電控旋翼

電控旋翼（electrical controlled rotor，ECR），國外又稱為無自動傾斜器，是於本世紀初提出的一種極具套用前景的新概念旋翼操縱系統。電控旋翼的工作原理是通過電信號驅動位於槳轂或槳葉內部的電作動器改變槳葉後緣襟翼的偏角，產生俯仰力矩與槳葉根部彈性扭轉力矩平衡，以此改變槳葉槳距。

基本介紹

• 中文名：電控旋翼
• 外文名：electrical controlled rotor
• 英文縮寫：ECR
• 別稱：無自動傾斜器
• 工作原理：由電信號驅動操縱槳葉後緣襟翼
• 一級學科：航空科技

研究背景

直升機既可以實現垂直起落、空中懸停，又可以向任一方向靈活飛行。直升機之所以具有這種能力，主要依靠其旋翼及其操縱系統。旋翼是直升機最重要的操縱面，駕駛員使用操縱機構控制旋翼拉力的大小和方向，實現對直升機的主要飛行操縱。當代絕大多數直升機採用自動傾斜器來改變旋翼槳葉的槳距，這是一種成熟有效的操縱方式，其具體形式如圖1所示。但是傳統的旋翼操縱系統也存在固有的缺陷：由於使用自動傾斜器、機械操縱桿系、複雜而笨重的液壓助力設備，其重量效率低下，並且增加了使用維護成本。而電控旋翼則可以解決或改善這一問題。

圖1

簡介

電控旋翼，國外又稱為無自動傾斜器，是於本世紀初提出的一種極具套用前景的新概念旋翼操縱系統。電控旋翼與傳統旋翼系統最大的不同之處在於變距方式：傳統旋翼由駕駛員操縱桿通過機械傳動機構控制自動傾斜器升降及傾斜以實現變距，而電控旋翼通過電信號驅動位於槳轂或槳葉內部的電作動器改變槳葉後緣襟翼的偏角，產生俯仰力矩與槳葉根部彈性扭轉力矩平衡，以此改變槳葉槳距。電控旋翼的操縱原理如圖2所示。這種操縱方式省去了複雜的自動傾斜器及相應的液壓助力裝置，提高了直升機的重量效率，並且簡化了槳轂結構，從而減小槳轂廢阻，提高了全機的氣動效率；此外，若對襟翼控制採用合適的控制律，還可以顯著減小旋翼振動及噪聲，並能夠提高旋翼氣動性能。

圖2

電控旋翼槳葉

槳葉是組成旋翼的重要部件之一，對直升機的飛行性能和安全性影響極大，因而槳葉設計直接決定了旋翼設計的成敗。電控旋翼槳葉在外形和結構上不同於常規旋翼槳葉，主要包括主槳葉及小襟翼，在結構上由於襟翼的引入，增加了相應的襟翼支撐結構及襟翼驅動操縱機構，如圖3所示。電控旋翼由於在槳葉的高動壓區引入襟翼，若對襟翼形狀處理不當，將導致槳葉氣動阻力增大，不僅襟翼偏轉所需功率增大，而且增大了旋翼功率消耗，使得旋翼整體氣動性能下降。另一方面，由於襟翼偏轉所產生的氣動扭轉力矩有限，所以電控旋翼槳根扭轉剛度較常規旋翼小很多，而由於襟翼及其支撐操縱機構的存在，使得槳葉有效重心位置後移，容易導致槳葉出現顫振等動力學問題。可見，電控旋翼槳葉的設計中存在很多獨特的問題須認真對待。

圖3

目前，國內外利用氣彈分析程式，通過數值仿真對電控旋翼的參數影響進行了一定的參數研究，得到了一些可用於指導電控旋翼槳葉設計的規律。但若要在電控旋翼的設計過程中綜合考慮氣動性能及動力學特性，在滿足動力學要求的前提下，儘可能的提高旋翼的氣動性能，還需要探索電控旋翼槳葉的氣動結構綜合設計最佳化方法，為研製綜合性能更優的電控旋翼提供設計手段。