無鉸旋翼，全稱無鉸式旋翼，是指沒有擺振鉸和揮舞鉸，槳葉與只有軸向鉸的槳轂相連的旋翼。這種形式的旋翼，目前使用的有兩種：一種是旋翼槳轂為揮舞半剛性的，槳葉的揮舞是靠槳轂部件的彈性變形來實現的；另一種是旋翼槳轂為揮舞剛性的，槳葉的揮舞靠槳葉根部的彎曲變形來實現。
基本介紹
- 中文名：無鉸旋翼
- 外文名：hingeless rotor
- 全稱：無鉸式旋翼
- 定義：槳葉只與槳轂上的軸向鉸直接相連
- 一級學科：航空科技
- 二級學科：航空器
基本情況,研究背景,固有特性,穩定性影響,
基本情況
一般所說的無鉸式旋翼，是指在槳轂上取消了水平鉸和垂直鉸，仍保留了變距用的軸向鉸。槳葉的揮舞運動和擺振運動，通過結構的彎曲變形來實現。這種形式的旋翼，目前使用的有兩種：一種是旋翼槳轂為揮舞半剛性的，槳葉的揮舞是靠槳轂部件的彈性變形來實現的，如英法合制的WG-13“山貓”直升機，如圖1所示；另一種是旋翼槳轂為揮舞剛性的，槳葉的揮舞靠槳葉根部的彎曲變形來實現，如德法合制的BO-105直升機。
圖1
圖1研究背景
20世紀從四十年代到六十年代，鉸接式旋翼都是主要的旋翼型式。在長期的套用中這種形式發展得比較成熟，經驗也比較多。但是，由於結構複雜、維護工作量大，操縱功效及角速度阻尼小等固有的缺點，這種形式是很不理想的。因此，從20世紀50年代就開始了無鉸式旋翼的研究工作。
與鉸接式旋翼對比，無鉸式旋翼的結構動力學特性與飛行動力學特性聯繫更為密切。此外，由於結構動力學特點上的差別，這種型式產生了一些新的動力穩定性問題。
固有特性
無鉸式旋翼槳葉揮舞一階振型是和鉸接式旋翼的揮舞零階振型（繞水平鉸的“剛體”揮舞）相當的。加入說鉸接式旋翼的操縱取決於其零階振型的振動——槳葉的“剛體”揮舞，那么無鉸式旋翼則主要取決於其一階振型的振動。這樣，一階振型的固有特性就是設計時的一個重要參數。
鉸接式旋翼在水平鉸外移量等於零時其零階振型的固有頻率就等於轉速Ω。在有水平角外移量時這個固有頻率會略有提高。但是，在一般結構允許的水平鉸外移量範圍內，這個固有頻率難以超過1.04Ω。而無鉸式旋翼的一階振型固有頻率則一般在1.08Ω~1.15Ω的範圍內，且多在1.10Ω左右。與鉸接式相比，無鉸式旋翼的揮舞固有頻率增加並不太多。
鉸接式旋翼的零階振型剛度完全由離心力提供。而無鉸式旋翼的一階振型，由於存在彈性變形，則除了離心力剛度外還附加了彈性剛度。這樣固有頻率也就必然要加大。但是，由於頻率變化不大，也就說明了這時還是離心力剛度起主要作用，而彈性剛度的影響使次要的。
頻率雖然變化不大，但振型卻有明顯變化。對於鉸接式旋翼，槳葉沒有彈性變形，水平鉸處及水平鉸以外的部分彎矩都等於零或接近於零。對於無鉸式旋翼，則在根部產生很大的彎矩。
穩定性影響
無鉸式旋翼揮舞運動類似於鉸接式旋翼，兩種旋翼力和揮舞導數相差無幾。然而，鉸接式旋翼的槳轂力矩是無鉸式旋翼的數倍，所以，相較於3%~4%偏移量的鉸接式旋翼，無鉸式旋翼的有效偏移量需達到12%~16%，甚至更高。這就需要增加槳葉剛度，剛度增量會對直升機縱向靜態穩定性造成不利影響：特殊情況下，直升機高速狀態的俯仰不穩定性可能會更為嚴峻。直升機重心位置前傾會緩解上述影響，但是在實際中，直升機的重心位置取決於其任務剖面。我們還可以從水平安定面的設計入手，不僅其尺寸對穩定性有直接影響，而且其相對機身的安裝角度也對俯仰力矩平衡有一定影響，同時，該設計還可以被利用於最小化操縱飛行包線上關鍵部分的槳轂力矩。不管怎樣，高速飛行的典型特徵就是穩定性逐漸衰退。
