杨长盛，张志清

（总参谋部第六十研究所，江苏 南京 210016）

某农用型无人直升机配重杆设计分析研究

杨长盛，张志清

（总参谋部第六十研究所，江苏 南京 210016）

伺服小翼对无人直升机桨叶周期操纵起到机械稳定性的作用，其设计的合不合理直接关系直升机的飞行安全。本文对伺服小翼受力情况进行分析，通过理论计算和有限元分析保证了其强度及固有频率满足要求。

无人直升机；伺服小翼；飞行载荷计算

1 概述

农用型无人直升机采用两片桨叶的跷跷板旋翼构型，同时，在垂直桨叶方向布置了一副希勒伺服小翼，变距机构经由伺服小翼串联后再与桨叶操纵摇臂连接。伺服小翼由两片具有一定质量的外端小翼和配重杆组成，小翼在旋转时受不同气动力的作用，会在桨毂旋转中心做跷跷板挥舞运动。在飞行操纵时，伺服小翼在离心力的作用下与桨毂平面平行，总距操纵通过连杆机构直接控制桨叶变距，而在周期操纵时，一半的操纵量通过连杆直接控制桨叶进行周期变距，另一半的操纵量会先引起伺服小翼周期变距，伺服小翼在气动力作用下出现挥舞运动，而挥舞运动引起的角位移会通过连杆机构补偿桨叶额外的周期变距。因此，伺服小翼对无人直升机桨叶周期操纵起到机械稳定性的作用。

2 受力分析及测试

某型农用型无人直升机平衡小翼如图1所示。

图1 平衡小翼及配重杆受力

旋翼在旋转时，平衡小翼首先受离心力的作用；当有周期操纵时，两边小翼的攻角将不为0，于是在小翼气动力不平衡的条件下将产生挥舞运动，在旋转系内的挥舞运动必然会产生哥氏力。升力不平衡引起的挥舞面力矩也是交变载荷，但平衡小翼有挥舞铰，挥舞交变载荷可以受到释放，而摆振面的哥氏力引起的交变载荷只能靠配重杆自身的弹性变形释放，因此配重杆轴承间隙、配重杆衬套间隙成为释放摆振面应力的地方，同时配重杆衬套的弹性和摩擦可起到配重杆摆振面的阻尼器作用。

配重杆受力理论计算如表1、2。

表1 状态一受力情况

表2 状态二受力情况

计算得到的哥氏力矩为交变载荷，离心力力矩引起的摆振面内弯矩为常值。

表3 配重杆强度计算结果

3 配重杆的强度校核

根据以上理论计算及实测数据分析，在理论计算时将配重杆所受弯矩进一步提高，确认按照10Nm进行静强度校核，静强度安全系数和各阶模态频率结果如表3和表4所示。

由该表的数据可知，零件的静强度安全系数远远大于1.75倍的设计要求，各阶模态频率不与主旋翼一倍和二倍频重叠。

表4 配重杆的动力学参数表

4 结语

通过上述结果可知，不同材料的配重杆衬套对被测系统的固有频率有一定影响，三种材料状态下都不会使配重杆产生固有频率振动，但PEEK和铜材料的配重杆衬套使平衡小翼和配重杆的刚度增加，使配重杆的受力略有增加，也就增大了配重杆所受的交变载荷，这与飞行时的实测数据较一致。

[1]《航空材料手册》编辑委员会. 航空材料手册[M].中国标准出版社，2002.

[2]《中国航空材料手册》编委会 .中国航空材料手册(第3卷)[M].北京：中国标准出版社，2001.

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册（单行本）——疲劳强度设计（第四版）[M].北京：机械工业出版社，2007.

[4]王志瑾，姚卫星.飞机结构设计[M].北京:国防工业出版社，2004.

[5]张呈林, 郭才根. 直升机总体设计[M]. 北京: 国防工业出版社,2006.

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1671-0711（2017）12（上）-01665-02