动静旋翼轴研究现状与技术特点分析

尹凤，张晓宇，胡超，黄湘龙

（1.中国航发湖南动力机械研究所；2.直升机传动技术国防科技重点实验室，湖南 株洲 412002）

旋翼轴是直升机传动系统的关键动部件，传统旋翼轴为单轴悬臂梁结构，其自身受载复杂，疲劳寿命难以保证，同时，旋翼载荷经由主减速器再传递至机身，传力路径复杂，增加了机匣设计难度、主减重量等。动静旋翼轴是一种新型旋翼轴结构，可有效地解决上述问题。

1 动静旋翼轴工作原理

以“阿帕奇”AH-64 直升机的动静旋翼轴结构（图1）为例。其主要由动轴和静轴等组成，动轴上、下端通过花键分别与旋翼桨毂及主减输出轴相连，仅传递扭矩。静轴上端通过一对圆锥滚子轴承与桨毂相连，底部固定在机身结构上，传递除扭距外的其他旋翼载荷并直接传至机身而不经过主减速器。

图1 “阿帕奇”AH-64 动静旋翼轴

2 动静旋翼轴研究现状

20 世纪中期，美国休斯公司率先开展了动静旋翼轴技术研究，并在OH-6A 直升机上进行了应用（图2），其动轴上端通过螺栓与桨毂连接，下端通过鼓形花键与主减速器输出轴连接，只传递扭矩；静轴上端通过一对圆锥滚子轴承与桨毂相连，底部固定在与机身相连的底座上，传递除扭距外的其他旋翼载荷并直接传至机身。该结构能防止旋翼系统在坠毁事故中松脱和桨叶撞击而穿透空勤人员座舱，同时采用了剪断破损安全设计，当传动系统被卡死时，能使飞机自转着陆，极大地提升了直升机的安全性。

图2 OH-6A 动静旋翼轴结构

随后，美国在“阿帕奇”AH-64 直升机上也应用了动静旋翼轴结构（图1），其总体结构方案与OH-6A 直升机基本保持一致，但在细节上做了很多关键设计。比如，其动轴采用3 段焊接轴结构，中段轴采用薄壁高强度钢制成，使动轴重量减轻了15.1 磅；其撑杆应用了损伤容限设计理念，保证在任一支撑杆损伤失效情况下都能承受极限载荷而不失效，提高了直升机的抗坠毁性；进行了主旋翼轴抗弹击设计，确保主旋翼轴在遭受12.7mm 或23mm 的弹击后仍可继续运转。在AH-64 飞行中从未出现主旋翼轴失效的情况。

1992 年，SIKORSKY 直升机公司在ART 项目中设计了一种全新的动静旋翼轴方案（图3），其动轴采用内、外轴结构并通过法兰相连，动轴上端通过法兰与旋翼桨毂相连，下端由一对圆锥滚子轴承支承在静轴上；静轴设计成桁架结构，通过6 根支架与机身相连。旋翼的拉力、弯矩等由外轴经锥轴承传至静轴再传至机身，扭矩由内轴传递。该方案中选用了大量的新材料，比如：其动轴选用钛合金材料，静轴选用复合材料，大大减轻了重量。最终该传动系统较原型机成功减重23%,其中动静旋翼轴技术的应用对其减重做出了重要贡献。

图3 Sikorsky 公司ART 动静旋翼轴方案

3 动静旋翼轴技术特点分析

通过动静旋翼轴研究现状分析可知，其主要具有如下技术特点。

（1）可实现旋翼载荷分离，旋翼载荷传递路线清晰，零件受载简化，有利于减轻主减重量。

（2）静轴加强了对桨毂的支撑作用，且对动轴有一定防护作用，提高了旋翼轴的可靠性和抗弹击能力。

（3）通过剪断破损安全设计，当传动系统被卡死时，能保证飞机自转着陆，提高了直升机的抗坠毁性能。

（4）采用动静旋翼轴结构，在主减速器装拆时不需要拆下旋翼轴、桨毂、操纵系统和旋翼组件，可维护性强。

4 结语

相比传统的旋翼轴结构，动静旋翼轴在减重、可靠性、抗弹击及抗坠毁性等方面具有明显的性能优势，国外直升机公司对动静旋翼轴开展了大量技术研究，并在当代部分先进直升机传动系统中取得应用。国内急需开展动静旋翼轴技术研究，为下一代高性能直升机传动系统自主研制提供技术支撑。