直升机机动飞行过程中的自动倾斜器载荷分析

直升机机动飞行过程中的自动倾斜器载荷分析

文章首先分析了自动倾斜器在直升机传力路线上的作用；其次结合某型直升机载荷试飞，得到了该型机自动倾斜器在机动飞行过程中的实测载荷；分析比较了自动倾斜器实测载荷随机动动作的变化规律，重点分析了直升机俯冲拉起飞行过程中自动倾斜器实测载荷的变化规律，为直升机安全试飞进行技术积累。

标签：直升机；自动倾斜器；机动飞行；载荷校准；实测载荷

Abstract：In this paper，the function of the automatic tilter in the helicopter force transmission route is analyzed firstly. Secondly，in view of the load test of a certain helicopter，the measured load of the automatic tilter in the course of maneuvering flight is obtained. This paper analyzes and compares the variation law of the random dynamic action of the measured load of the automatic tilter，and emphatically analyzes the law of the change of the measured load of the automatic tilter during the flight of helicopter dive pull up，making technology accumulation for the helicopter safety test flight.

Keywords：helicopter；automatic tilter；maneuvering flight；load calibration；measured load

自动倾斜器[1]是直升机操纵系统的一个重要组成部

分，通过它既能实现直升机旋翼总桨距角的改变，同时也能实现纵向和横向周期变距的改变，最终实现直升机俯仰、滚转姿态的变化。作为旋翼系统传力路线上的关键部件，无论从结构强度考核或试飞安全的角度来考虑，都有必要对自动倾斜器在机动飞行过程中的受载情况进行分析。

本文结合某型直升机载荷试飞，对其自动倾斜器进行了飞行载荷实测，分析其载荷在直升机机动飞行[2]过程中的变化规律。

1 结构分析

以某型直升机自动倾斜器为例进行说明。结构简图见下图1所示。主要组件包括旋转环、不动环、球铰组件、大轴承、扭力臂/防扭臂、变距拉杆等。扭力臂通过与主轴相连的卡环组件驱动动环与主轴同步旋转；防扭臂一端连接在主减速器壳体上，防止不动环被动环带转。根据各组件的连接方式和传力路线方式，可以确定在整个操纵过程中，自动倾斜器上关键的承力部件有变距拉杆、扭力臂、防扭臂、不动环支臂。表征载荷分别为轴向力、切向力、垂向支撑力。

2 应变计改装

采用电阻应变计法对上述部件的表征载荷进行实测。根据静力计算结果，给

出推荐贴片位置，如图2所示。

3 载荷校准

对完成应变计改装的部件进行地面载荷校准试验。以变距拉杆为例进行说明。试验在拉压机上进行，采用专门设计的连接接头将变距拉杆安装至拉压机上。试验开始前进行预加载，确认测试通道信号是否正常，参数测试范围是否合理。正式试验开始后，逐级加载至最大载荷，分拉压方向进行校准，同时记录每一级的载荷和输出码值（也即为应变？滋？着）。如表1所示。

试验数据采用线性回归来拟合，线性质量以线性相关系数R大小来判断，该值在-1～1范围内，当|R|越接近1，线性质量越好，R的计算公式为：

拟合结果如图3所示，可以看出采用该应变电桥建立的应变和轴向力载荷之间的相关性非常好，该结果可以用于变距拉杆轴向力载荷飞行实测。采用相同方法完成扭力臂、防扭臂、不动环支臂的地面载荷校准试验。

4 试飞分析

该型直升机载荷试飞完成的主要机动科目[3]有：急上升转弯、急下降转弯、跃升倒转、俯冲拉起、Vne及Vne下降转弯等。从直升机的速度边界、坡度及法向过载边界对直升机进行综合考核。统计同一重量重心构型，上述不同机动动作下变距拉杆、不动环支臂的实测载荷[4-5]。如图4～图6所示。

由图4和图5可以看出，在俯冲拉起过程当中，变距拉杆的轴向力动载荷值、静载荷值最大；统计发现扭力臂、防扭臂、不动环支臂切向力载荷存在类似现象。

可见，在直升机俯冲拉起机动过程中，自动倾斜器各组件的实测载荷达到最大，为严酷受载状态点。

由图6可以看出，变距拉杆轴向力、不动环支臂切向力动载荷值随法向过载增大而增大。

5 结束语

（1）通过电阻应变计法得到了直升机自动倾斜器的实测载荷，满足了载荷试飞要求。

（2）直升机俯冲拉起机动作为自动倾斜器严重受载状态点，法向过载越大，其受载越严重，试飞过程中应密切关注这一状态点其载荷是否超限。

參考文献：

[1]路录祥，王新洲，王遇波.直升机结构与设计[M].北京：航空工业出版社，

2009：96-115.

[2]Johnson.W and Ham.N.D on the mechanism of dynamic stall [J].Journal of American helicopter society. V ol.4，1972：78-82.

[3]Robert T.N Chen，James. Kinematic properties of the helicopter in coordinated Turns[J].NASA TP 1973：181-186.

[4]孙之钊，萧秋庭，徐桂祺.直升机强度[M].北京：航空工业出版社，1990，11：134-145.

[5]Sheehy.T.W. A general review of helicopter hub drag data[J].the 31th A.H.S，1975：67-71.