直升機螺旋槳的材料有哪些?
20世紀50年代中期以前,第1代直升機的旋翼槳葉一般是由管式鋼梁、木質骨架和蒙布組成的混合式結構。50年代末到60年代初的第 2代直升機旋翼廣泛使用以鋁合金壓制梁為基本結構的金屬槳葉。60年代末到70年代初的第 3代直升機旋翼以復合材料(玻璃鋼為主)槳葉為標志。第 4代直升機旋翼的槳葉和槳轂將用更先進的復合材料來制造。
首先我們來說說金屬材料的槳葉。借知乎一名用戶(迷彩虎)的回復舉例:在阿富汗戰場,蘇軍的米8直升機經常飛行在戰區執行任務,也不可避免的被地面炮火擊中,但是許多米8都是帶著渾身的傷回來,槳葉上也是各種彈孔。而在另一起損傷中,兩架米8空中相撞,槳葉被打彎,但是降落后,隨機機械師用粗暴的錘子敲平了槳葉,直升機竟然正常起飛。其實這也正是金屬槳葉的優勢,受到損壞之后能夠得到簡單修復直升機還是可以正常運轉的。
但是說到缺點,金屬槳葉可是要比復合材料槳葉多得多。首先是重量。以前的金屬槳葉一般采用鋁合金,鋰合金等合金金屬作為制作材料,雖然這些金屬在各種性能方面較為穩定,但是重量卻是一個大的問題。相比之下,復合材料的槳葉更是一種趨勢。阿帕奇作為世界上最大最重的武裝直升機之一,最大起飛重量達到了10,433 千克。但是阿帕奇的一片槳葉只需要兩個人就能抬起來,要是換做純金屬槳葉,恐怕得來好幾個人。阿帕奇的槳葉由鈦合金,不銹鋼以及纖維結構組成。這種旋翼結構不僅重量輕,在中彈時安全性更好,纖維結構能避免損傷的裂紋進一步延伸擴散,并且耐腐蝕。
復合材料槳葉的可設計性比較強,便于外部幾何形狀與內部結構的優化。改變鋪層方向可以使不同展向位置具備不同的剛度,以滿足動力學特性要求。復合材料的耐腐蝕性好,損傷容限較大,抗疲勞特性好,故而壽命比金屬槳葉長。
復合材料做槳葉有幾個天然的優勢:
1、復合材料的疲勞性能要遠高于金屬相比金屬材料疲勞壽命要高很多;
2、復合材料是各項異性材料,其可設計性很高,可以根據翼型和受力需求,設計復合材料旋翼的承載方式,對結構受力形式進行優化;
3、抗腐蝕性,復合材料不存在腐蝕作用,通過與鈦合金緊固件配合使用,也可以解決機械連接問題。
但是復合材料也是存在一定的缺點的。比如螺旋槳被雷電擊中,可能會由于電阻較大而爆開,導致事故。
其實,不僅旋翼由碳纖維等復合材料制造,機身的大部分部件也采用了相同的制造工藝。 現代直升機的復合材料用量已經達到50%以上,甚至有些直升機達到了80-90%。
20世紀90年代,復合材料的應用又達到了一個新的階段,NH-90戰術運輸直升機復合材料用量達95%,僅動力艙平臺、隔板仍采用金屬件,其余部分全部采用復合材料制造?;⒅鄙龣C機體的復合材料占結構重量的80%以上,RAH-66上的復合材料則占總材料重量的51%。因此,隨著復合材料技術的不斷發展和在直升機上應用的不斷深化,下一代武裝直升機將有可能成為全復合材料直升機。
直升機螺旋槳原理是什么?
其實通過發動機帶動直升機螺旋槳的動力(跟風扇的原理一樣),把直升機托舉在空中,同時發動機帶動兩個螺旋槳,通過調整小螺旋槳的螺距來抵消大螺旋槳在產生不同的轉速下帶來的反作用力。通過傾斜盤的控制來改變直升機的槳葉角,來實現旋翼變距,以此來控制改變直升機的飛行姿態,在用升力來控制改變飛行的方向,在發動機是保持在一個穩定的轉速下,通過控制直升機旋翼的總距來得到不同的升力,因此直升機才能實現垂直起飛和降落。
因為人們對直升機的穩定性、易用性、操控性的要求不同,旋翼的構型也發生不小的變化,目前主要使用的四種旋翼形式有:全鉸接式槳葉、半鉸接式/半剛性槳葉、無鉸式剛性槳葉以及無軸承槳葉。