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简说结构:直升机传动系统

2021-06-29 13:476040

在直升机的发动机、传动、旋翼三大动部件中,传动系统可以说是起到了非常关键的串联作用,那么,今天就从传动系统功能、组成、型式和状态监测等角度来聊聊直升机的传动系统。



传动系统功能



传动系统的功能主要包括以下几项:





将动力从发动机传递到主旋翼、尾桨和其他附件,使直升机能够克服各种阻力,实现期望的飞行动作;即使如米-26般的大块头,如果没有“结实”的传动系统支撑,也难以充分释放其大载重潜能。





将发动机输出转速调整至旋翼/尾桨的设计转速。假如某架直升机发动机输出转速为6016rpm,经合适的传动比设计,最终输出的旋翼轴转速为394rpm,如下图所示。





发动机通常水平安装,传动系统将其旋转方向从发动机的输出轴(纵向)转到旋翼轴(垂向)和尾桨轴(侧向),使旋翼能够提供垂向拉力、尾桨能够提供侧向拉力。这一点与螺旋桨式固定翼飞机是不同的。





在主减速器输入端和发动机输出端之间,会安装自由轮单元(超越离合器),当旋翼转速大于发动机驱动转速时,旋翼和发动机完全脱开、自由旋转;当发动机故障时可以借此自转下滑降落,如下图所示。



另外,对于多发直升机,自由轮单元可以确保:当只有一台发动机驱动主减速器时,不会带动另一台发动机的自由涡轮转动。



传动系统组成



传动系统的组成,可以依据各部分实现的功能,划分为两类:





包括:动力输出装、主减速器、尾传动轴、中间减速器、尾减速器等,如下图所示;这些部件的作用就是传递动力,使旋翼和尾桨在产生拉力的同时,也能够克服空气阻力。



下图为BO-105直升机主减速器剖解图,经过多级减速,将发动机输出的高转速、小扭矩,转变成低转速、大扭矩传递给旋翼轴。



在大型直升机上,通常还会有中间减速器。下图为UH-60黑鹰直升机尾管中间减速器展示,在改变转速的同时,还可以改变方向抬高尾桨站位。





在传动系统中,离合器、自由轮单元、旋翼刹车等部件也起着非常关键的辅助作用。比如:



(a)使用活塞式发动机的直升机会安装离合器,可以降低载荷冲击;



(b)自由轮单元,可以防止传动系统反向驱动;



(c)旋翼刹车,可以在发动机关车后使旋翼停转或直升机停放时防止桨叶旋转。



下图为法国G2直升机旋翼刹车和自由轮单元示意图。旋翼刹车盘安装在尾传动轴的前部;自由轮单元在带轮内部,允许旋翼自由旋转和带动尾桨旋转。



传动型式



直升机广泛使用的传动型式有两种:





齿轮传动具有传动比范围大、传动精度高、传动效率高等特点,也是直升机的主要传动型式,如下图所示。但是齿轮传动没有过载/冲击保护措施,因此使用活塞式发动机的直升机,通常是采用齿轮传动+皮带传动相结合的传动方式。





皮带传动在主要在使用活塞式发动机的直升机上出现,配合离合器使用,如下图所示。发动机启动过程中,皮带松弛使旋翼与发动机脱开,当发动机状态稳定后,再控制皮带张紧,发动机逐渐承担旋翼负载,从而降低发动机启动时的载荷冲击



状态监测



传动系统的运行状况直接决定着直升机的飞行安全,因此通常会采取各种设计措施来监测其健康状况。比如:设置滑油油位目视检查口、实时振动监测、安装金属碎屑探测器等。



除了定期对传动系统维护检查外,在驾驶舱也会配置一系列与传动相关的仪表或告警灯,使驾驶员能够时刻掌握传动系统健康状况。下图为R44直升机仪表盘,可以看到,在驾驶舱能够实时监控旋翼/发动机转速一致性,可以感知齿轮箱温度/碎屑/滑油有无异常。



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