39直升机主旋翼桨叶前缘包片飞脱对直升机的影响分析-刘政(5)

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1、第二十八届（2012）全国直升机年会论文直升机主旋翼桨叶前缘包片飞脱对直升机的影响分析刘政2聂江1赵德杨2张元瑞2（1.海军驻哈尔滨地区航空军事代表室；2.中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司，哈尔滨，150066）摘要：直升机主旋翼桨叶前缘包片的主要作用是防砂尘撞击和电搭接保护，一般来说，前缘包片均为金属材料，并且具有较强的耐砂蚀能力。由于桨叶受力环境比较复杂，前缘包片粘接胶层承受了一定的交变剪切应力，在粘接质量不高的情况下前缘包片容易开胶。如果在意外情况下桨叶前缘包片开胶后飞脱，本文定性的对此进行分析讨论。此外，本文提出了两种从设计角度解决桨叶前缘包片开胶的方法，供同行进行设计参考。关键

2、词：直升机；前缘保护；包片；飞脱；粘接1引言直升机主旋翼桨叶是直升机的主要升力面和操纵力的来源，为了提高主桨叶的使用寿命，一般前缘均带有防砂尘撞击的金属保护片作为前缘保护，一般来说，金属保护片为分段粘接，直-9直升机主桨叶前缘保护片为四段不锈钢金属包片。在直升机主桨叶的使用过程中，经常出现前缘包片开胶现象，如果在意外情况下前缘包片从桨叶体上飞脱，对直升机的影响如何，本文将针对上述问题进行定性的分析。2主旋翼桨叶前缘包片的受力分析主旋翼桨叶为直升机的关键动部件，在使用过程中要持续承受飞行动载荷。桨叶前缘包片受力可以按照工程梁理论进行计算，具体计算公式如下：离心力引起的应变，（2.1）挥舞力矩引起

3、的应变，（2.2）摆振力矩引起的应变，（2.3）前缘包片所受的应力：（2.4）其中：为剖面特性数据，为剖面处离心力，为剖面处的挥舞力矩，为剖面处的摆振力矩，为剖面张力中心位置坐标，为不锈钢包片计算点位置坐标。下面以典型剖面REF2920为例计算前缘包片、胶膜及包片下垫布的受载情况，各种载荷情况见表1，REF2920剖面的特性参数见表2。243表1REF2940剖面各种载荷情况转速(rpm)离心力Fc(N)挥舞力矩静挥舞力矩动摆振力矩静摆振力矩动载荷情况0.136143.700.00-1422.600.00起动28163778-225.50510.001947.702268.00最小极限3509

4、7849-270.40510.002797.402268.00悬停360103030-306.20510.003031.102268.00前进飞行420144513-178.40510.004011.202268.00最大自转441160056-131.60510.004214.402268.00最大极限自转表2REF2940剖面参数RMASSEAEIYEIZGJIPP2.9229.8299.60E+074.34E+047.18E+05706500.066将表1、表2中数据代入式（2.1）~（2.3），可以得到REF2920剖面前缘包片处在悬停状态下的最大应变约等于：REF2920剖面前缘包片

5、、胶膜、垫布悬停状态下应力分别为：从计算结果中可以看出：理论计算胶膜所受的应力远小于其拉伸强度34.9MPa，满足使用要求。但是上述计算依据的是等变形协调的工程梁理论，具体到桨叶前缘包片的粘接来说，由于其厚度很薄，一般为0.25mm~0.6mm，而且其材质为不锈钢，与复合材料垫布的弹性模量相差很大，接近10倍。其在微观上必然要有应力协调的问题，实际上前缘包片达不到理论计算应变的情况，在前缘受拉的情况下，前缘包片对垫布有收缩剪力趋势，相反在前缘受压的情况下，前缘包片对垫布有拉伸剪力趋势。粘接前缘包片的胶膜将承受一定的剪力，尤其是在一段前缘包片的两端最为严重，在反复疲劳剪切应力的作用下，如果前缘包

6、片粘接状态不佳，则前缘包片的两端由于应力最大，将成为最先开胶处，这就是为什么桨叶前缘包片容易开胶的原因，在实际使用过程中也的确如此。1飞行中桨叶前缘包片脱离主体后的运动轨迹分析在意外情况下，如果主桨叶前缘包片脱离桨叶主体，在前缘气动压力的作用下，桨叶前缘包片不会从桨叶上掉落，而是在离心力的作用下，会迅速沿着桨叶前缘滑至桨叶尖部，并在桨叶尖部以很大的初速度沿合速度方向（径向速度与切向速度的合速度）迅速向远处抛落。具体说明如下：a)前缘包片脱离桨叶主体后的运动根据估算，直升机桨叶翼型前缘所受的气动压力最大约为1巴左右，其分布如图1（a243）所示。当前缘包片粘接脱开后，由于受到前缘气动压力的作用，

7、不会从桨叶上掉落，会继续随着桨叶旋转。但由于受到离心力的作用，前缘包片会沿着前缘向桨尖滑动，并最终从桨尖位置脱开桨叶。（a）包铁滑动趋势（b）图1桨叶前缘包片滑动趋势图前缘包片脱开后，将受到离心力的作用加速向桨尖滑动，直九旋翼主桨叶各块前缘包片脱开后滑到桨尖的时间和速度见表2。表3直九桨叶前缘包片脱离桨叶速度前缘包片编号所受的初始离心力初始离心加速度距离桨尖距离滑到桨尖所需时间滑到桨尖时的径向速度