直升機能夠升空飛行,是由旋翼提供上升的動力。旋翼由槳轂和數片槳葉構成,槳轂安裝在旋翼軸上,形如細長機翼的槳葉則連在槳轂上。
槳葉旋轉時與周圍空氣相互作用,產生沿旋翼軸的拉力,如果相對氣流的方向或各片槳葉的槳距不對稱於旋翼軸,還產生垂直於旋翼軸的分力。
在直升機上,旋翼軸方向近於垂直,因此旋翼首先具有機翼的功能,產生向上的力。其次還具有類似於飛機推進裝置的功能,產生向前的力。它還具有類似於飛機操縱面的功能,產生改變機體姿態的俯仰力矩或滾轉力矩。
一副旋翼最少有兩片槳葉,最多可達8片。旋翼直徑最小約5米,最大達35米。按槳葉與槳轂連線方式的不同,旋翼大體上分為鉸接式、無鉸式、半無鉸式和無軸承式4種。
01 鉸接式旋翼
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鉸接式旋翼(又稱全鉸接式旋翼)是通過槳轂上設定揮舞鉸、擺陣鉸和變距鉸,使每片槳葉自由地進行揮舞、擺動和改變槳距。
典型的鉸接式槳轂鉸的佈置順序(從裡向外)是揮舞鉸、擺振鉸、變距鉸。鉸接式槳轂構造複雜,維護檢修的工作量大,疲勞壽命低。
02 無鉸式旋翼
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無鉸式旋翼取消水平鉸和垂直鉸,但仍有軸向鉸。槳葉在揮舞方向和擺振方向相對於槳轂是固支的。槳葉的揮舞運動和擺振運動表現為槳葉根部(或槳轂支臂)的彎曲變形。
與鉸接式相比,它的結構簡單,但槳葉和槳轂的彎曲載荷較大。從70年代初開始,由於在旋翼上應用了疲勞強度較高的複合材料和鈦合金,這種型式的旋翼增多。
03 半無鉸式旋翼
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半無鉸式旋翼的特點是隻有兩片槳葉,彼此連成整體,共用一箇中心水平鉸,沒有垂直鉸(好像一個蹺蹺板,常稱蹺蹺板式旋翼),但仍有軸向鉸。這種型式旋翼的結構也比較簡單,但操縱性較差。
04 無軸承式旋翼
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無軸承式旋翼不僅沒有水平鉸和垂直鉸,連軸向鉸也被取消。槳葉的變距運動靠槳葉根部(或槳轂支臂)的扭轉變形來實現。
它的結構簡單,但要求槳葉根部的材料既有很高的彎曲強度和剛度,又有很低的扭轉剛度。70年代以來,在採用先進複合材料槳葉基礎上,無軸承式旋翼的研究已有一定進展,但仍處於試驗階段。
以上4種型式的旋翼是典型的分類,實用中還有許多中間型式,如法國"海豚"直升機的星型柔性旋翼,就是一種介乎鉸接式與無鉸式之間的型式,即所謂有彈性約束的鉸接式旋翼。
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一直搞不懂揮舞鉸的作用求科普是槳葉在圓周方向相對主軸的運動嗎?不應該是固定的嗎?