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)的直升機復合材料槳尖結(jié)構(gòu)，除蒙皮、大梁外，要求預制的零件多，相對復雜。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合材料或玻璃纖維與碳纖維增強復合材料混合鋪層。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。