定義與概念：
    直升機(jī)旋翼是為直升機(jī)飛行產(chǎn)生升力和操縱力的直升機(jī)核心部件。傳統(tǒng)的直升機(jī)旋翼由連接到槳轂上的兩片或多片槳葉組成。槳葉通?？縼碜?a href="http://www./forum-10-1.html" target="_blank">發(fā)動機(jī)的扭矩保持旋轉(zhuǎn)運動。旋翼產(chǎn)生直升機(jī)飛行所必需的升力、拉力和操縱力，集多項功能于一身，同時旋翼也是直升機(jī)的主振源。能高效地完成垂直飛行是直升機(jī)旋翼的基本特點。直升機(jī)的飛行性能、駕駛品質(zhì)、振動、噪音水平、壽命及可靠性等問題的解決或改善，都依賴于對旋翼系統(tǒng)的空氣動力學(xué)特性和動力學(xué)特性的掌握，及旋翼設(shè)計分析方法、制造、試驗與測試手段的提高。
    旋翼槳葉是細(xì)長的柔性結(jié)構(gòu)，在直升機(jī)飛行中高速旋轉(zhuǎn)著，并處于左右不對稱的非定常氣流環(huán)境之中，產(chǎn)生比固定機(jī)翼復(fù)雜得多的氣動載荷、慣性載荷、交變內(nèi)應(yīng)力、氣動-彈性耦合及各種干擾問題。旋翼從概念上分為：傳統(tǒng)的旋翼和新原理旋翼。其中傳統(tǒng)的旋翼目前主要分為單槳式旋翼和雙槳縱列式、橫列式、共軸式旋翼；新原理旋翼主要有'前行槳葉概念'旋翼（也稱為'ABC旋翼'）、X旋翼和傾轉(zhuǎn)旋翼。
    所謂'ABC旋翼'是采用兩副尺寸完全相同，但旋轉(zhuǎn)方向相反的共軸式剛性旋翼。這種旋翼不僅省去了復(fù)雜的鉸鏈，更重要的是在直升機(jī)前飛速度增大的過程中，上、下兩副旋翼的氣動力能相互補(bǔ)償，保持總升力不變。在飛行過程中，當(dāng)速度不斷增加時，后行槳葉卸載，升力逐漸轉(zhuǎn)移到前行槳葉上，前行槳葉處于高動壓流場中，能更好地發(fā)揮其作用，而且后行槳葉不易出現(xiàn)失速。因此，旋翼的氣動效率能夠提高。'ABC旋翼'的設(shè)計原理新，而且充分發(fā)揮了前行槳葉的作用，因而旋翼效率高，能產(chǎn)生更大的升力，同時又避免后行槳葉失速。
    X旋翼是美國西科斯基公司七十年代研究提出的一種新原理旋翼。這種旋翼有4片槳葉，它既是旋翼，也是機(jī)翼。當(dāng)直升機(jī)起飛、著陸和懸停時，這4片槳葉象直升機(jī)旋翼一樣工作，直升機(jī)向前飛行時則被鎖住，變成與機(jī)身成45度角的前掠和后掠固定機(jī)翼。4片槳葉是空心的，內(nèi)有氣室，槳葉前后緣都有噴氣縫，可向外吹氣，實現(xiàn)環(huán)量控制，以保持足夠的升力。這種旋翼可避免后行槳葉的失速現(xiàn)象發(fā)生，旋翼效率比較高。
    傾轉(zhuǎn)旋翼是將兩副旋翼連同驅(qū)動它們的發(fā)動機(jī)一起，分別安裝在固定機(jī)翼的兩端。兩副旋翼的旋翼軸均可轉(zhuǎn)動90度角。當(dāng)飛機(jī)垂直起飛和著陸時，旋翼軸垂直于地面，呈直升機(jī)飛行狀態(tài)；達(dá)到一定飛行速度后，旋翼軸向前傾轉(zhuǎn)90度，呈水平狀態(tài)，旋翼當(dāng)作拉力螺旋槳使用，能象固定翼飛機(jī)那樣以較高的速度前飛。
    從結(jié)構(gòu)上分，旋翼由槳葉和槳轂兩部分組成，其中槳葉翼型有傳統(tǒng)的對稱翼型和彎曲翼型兩種。槳轂主要有鉸接式槳轂，半無鉸式槳轂，無鉸式槳轂，無軸承槳轂等。
    鉸接式槳轂的特點是：槳葉是通過揮舞鉸、擺振鉸、變距鉸與槳轂相連接；半無鉸式槳轂的特點是：保留揮舞鉸和變距鉸，而僅取消擺振鉸；無鉸式槳轂的特點是：取消揮舞鉸和擺振鉸，但仍有變距鉸；無軸承槳轂的特點是：不僅沒有揮舞鉸和擺振鉸，連變距鉸也被取消，槳葉的變距運動靠槳葉根部（或槳轂支臂）的扭轉(zhuǎn)達(dá)來實現(xiàn)，它結(jié)構(gòu)簡單，但要求槳葉根部的材料既有很高的彎曲強(qiáng)度和剛度，又有很低的扭轉(zhuǎn)剛度。星形柔性槳轂的特點是：槳轂撓性件適應(yīng)槳葉在三個主要自由度上運動，即在揮舞平面、擺振平面和變距平面內(nèi)部有柔性。
    直升機(jī)旋翼技術(shù)是綜合多門學(xué)科的高技術(shù)，其中主要包括：槳葉氣動特性及外形優(yōu)化設(shè)計，新型旋翼動力學(xué)設(shè)計，全復(fù)合材料結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計，新原理旋翼的設(shè)計，工藝制造技術(shù)，以及試驗技術(shù)等。
國外概況：  
    1、美國在旋翼理論、試驗、中輕型直升機(jī)旋翼、及新原理旋翼技術(shù)方面處于領(lǐng)先水平。
    （1）在改進(jìn)槳葉方面取得不少舉世矚目的成就。西科斯基公司的SC1095翼型，貝爾公司的FX-H-098翼型，波音伏托爾公司的VR-7翼型等都是彎曲翼型。特別是正在研制的輕型攻擊直升機(jī)RAH-66'科曼奇'采用了有較好隱身性的槳葉設(shè)計。槳葉使用復(fù)合材料和采用新型彎曲翼型及特殊形狀的槳尖，槳尖不僅帶有后掠角，而且有下反角，槳葉沿徑向按需要的變化配置，這種設(shè)計一方面能顯著提高旋翼的氣動效率，減少雷達(dá)的探測面積，另一方面大大地改善了氣動特性，提高了飛行性能，減少了旋翼噪聲。
    （2）無軸承旋翼系統(tǒng)已進(jìn)入實用化階段
美國貝爾公司七十年代后期就著手研制680無軸承旋翼系統(tǒng)。通過與貝爾412裝彈性軸承的旋翼相比，680旋翼零部件數(shù)目減半，重量減輕15～20%，并具有較低的振動水平。同理西科斯基公司也研制了柔性梁無軸承旋翼系統(tǒng)，并應(yīng)用于RAH-66' 科曼奇'直升機(jī)上。
    （3）在理論研究和試驗方面一直走在世界前列
美國在直升機(jī)理論研究和實驗、試驗方面一直很重視，一般總是預(yù)先研制和實驗直升機(jī)旋翼系統(tǒng)，這不僅減少了型號研制中的技術(shù)風(fēng)險，而且大大推動了直升機(jī)旋翼技術(shù)向前發(fā)展     （4）九十年代，美國在風(fēng)洞用激光儀對不同形狀模型旋翼進(jìn)行了大量的測速試驗，對很多測點和實驗狀態(tài)進(jìn)行了測量，為理論計算提供了驗證，發(fā)現(xiàn)在某些情況下在槳尖有較大的上洗流。提出的'等環(huán)量線描述法'有力地促進(jìn)了旋翼尾跡渦系的分析。
    （5）在新原理旋翼技術(shù)方面遙遙領(lǐng)先
西科斯基公司在七、八十年代就開始研制了名叫X旋翼的新原理旋翼，試飛了'ABC旋翼'，后因經(jīng)費問題被迫取消；貝爾-波音公司研制的V-22'魚鷹'傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)已開始交付使用。這是世界上目前僅有的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)。

2、西歐各國（主要是英、德、法、意）在中輕型直升機(jī)旋翼方面各有特色、并走國際合作之路。
    英國韋斯特蘭公司和英國皇家航空航天研究院聯(lián)合研制了'英國實驗旋翼系統(tǒng)計劃'（BERP）旋翼并已應(yīng)用。這種采用彎曲翼型的跨音速槳葉裝在'山貓'直升機(jī)上創(chuàng)造了400.3公里/小時的常規(guī)直升機(jī)的世界紀(jì)錄，目前正在EH101直升機(jī)上采用。韋斯特蘭公司還和意大利阿古斯特公司聯(lián)合研制了球柔性槳轂，并在EH101上得到了應(yīng)用。
    德國MBB公司為PAH-2直升機(jī)研究的新型槳葉采用尖削槳尖和與德國宇航研究院聯(lián)合研究的新翼型，改善了跨音速性能，并在BO-105直升機(jī)上進(jìn)行了試飛，和裝原槳葉的BO-105相比增加13.6%的有效載荷，使用費用減少25%。這種槳葉已應(yīng)用于BO-105的后繼機(jī)BO-108 上。
    法國航空公司成功地研制了采用拋物線后掠槳尖和OA2或OA3新翼型的旋翼，并為'高速海豚'直升機(jī)研制出新的槳葉，使其飛行速度可達(dá)370公里/小時。法國不僅已成功地研制了星形柔性槳轂，并在此基礎(chǔ)上研究了X380球柔性槳轂。X380球柔性槳轂比星形柔性槳轂重量減少10%，是一種比較先進(jìn)的旋翼槳轂。
    3、俄羅斯在共軸式旋翼、重型直升機(jī)旋翼方面處于領(lǐng)先地位；在理論和試驗方面與美國并駕齊驅(qū)。
    俄羅斯在共軸式旋翼方面可謂一支獨秀，卡莫夫設(shè)計局的一系列型號采用這種旋翼系統(tǒng)。共軸式旋翼的主要優(yōu)點是有較高的懸停效率，無需尾槳，功率利用率高，空氣動力對稱，操縱較簡便；米里設(shè)計局在重型直升機(jī)旋翼系統(tǒng)方面也獲得很大成功，其批生產(chǎn)的米-26直升機(jī)是當(dāng)今世界最重的直升機(jī)。
    俄羅斯中央空氣流體動力研究院在直升機(jī)翼型氣動方面有較強(qiáng)的優(yōu)勢。早在七十年代中期該研究院根據(jù)一些試驗結(jié)果，即考慮在幾個飛行狀態(tài)不穩(wěn)定和三維流槳葉效應(yīng)的試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，得出渦流理論。這個理論成為更有效的估算飛行狀態(tài)槳葉剖面特性及其設(shè)計準(zhǔn)則。在預(yù)測非穩(wěn)定無分離和有分離流、多諧波振動法、復(fù)雜振動載荷計算、直升機(jī)結(jié)構(gòu)計算機(jī)輔助設(shè)計、水洞和風(fēng)洞試驗等方面取得成果，并形成了實用的軟件包。
    總之，飛行速度在250公里/小時以下時，共軸式旋翼直升機(jī)有一定優(yōu)勢；飛行速度在250～400公里/小時范圍內(nèi)，單槳的直升機(jī)占有優(yōu)勢地位；飛行速度超過400公里/小時以上者采用傾轉(zhuǎn)旋翼等新概念旋翼的直升機(jī)將占有優(yōu)勢；直升機(jī)槳葉的發(fā)展主要是采用新的翼型、改善槳尖形狀和平面形狀、以達(dá)到改善槳葉氣動特性的目的。中輕型直升機(jī)槳轂的發(fā)展趨勢是由復(fù)雜到簡單，采用新材料，逐漸取消鉸和軸承；大型直升機(jī)仍采用鉸接式旋翼，但逐步向著簡化結(jié)構(gòu)的方向邁進(jìn)。
關(guān)鍵技術(shù)：
應(yīng)用與影響：
    直升機(jī)旋翼是直升機(jī)的核心部件，解決了直升機(jī)的升力和操縱力問題，也是直升機(jī)噪聲的主要來源，是直升機(jī)的象征。直升機(jī)旋翼對改進(jìn)直升機(jī)尤其是軍用直升機(jī)的性能有巨大的作用。對直升機(jī)的機(jī)動性、操縱性、速度、振動水平、壽命、安全性及維護(hù)性等有著巨大的影響。直升機(jī)的更新?lián)Q代也是以旋翼的重大改進(jìn)為標(biāo)準(zhǔn)的。直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的改進(jìn)有利于提高直升機(jī)的速度和機(jī)動性、減少振動、減少疲勞應(yīng)力、降低噪聲、避免地面共振和空中共振。因此世界各國都把直升機(jī)的旋翼技術(shù)當(dāng)作直升機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)來研制，并且對外嚴(yán)格保密。
參考資料：
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    2、Experience  with  Piloted  Simulation  in  the  Development  of  Helicopter；
    3、Defence  Helicopter, 1999,(4)；
    4、Flight  Service  Evalation  of  Composite  Helicopter  Components；
    5、Helicopter  World, 1998.6；
    6、Air  Force, 1998.8；
    7、'Rotorcraft  Dynamics  Meeting',Nor.7～9；
    8、'Eurofar--the European Future Advanced Rotorcraft',1989.11；
    9、《直升機(jī)手冊》，1996年6月；
    10、（美）W約翰遜著，孫如林譯，《直升機(jī)理論》，航空工業(yè)出版社出版，1991年9月版；
    11、'旋翼系統(tǒng)新技術(shù)綜合論證報告'，南京航空航天大學(xué)，1990年4月；
    12、航空關(guān)鍵技術(shù)研究，航空工業(yè)總公司第六二八研究所。1998年。
作者：張廣林
來源:中國航空信息網(wǎng)