直升機尾槳

尾槳是用來平衡反扭矩和對直升機進行航向操縱的部件。旋轉著的尾槳相當於一個垂直安定面，能對直升機航向起穩定作用。雖然後槳的功用與旋翼不同，但是它們都是由旋轉而產生空氣動力、在前飛時處於不對稱氣流中工作的狀態，因此尾槳結構與旋翼結構有 很多相似之處。尾槳的結構形式有蹺蹺板式、萬向接頭式、鉸接式、無軸承式、“涵道尾槳” 式等等。前面幾種形式與旋翼形式中的討論相似，只是鉸接式尾槳一般不設定擺振鉸。70年代以來，又發展了無軸承尾槳(包括採用交叉式布置無軸承尾槳)及“涵道尾槳”。“涵道尾槳”是把尾槳置於機身尾斜梁的“涵道”之中。

基本介紹

• 中文名：直升機尾槳
• 外文名：Tail rotor

基本介紹

尾槳是單旋翼直升機的一個重要組成部分，它安裝在直升機的尾部。發動機產生的功率通過傳動裝置，按需要轉速帶動尾槳轉動。直升機飛行時，旋翼旋轉的反作用扭矩會使直升機向與旋翼旋轉的相反方向轉動，尾槳產生的拉力可抵消這種轉動而實現航向穩定。改變尾槳拉力的大小，可以操縱航向。尾槳槳葉多為2～6片；槳盤直徑最小約1米，最大可達6米以上。有少數直升機的尾獎安裝在一個具有流線型的環形通道內，這種尾槳直徑小，槳葉數多，稱為涵道尾槳，與常用的尾槳相比，尺寸小，使用安全，但直升機在懸停和低速飛行時，其氣動效率較低。

20世紀60年代以後多採用金屬或複合材料的槳葉。實際套用的尾槳型式有“蹺蹺板”式、鉸接式、萬向接頭式、無軸承式和涵道風扇式。輕型直升機上常用的雙葉尾槳多為蹺蹺板式。雙葉以上的尾槳以鉸接式較多，結構與鉸接式旋翼類似，不過一般不帶垂直鉸。個別直升機採用萬向接頭式尾槳。80年代有些直升機採用全複合材料無軸承式尾槳，結構與無軸承式旋翼類似。此外，少數直升機使用涵道風扇式尾槳，槳葉短而片數多，整個尾槳安裝在流線型的環形通道內。這種型式的尾槳尺寸小，使用安全，但懸停及低速飛行時氣動效率較低。少數單旋翼直升機不用尾槳，而用尾部側向噴氣或其他方法實現航向穩定和操縱功能。

尾槳的組成

雖然尾槳的功用與旋翼不同，但是它們都是因旋轉而產生空氣動力，並在直升機前飛時在不對稱的氣流里工作。由於它們這個相同的基本工作特點，使得尾槳的結構設計與旋翼的結構設計相類似。

常規尾槳通常由尾槳葉、尾槳轂及變距機構組成。尾槳葉連線在尾槳轂上，是產生空氣動力的旋轉翼面；尾槳轂是連線尾槳葉和尾傳動系統、尾操縱系統的中間部件；尾槳變距機構主要由滑筒、三叉撥桿、變距拉桿等組成，用來改變尾槳的槳距角，以改變尾槳拉力的大小和方向。

常規尾槳槳轂沒有垂直鉸，這是由尾槳的工作特點所決定的：一是尾槳工作時的槳尖線速度與旋翼槳尖線速度差不多，而尾槳的直徑卻遠比旋翼小，尾槳的角速度遠遠大於旋翼，尾槳單位質量產生的離心力就要比旋翼大得多，這樣尾槳的錐角以及揮舞角都要小於旋翼，所以，由哥氏力引起的尾槳旋轉面內的受力問題沒有旋翼那么嚴重；二是尾槳槳葉的相對弦長大於旋翼，其外部形狀短而寬，尾槳在旋轉面內承受彎矩的能力比旋翼強得多。由於這兩個特點，為了簡化尾槳槳毅的構造，尾槳一般不設垂直鉸。

直升機功率狀態下和自轉狀態下平衡和操縱直升機航向所需的尾槳推力方向是相反的。尾槳槳葉負扭轉對功率狀態下是有利的，而對自轉狀態下的推力特性將產生不利影響，容易引起氣流分離，所以，有的尾槳槳葉沒有負扭轉。但對設計速度較高的直升機，尾槳槳葉帶有負扭轉是有利的。

結構形式

鉸接式尾槳

鉸接式尾槳通常包括蹺蹺板式、萬向鉸接式及無擺振鉸式等形式。

蹺蹺板式尾槳

蹺蹺板式尾槳有一個共用的中心水平(揮舞)鉸，沒有垂直鉸，而有軸向鉸（或當量變距鉸），這種形式的尾槳既有鉸接式的特點，又有無鉸式的特點。在揮舞面內，零階及偶數階次的氣動力諧波激起的對稱型振動和變形與根部固支的無鉸式相同，槳根處受較大彎矩；而奇數階諧波的氣動力激起的反對稱型振動和變形又與根部單獨鉸支的槳葉相同，鉸支處的彎知為零。蹺蹺板尾槳一般沒有結構錐度角，這是由子使拉力與離心力平衡所需的結構錐度角很小，而且要兼顧帶功率狀態和懸停狀態力方向相反的鑒本特性所決定。

蹺蹺板式尾槳

雙蹺蹺板式尾槳

蹺蹺板式尾槳的兩片槳葉的離心力在槳轂軸套上相平衡，不傳給揮舞鉸，從而大大減輕了揮舞鉸軸承的負擔，可以選用較小的軸承，並且尾槳槳轂構造簡單、緊湊、重量輕，通常用於輕型直升機的尾槳設計。同時，往往揮舞鉸與軸向鉸不垂直布置，這樣可以避免變距鉸軸承每轉1次的周期變距運動，減少磨損，提高壽命。

對於高性能的輕型直升機還可採用雙蹺蹺板式尾槳，交錯疊裝在尾槳軸上的兩套蹺蹺板式尾槳，可以提高尾槳推力(拉力)，並適當減小槳尖速度和降低噪聲水平。

萬向鉸接式尾槳

萬向鉸接式尾槳槳轂從中心向外的連線關係：萬向軸內有套齒與尾減速器輸出軸套齒嚙合，萬向軸外一對軸頸與萬向鉸殼鉸接，萬向鉸殼體通過另一對軸頸與槳轂殼體鉸接，兩對軸頸的軸線互相垂直，槳轂殼體上有軸向鉸，軸向鉸外連線槳葉。

米-8直升機

槳轂殼體在一個平面上繞兩條互相垂直軸線偏轉，即萬向鉸能保證槳轂殼體相對於旋轉平面向任何方向傾斜，使槳葉能揮舞運動。米-8直升機尾槳就是這種形式。

無擺振鉸式尾槳

Z-8直升機

3葉及3葉以上的直升機尾槳多採用無擺振鉸式結構、如Z-5、Z-8直升機尾槳。

此種形式尾槳槳轂構造複雜，軸承數目多且工作條件差。擺振面受力嚴重(固支狀態)，結構重量大，維護使用不便。

無軸承尾槳

無軸承尾槳是20世紀70年代發展無軸承旋翼的一項先導技術，無軸承尾槳的槳轂和槳葉都是複合材料結構，尾槳槳轂構造為簡單的複合材料板(或梁)結構，尾槳槳葉的揮舞、擺振、變距運動完全靠複合材料大梁槳根區域(梁構件)的彈性變形來實現。右圖所示為無軸承尾槳構造原理圖，兩片槳葉大梁是一個整體，離心力在大梁中自身平衡，沒有單獨的槳轂、構造極其簡單，重量很輕。

涵道尾槳

涵道尾槳的涵道風扇安裝在尾段內，主要由風扇和涵道組成，風扇提供拉力，涵道壁上產生吸力並轉換成相當量的推力，大槳距時，涵道產生的推力約占整個涵道尾槳推力的一半左右。構造上沒有水平鉸和垂直鉸，只有總距操縱，槳轂受力狀況類似於無鉸形式。涵道風扇是多葉片設計(SA365N直升機有13片，S-76直升機有7片，EC120直升機有8片)，且葉片有較大的幾何扭轉角（S -76直升機葉片扭角為31.8°)，總距角變化範圍也大。

涵道尾槳

對於現代高性能的武裝直升機，涵道風扇式尾槳是其主要的選擇設計方案之一，它可以避免飛行使用中與其他障礙物的碰撞，提高了安全性。涵道尾槳的需用功率隨著飛行速度的提高有明顯下降。

無尾槳系統

無尾槳系統採用可變距風扇、環量控制尾梁和航向噴氣推進器來替代尾槳的功能，其優點是沒有普通尾槳的安全問題，提高了氣動效率，降低了噪聲，減少了維護費用。尤其是在採用複合材料風扇葉片後，風扇效率可高達85%，使得結構簡單，功率損失小。MD520N和MD900直升機採用無尾槳形式。