動靜旋翼軸研究現狀與技術特點分析

尹鳳，張曉宇，胡超，黃湘龍

（1.中國航發湖南動力機械研究所；2.直升機傳動技術國防科技重點實驗室，湖南 株洲 412002）

旋翼軸是直升機傳動系統的關鍵動部件，傳統旋翼軸為單軸懸臂梁結構，其自身受載復雜，疲勞壽命難以保證，同時，旋翼載荷經由主減速器再傳遞至機身，傳力路徑復雜，增加了機匣設計難度、主減重量等。動靜旋翼軸是一種新型旋翼軸結構，可有效地解決上述問題。

1 動靜旋翼軸工作原理

以“阿帕奇”AH-64 直升機的動靜旋翼軸結構（圖1）為例。其主要由動軸和靜軸等組成，動軸上、下端通過花鍵分別與旋翼槳轂及主減輸出軸相連，僅傳遞扭矩。靜軸上端通過一對圓錐滾子軸承與槳轂相連，底部固定在機身結構上，傳遞除扭距外的其他旋翼載荷并直接傳至機身而不經過主減速器。

圖1 “阿帕奇”AH-64 動靜旋翼軸

2 動靜旋翼軸研究現狀

20 世紀中期，美國休斯公司率先開展了動靜旋翼軸技術研究，并在OH-6A 直升機上進行了應用（圖2），其動軸上端通過螺栓與槳轂連接，下端通過鼓形花鍵與主減速器輸出軸連接，只傳遞扭矩；靜軸上端通過一對圓錐滾子軸承與槳轂相連，底部固定在與機身相連的底座上，傳遞除扭距外的其他旋翼載荷并直接傳至機身。該結構能防止旋翼系統在墜毀事故中松脫和槳葉撞擊而穿透空勤人員座艙，同時采用了剪斷破損安全設計，當傳動系統被卡死時，能使飛機自轉著陸，極大地提升了直升機的安全性。

圖2 OH-6A 動靜旋翼軸結構

隨后，美國在“阿帕奇”AH-64 直升機上也應用了動靜旋翼軸結構（圖1），其總體結構方案與OH-6A 直升機基本保持一致，但在細節上做了很多關鍵設計。比如，其動軸采用3 段焊接軸結構，中段軸采用薄壁高強度鋼制成，使動軸重量減輕了15.1 磅；其撐桿應用了損傷容限設計理念，保證在任一支撐桿損傷失效情況下都能承受極限載荷而不失效，提高了直升機的抗墜毀性；進行了主旋翼軸抗彈擊設計，確保主旋翼軸在遭受12.7mm 或23mm 的彈擊后仍可繼續運轉。在AH-64 飛行中從未出現主旋翼軸失效的情況。

1992 年，SIKORSKY 直升機公司在ART 項目中設計了一種全新的動靜旋翼軸方案（圖3），其動軸采用內、外軸結構并通過法蘭相連，動軸上端通過法蘭與旋翼槳轂相連，下端由一對圓錐滾子軸承支承在靜軸上；靜軸設計成桁架結構，通過6 根支架與機身相連。旋翼的拉力、彎矩等由外軸經錐軸承傳至靜軸再傳至機身，扭矩由內軸傳遞。該方案中選用了大量的新材料，比如：其動軸選用鈦合金材料，靜軸選用復合材料，大大減輕了重量。最終該傳動系統較原型機成功減重23%,其中動靜旋翼軸技術的應用對其減重做出了重要貢獻。

圖3 Sikorsky 公司ART 動靜旋翼軸方案

3 動靜旋翼軸技術特點分析

通過動靜旋翼軸研究現狀分析可知，其主要具有如下技術特點。

（1）可實現旋翼載荷分離，旋翼載荷傳遞路線清晰，零件受載簡化，有利于減輕主減重量。

（2）靜軸加強了對槳轂的支撐作用，且對動軸有一定防護作用，提高了旋翼軸的可靠性和抗彈擊能力。

（3）通過剪斷破損安全設計，當傳動系統被卡死時，能保證飛機自轉著陸，提高了直升機的抗墜毀性能。

（4）采用動靜旋翼軸結構，在主減速器裝拆時不需要拆下旋翼軸、槳轂、操縱系統和旋翼組件，可維護性強。

4 結語

相比傳統的旋翼軸結構，動靜旋翼軸在減重、可靠性、抗彈擊及抗墜毀性等方面具有明顯的性能優勢，國外直升機公司對動靜旋翼軸開展了大量技術研究，并在當代部分先進直升機傳動系統中取得應用。國內急需開展動靜旋翼軸技術研究，為下一代高性能直升機傳動系統自主研制提供技術支撐。