刚接式旋翼稳定性影响

刚接式旋翼挥舞运动类似于铰接式旋翼，两种旋翼力和挥舞导数相差无几。然而，铰接式旋翼的桨毂力矩是刚接式旋翼的数倍，所以，相较于3%~4%偏移量的铰接式旋翼，刚接式旋翼的有效偏移量需达到12%~16%，甚至更高。这就需要增加桨叶刚度，刚度增量会对直升机纵向静态稳定性造成不利影响:特殊情况下，直升机高速状态的俯仰不稳定性可能会更为严峻。直升机重心位置前倾会缓解上述影响，但是在实际中，直升机的重心位置取决于其任务剖面。我们还可以从水平安定面的设计入手，不仅其尺寸对稳定性有直接影响，而且其相对机身的安装角度也对俯仰力矩平衡有一定影响，同时，该设计还可以被利用于最小化操纵飞行包线上关键部分的桨毂力矩。不管怎样，高速飞行的典型特征就是稳定性逐渐衰退。

刚接式旋翼桨叶挥舞一阶振型是和铰接式旋翼的挥舞零阶振型(绕水平铰的"刚体"挥舞)相当的。加入说铰接式旋翼的操纵取决于其零阶振型的振动--桨叶的"刚体"挥舞，那么刚接式旋翼则主要取决于其一阶振型的振动。这样，一阶振型的固有特性就是设计时的一个重要参数。

铰接式旋翼在水平铰外移量等于零时其零阶振型的固有频率就等于转速Ω。在有水平角外移量时这个固有频率会略有提高。但是，在一般结构允许的水平铰外移量范围内，这个固有频率难以超过1.04Ω。而刚接式旋翼的一阶振型固有频率则一般在1.08Ω~1.15Ω的范围内，且多在1.10Ω左右。与铰接式相比，刚接式旋翼的挥舞固有频率增加并不太多。

铰接式旋翼的零阶振型刚度完全由离心力提供。而刚接式旋翼的一阶振型，由于存在弹性变形，则除了离心力刚度外还附加了弹性刚度。这样固有频率也就必然要加大。但是，由于频率变化不大，也就说明了这时还是离心力刚度起主要作用，而弹性刚度的影响使次要的。

频率虽然变化不大，但振型却有明显变化。对于铰接式旋翼，桨叶没有弹性变形，水平铰处及水平铰以外的部分弯矩都等于零或接近于零。对于刚接式旋翼，则在根部产生很大的弯矩。

20世纪从四十年代到六十年代，铰接式旋翼都是主要的旋翼型式。在长期的应用中这种形式发展得比较成熟，经验也比较多。但是，由于结构复杂、维护工作量大，操纵功效及角速度阻尼小等固有的缺点，这种形式是很不理想的。因此，从20世纪50年代就开始了刚接式旋翼的研究工作。

与铰接式旋翼对比，刚接式旋翼的结构动力学特性与飞行动力学特性联系更为密切。此外，由于结构动力学特点上的差别，这种型式产生了一些新的动力稳定性问题。

一般所说的刚接式旋翼，是指在桨毂上取消了水平铰和垂直铰，仍保留了变距用的轴向铰。桨叶的挥舞运动和摆振运动，通过结构的弯曲变形来实现。这种形式的旋翼，目前使用的有两种:一种是旋翼桨毂为挥舞半刚性的，桨叶的挥舞是靠桨毂部件的弹性变形来实现的，如英法合制的WG-13"山猫"直升机，如图1所示;另一种是旋翼桨毂为挥舞刚性的，桨叶的挥舞靠桨叶根部的弯曲变形来实现，如德法合制的BO-105直升机。

旋翼(rotor，lifting rotor)又称"升力桨"、"主旋翼"或简称"升桨"、"主桨"。由连接于旋翼桨毂的两片、三片或数片桨叶(目前最多七片)组成。旋翼相当于旋转的机翼，当它旋转时，产生空气动力，如升力和拉力，用以保持直升机的飞行。旋翼还具有操作面的作用。

旋翼按其结构型式可分为全铰接式(铰接式)、半铰接式(半刚接式)和无铰接式(刚接式)三种。全铰接式旋翼通常有三个铰:挥舞铰(水平铰)，摆振铰(垂直铰)和变距铰(轴向铰)。

早期的直升机，桨叶和桨毂为刚性连接，前飞时，前行桨叶和后行桨叶的升力差，使直升机产生横侧倾复力矩，同时桨叶根部承受很大的静、动弯曲载荷，寿命很短。为了消除前飞时的横侧倾复力矩及改善旋翼在挥舞面和旋转面的受力状态，提高寿命，引进了挥舞铰和摆振铰，形成全铰接旋翼。但全铰接式旋翼的桨毂构造复杂，笨重，气动阻力大，制造成本和维护费用高。因而发展了半刚接式旋翼。