拉扭杆的抗疲劳分层设计;机身的气动外形,加强框,梁的合理布置和全机有限元模型的建立,尾翼位置的合理布置。
最后,基于文献中的一组闭合方程,给出无人旋翼机结构组件质量的分配关系。
【总页数】8页(P13-20)
【关键词】自转旋翼机;结构组件;质量分配关系
【作者】马存旺;金延伟;朱清华
【作者单位】中国航天空气动力技术研究院;南京航空航天大学旋翼动力学国防科技重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V275.1
【相关文献】
1.旋翼自转状态在高速直升机升力转移过程中的应用 [J], 王焕瑾;高正
2.高速直升机方案中旋翼自转状态的实验研究 [J], 王焕瑾;高正
3.直升机旋翼气动设计中的几个问题 [J],
4.新型可倾转旋翼的四旋翼飞行器结构设计 [J], 刘晓琳;韩婷
5.新一代先进柴油机技术计划的仿真设计和演示/全天候旋翼飞机的除冰技术/旋翼飞机结构/用于化学防护服系统的纳米纤维 [J],
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第二十八届（2012）全国直升机年会论文自转旋翼机桨叶结构设计钱伟1朱清华1陈宣友2(南京航空航天大学直升机旋翼动力学重点实验室，南京，210016；中航工业发展中心，北京，100012)摘要：本文以某一自转旋翼机桨叶结构设计为例，介绍了中小型自转旋翼机复合材料桨叶初步结构设计，包括关键材料的选取，整体结构安排，常用部件布置等。
为桨叶后续分析及调整奠定基础。
关键字：自转旋翼机；桨叶；设计1引言自转旋翼机的抗风能力较高。
一般来说，其抗风能力强于同量级的固定翼飞机，而大体与直升机的抗风能力相当。
旋翼机的性价比很高，胜过同量级直升机1/5~1/10。
旋翼系统主要给旋翼机提供升力和俯仰、滚转姿态操纵，桨毂常用的是全铰接式、跷跷板式。
由于不需反扭矩装置，主要型式是单旋翼构型。
旋翼常采用2片或3片桨叶，由于应用于直升机的负扭桨叶对自转旋翼机来讲并没有多大优势，所以常用无扭转或甚至是正扭转桨叶[1]。
桨叶是旋翼飞行器的关键部件，对旋翼机的性能和飞行安全都有重要影响。
因此，桨叶设计直接影响飞行性能、飞行品质和飞行安全性。
2桨叶的气动参数优化选择对于整个旋翼桨盘，起阻碍转动作用的桨叶段形成了一个阻转区，起驱使转动作用的桨叶段形成了一个驱动区，桨根段形成了一个失速区，这是垂直来流状态下的区域分布。
当有前飞速度时，来流有偏角，为斜流，各方位加上前飞相对速度投影的影响。
显然，在后行桨叶侧靠近桨根处有一圆形反流区，反流区位于失速区内，失速区内气动力主要表现为阻力。
桨盘升力主要由阻转区和驱动区气动合力的垂直分力合成[1]。
本文选取桨叶半径，弦长，负扭度，及翼型配置进行优化设计（该技术方法另文呈现）。
3桨叶结构布置3.1桨叶结构形式根据优化设计选择桨叶参数，如下表1：表1 桨叶的主要设计参数旋翼形式跷跷板式（带挥舞铰）旋翼转向右旋(俯视逆时针旋转)旋翼直径D=12.8m旋翼转速1（前飞状态）Ω=27.22rad/s (260r/min)旋翼转速2（起飞状态）Ω=39.79rad/s (380r/min)桨叶平面形状矩形桨叶翼型OA212桨叶扭转角0°桨叶弦长0.350m桨叶总长 5.931m 单片桨叶质量43.6kg 单片桨叶对旋转中心的质量惯矩600kg·m2g 桨毂形式跷跷板式翼型配置受工艺经济性影响，本文实际为全段同一翼型。
桨叶结构一般有如下四种结构方案：1）金属蜂窝填充的全复合材料结构；2)带后段件的全复合材料结构；3）泡沫填充的全复合材料结构；4)金属梁加后段件复合材料结构[2]。
由于受结构可行性，工艺可行性的制约，以及各种结构的技术优缺点的综合比较考虑，泡沫夹层结构的复合材料桨叶确定为最终的结构方案。
本文桨叶由主体和桨尖罩组成，桨尖罩可以拆卸。
桨叶主体结构可以分为根部，颈部，典型翼型段部分。
图1 桨叶整体结构图3.2 桨叶主体部分结构桨叶的平面形状为矩形，弦长0.350m ，无负扭转。
350522.564005877.5旋翼旋转中心120图2 旋翼机的桨叶平面外形由于OA 族翼型的气动性能较好，而且国内有比较完整的资料，故在设计桨叶时选用了OA212翼型。
大梁结构按剖面形状可以分为：C 型梁，D 型梁，Z 型梁。
图3 不同大梁的剖面形状C型梁：蒙皮参与承担扭矩，由于结构简单，加工工艺方便，所以成型质量较高；同时由于剖面在前缘，弦向重心容易满足要求。
D型梁：在C型梁的基础上中部添加肋结构，参与承担扭矩；但工艺复杂，成型质量难以保证。
Z型梁：类似于D型梁，肋结构偏斜，并形成多腔室，具备更高的抗扭能力，但是工艺更复杂[3]。
由于旋翼机桨叶本身的抗扭问题不是很突出，综合上述因素考虑，所以本文选择C型梁作为桨叶大梁的结构。
3.3桨叶根部结构衬套展向排列桨叶大梁的预浸带不分股，经过根部后直接绕回桨叶翼型部分，这种结构的优点是预浸带保持连续，大梁根部的承载能力较高，结构紧凑，缺点是，两个衬套承受离心力不均，有较大的扭转运动间隙。
衬套弦向排列，这类结构的是预浸带分成两股，各自在根部分别绕过衬套后绕回桨叶主体部分，衬套较大的间距有利于承受摆振面的弯矩，承力路明确[3]。
综合上述因素的考虑选定第二种形式——衬套弦向排列作为本文根部结构布置。
衬套采用金属材料：30CrMnSiA；大梁带材料：无纬带（GIR3822/3902）；根部联结螺栓材料：30CrNi4MoA。
衬套弦向排列衬套展向排列图4 根部结构鱼形接头填块形状比较特殊，首先内侧应该与金属衬套有较好的配合，表面一般采用玻璃布，中间以短切纤维填充。
表面材料选用预浸玻璃布/±45°（DBC34-6），填充材料选用短切纤维（GIR4046）。
堵盖形状相对较为复杂，结合其结构和受力特点，一般采用短切纤维。
材料选用短切纤维(GIR4046)。
图5 鱼形接头填块图6 堵盖3.4桨尖罩及桨尖连接支座桨尖罩长度为0.120m，约占旋翼半径的1.9%，桨尖罩设计为可拆卸部分，更改桨尖形状，连接支座设有耳孔结构，大梁条从中间穿过，再者连接支座与蒙皮胶接，二者共同提高连接强度，连接支座配有多个配重孔，通过对各片桨叶增加配重，来调整对旋转中心的静矩一致,桨尖罩装配在桨尖支座上，通过螺栓固定。
桨尖罩材料：预浸玻璃带（DBC34-6），填充部分为泡沫塑料(GIR3747)；桨尖连接支座：铝合金（LD10CS）固定螺栓: 30CrNi4MoA。
图7 桨尖结构图图8 前缘配重3.5调整性部件前缘配重（图8所示）用以调整弦向重心，所以一般放置在翼型最前方采用重金属做材料，设计基于桨叶的重量预估和重心预估。
参考相似本设计最终选定：配重：Φ12mm×4.26m(必要时适当调整)；材料：铅(Pb)。
设置调整片可以满足气动相似性要求，同时方便调整动平衡。
参考相似设计：本设计最后确定在桨叶后缘从距旋转中心4.7m处开始布置后缘调整片，调整片分成六段，每段长50mm；材料为铝箔（LF2-M）。
3.6其他蒙皮主要承受扭转载荷，所以由预浸玻璃布沿与桨叶展向成±45°角的方向铺设而成，充分发挥抗扭能力。
蒙皮设计在考虑抗扭特性外，还应考虑桨叶重量。
在大梁和蒙皮围成的空腔内填以泡沫塑料，以提高蒙皮的局部刚度，使桨叶工作时能保持准确的气动外形，在确定翼型，蒙皮，大梁和后缘条之后它的剖面形状将唯一确定[3]。
为了调整桨叶的摆振固有频率，在桨叶后缘布置碳纤维后缘条，后缘条对弦向重心影响较大；所以在满足桨叶后缘应有足够的刚度前提下，应尽可能选小，结合工程经验和相关统计一般选取长度≥3%弦长，结合上述因素，本文设计方案：蒙皮：里层——0.31mm/层×4层, 预浸玻璃带(DBC34-6)；外层——0.13mm/层×1层，预浸玻璃带(DBC34-7)；泡沫填充：泡沫塑料（GIR3747）；后缘条：宽度22mm 预浸HM 碳布/±45°（DBC38-3）。
4桨叶固有频率为了降低桨叶工作时的动应力和旋翼机的振动水平，要求在旋翼正常工作转速下桨叶的固有频率尽量远离ｎΩ(ｎ＝1，2，…，8)。
在桨叶设计过程中，用动力有限元模型分析计算桨叶的固有特性，通过调整结构参数改变桨叶的质量、刚度分布，进而改变桨叶的固有频率，并用“共振图”来检查桨叶的固有频率是否满足上述要求。
旋翼机采用跷跷板式旋翼，但其每片桨叶还带有独立的锥度调整铰，每片桨叶绕自己的锥度调整铰挥舞。
因此，旋翼机旋翼桨叶的挥舞固有特性可用一端铰支一端自由的弹性梁模型进行分析；而各片桨叶在摆振方向上是根部固支的。
根据桨叶的剖面特性计算结果和边界条件，用有限元素法计算旋翼机复合材料桨叶挥舞和摆振的固有频率。
图9 典型剖面网格通过划分各截面网格计算截面特性（图9），并计算单元刚度矩阵与单元质量矩阵，进一步合成整体刚度矩阵与整体质量矩阵，运用哈密顿原理的离散形式可以获得桨叶自由振动方程0K M δδ+= （4-1）式中 M ——总质量矩阵； K ——总刚度矩阵。
设0sin ,t δδω=代入上式，得频率方程200K M δωδ= （4-2）计算其广义特征值可获得固有频率的平方，其对应的特征向量为振型。
计算结果见表2和表3。
从表2和表3可以看出，在旋翼机起飞和正常前飞时，旋翼桨叶的挥舞和摆振固有频率都避开了气动激振力的频率。
图10 挥舞共振图 图11 摆振共振图图10和图11分别是旋翼机复合材料桨叶挥舞和摆振共振图，从图中更能清楚地看到旋翼在起飞转速和正常前飞转速下，桨叶的挥舞和摆振固有频率都避开了气动激振力的频率。
5 结论与后续工作通过上述过程初步设计的自转旋翼机桨叶具有结构紧凑、简单，零件数量少，减轻桨叶重量、生产工艺简单有效，质量易于保证。
另一方面简化了维护，且具有更佳的一体化结构。
参 考 文 献[1] 朱清华，自转旋翼飞行器总体设计关键技术研究[M]，南京航空航天大学，2007 [2] 刘达经，复合材料旋翼桨叶研制中的几个问题分析[J]，中国直升机设计研究所，2002 [3] 葛健，复合材料旋翼桨叶结构设计研究[M]，北京航空航天大学，2001 [4] 飞机设计手册 第19册 直升机设计，航空工业出版社，2005表2 桨叶在0°总距和转速（260r/min ）下的固有频率表3 桨叶在0°总距和转速（380r/min ）下的固有频率阶 次 0 123挥 舞 频率(Hz) 4.334 10.709 19.156 29.497 频率比 1.000 2.471 4.420 6.806 摆 振频率(Hz) - 6.414 38.061 - 频率比-1.4808.782-阶 次123挥 舞 频率(Hz) 6.336 15.320 26.719 39.575 频率比 1.000 2.418 4.217 6.246 摆 振频率(Hz) - 9.365 42.553 - 频率比-1.4786.716-。