旋翼機最重要的部件就是旋翼，不同于直升機的旋翼，其不與發(fā)動機相連，由前方氣流吹動其自旋轉(zhuǎn)從而提供升力。旋翼設(shè)計及制造的好壞將直接影響旋翼機的性能，如果旋翼機旋翼出現(xiàn)故障斷裂，后果不堪設(shè)想。

早期旋翼機旋翼選材上多使用鋁合金等金屬材料。隨著材料學的不斷進步，先進復(fù)合材料因其可靠性更高、經(jīng)濟性更好、使用壽命更長、旋翼性能更優(yōu)越等優(yōu)勢，逐漸成為旋翼制造材料的首選。相信在不遠的將來，復(fù)合材料必將能在全機使用。



旋翼槳葉是細長式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)（彈性梁），為了產(chǎn)生升力必須高速旋轉(zhuǎn)（槳尖速度多在200m/s 以上），因此要承受很大的離心力載荷；同時又要考慮很大的交變氣動載荷作用，槳葉的受力情況十分復(fù)雜。出于氣彈響應(yīng)及穩(wěn)定性的考慮，一般要求槳葉的整體有效重心在約25% 的弦長前。因此，槳葉的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其剖面構(gòu)造形式多為前緣實而重、后緣薄而輕的非對稱閉合載荷梁。

1 旋翼槳葉大梁選材

從航空航天領(lǐng)域發(fā)展的趨勢看，纖維增強樹脂基復(fù)合材料逐漸成為制造航空航天飛行器結(jié)構(gòu)件材料的主流。在旋翼槳葉選材設(shè)計中，目前使用較多的是玻璃纖維或碳纖維增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。通過表1 的對比，從比強度、比剛度、比疲勞強度來說，碳纖維也是很優(yōu)秀的材料，但是它更脆一些。而玻璃纖維復(fù)合材料因為其優(yōu)異的縱向拉伸強度，輕質(zhì)、較高強度、較高模量以及穩(wěn)定的化學性能等特點，成為了制造旋翼機旋翼槳葉大梁材料的首選。



2旋翼槳葉剖面結(jié)構(gòu)設(shè)計


旋翼機旋翼翼型的選擇可以參考直升機翼型。在直升機翼型中，按照大梁的構(gòu)造劃分，比較常見的有C 形梁、D 形梁以及多管梁結(jié)構(gòu)。按照剖面分隔或封閉區(qū)間的劃分有單閉腔、雙閉腔和多閉腔等。依據(jù)表2 的對比結(jié)果，以及旋翼機旋翼因其特殊的自旋轉(zhuǎn)方式，不必考慮槳葉的扭轉(zhuǎn)力矩的特點，復(fù)合材料旋翼槳葉一般采用C 形結(jié)構(gòu)，這樣既能充分發(fā)揮其優(yōu)點，又能有效地節(jié)省成本，是旋翼機翼型的首選。



3槳尖結(jié)構(gòu)和槳根段結(jié)構(gòu)


傳統(tǒng)的直升機復(fù)合材料槳尖結(jié)構(gòu)，除蒙皮、大梁外，要求預(yù)制的零件多，相對復(fù)雜。而旋翼機旋翼就簡單得多，在旋翼槳尖結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要采用整流罩封閉槳葉尖端就可以了。相應(yīng)的槳尖配重也可以在整流罩中填加金屬塊來實現(xiàn)。至于槳尖形狀，考慮到制造成本，仍采用傳統(tǒng)的矩形槳尖即可。當然，隨著旋翼機的發(fā)展和功能的強大，以后的旋翼機槳尖形狀也將如直升機一般，開始嘗試由單純的矩形槳尖到尖削槳尖、尖削后掠槳尖、拋物形槳尖等變化。



同理，考慮到旋翼機多采用的旋翼蹺蹺板式結(jié)構(gòu)，以及為了避免旋翼根部處應(yīng)力載荷過大，造成旋翼根部疲勞斷裂，和保證傳力、受力狀態(tài)良好，旋翼槳葉與旋翼轂的連接多為如圖1 所示結(jié)構(gòu)，采用加強板螺栓連接形式。故而在旋翼槳葉根部處設(shè)計時，亦可設(shè)計成整流罩或者切斷面直接封閉形式。此種設(shè)計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。

4 蒙皮鋪設(shè)

旋翼槳葉蒙皮提供槳葉的主要升力面和扭轉(zhuǎn)剛度，承受部分離心力和彎矩，是槳葉的外部維形件也是重要的次承力件。蒙皮的鋪設(shè)一般選用織物，通常采用玻璃纖維增強復(fù)合材料或玻璃纖維與碳纖維增強復(fù)合材料混合鋪層。蒙皮內(nèi)表面與大梁相貼，外表面有時需要增加一層薄的預(yù)浸平紋玻璃布，保護碳布蒙皮因損傷帶來的表面應(yīng)力集中問題，可獲得較高的表面粗糙度。主要以±45°對稱鋪層為主，輔助以少量的0°/90°鋪層。