万博士的航空讲堂深入篇 [9]

九、直升机与模型直升机

的机体构造

直升机的机体主要用于支持和固定直升机的各部件和系统，将它们连接成一个有机的整体，用来装载人员、物资和设备，并传递和承受载荷。机体是直升机的重要部分，通常由机身等部件构成。为了改善俯仰稳定性和方向稳定性，有些直升机在机身尾部还装有水平尾翼和垂直尾翼（并非必须）。模型直升机的机体与载人直升机机体的功能类似，但不装载人员。下面对两者的机体构造一并介绍。

1. 直升机的机体构造

这里重点介绍直升机的机身构造。

直升机的机身主要由位于机身最前端的驾驶舱、中机身和后部的尾梁组成.为“黑鹰”直升机的机体分段图，包括驾驶舱、座舱、发动机舱、过渡段、尾梁、水平尾翼、垂直尾翼等。其中，座舱和过渡段构成了中机身。

驾驶舱是驾驶员和其他机组人员的工作区域，后面与中机身相连。中机身的上部与发动机舱相连；内部通常为乘员座舱或货舱；后部与尾梁连接；底部安装起落架。尾梁内部大都布置尾桨传动系统，后部安装尾翼和尾桨组件。

1）驾驶舱

驾驶舱作为驾驶员和其他机组人员的工作空间，不仅需要安装大量的仪器设备，还需预留足够的作业空间。一般情况下，驾驶舱仅作为维形结构不参与全机受力；而对于武装直升机而言，还需要求其具有抗坠毁能力。

驾驶舱一般由骨架、玻璃和恶劣天气观察窗组成：骨架用金属或复合材料焊接或铆接；玻璃用橡胶垫、压边条、螺钉和螺母等连接件装在骨架上；恶劣天气观察窗用铰链式或用滑轨式安装。典型的驾驶舱骨架（含玻璃）见图2。

2）中机身

中机身是直升机机体中受力最大的部分。它受到的载荷主要来自于三方面：一是各个部件传递来的载荷，如旋翼升力、尾桨推力、起落架冲击载荷等；二是质量力和惯性力，包括装在机身内部的载重和中机身自身的质量力和惯性力；三是中机身本身受到的气动载荷。

中机身的结构构件可分为横向构件、纵向构件和蒙皮。

隔框是主要的横向构件，按照作用不同分为普通框和加强框：普通框用于维持机体的截面形状并固定蒙皮和桁条，主要承受蒙皮传入机体周边的空气动力和机体弯曲变形引起的分布力；加强框的主要功能是将装载质量的质量力和各部件传入的集中力加以扩散，然后以剪流的形式传给蒙皮。

纵向构件主要为桁条和桁梁。桁条与蒙皮组成的加筋壁板，主要承受机体弯曲载荷和轴力。桁条对蒙皮还起到支撑作用，可以提高蒙皮受压受剪时的失稳临界压力。此外，桁条能够承受作用在蒙皮上的气动力，并将其传递给隔框。桁梁与桁条类似，只是比桁条粗大许多，承受更大的弯曲载荷和轴力。

蒙皮结构在全机整体受力中，主要承受垂直和水平面内的剪力以及扭矩。其与桁条构成加筋壁板，承受机体弯曲载荷和轴力；与隔框形成闭室结构传递和承载扭矩。

直升机中机身的结构形式与飞机机身的结构形式类似，不再赘述。

3）尾梁

尾梁用来支撑中间减速器、尾减速器及固定水平安定面和斜梁（上垂尾）或下垂尾。它不仅承受作用在水平安定面和斜梁或下垂尾上的气动载荷，还承受尾桨的推力和反扭及中间减速器的扭矩。

前三点式起落架的直升机，通常在尾梁后部装有尾橇；后三点式起落架的直升机，尾轮一般装在尾梁上。尾梁要承受尾橇或尾轮着地时产生的载荷。

为了有效地传递载荷，根据直升机大小不同，尾梁的结构形式有多种，典型的结构形式有：

・桁架式结构

桁架式结构通常用钢管焊接或用铝管螺接而成，是最早使用的尾梁形式，必要时尾梁外部还用薄蒙皮整流。该种结构通常适用于中、小型直升机，较经典的有SA-313/318、SA-315等。

・桁梁式结构

不少直升机尾梁采用桁梁式结构，沿纵向在承力大的部位设置桁梁，其余部位则使用桁条；横向构件设置若干框；外面使用薄蒙皮。采用这种尾梁结构的轻型直升机有“云雀”III。

・半硬壳式结构

半硬壳式结构的尾梁设计很简单，通常只用一层铝板卷成一个圆锥形，设计有若干维形框和对接框，仅有几根纵向构件。经典的直11型直升机尾梁结构便是如此。

・夹层结构

随着复合材料的发展，夹层结构越来越广泛地使用在直升机尾梁结构中。夹层结构采用芳纶纸蜂窝做夹芯，面板使用薄铝板或铝箔，也可用碳布、芳纶或玻璃纤维铺成。夹层板具有重量轻、成本低、耐久性好等优点，是当前最流行的一种结构形式。尾梁采用夹层结构的有“虎”式、RAH-66和直9等。

・等截面管材结构

为了减轻重量、简化结构，在满足设计要求的前提下，某些超轻型直升机采用等截面管材结构作为尾梁。

2. 模型直升机的机体构造

近年来，随着航空模型运动在全世界范围内的推广，模型直升机的种类和样式日渐丰富。锂电池和遥控设备的小型化技术日渐成熟，电动遥控模型直升机的尺寸越来越小。而小型无人直升机技术的普及和大力发展，也派生出一些大尺寸模型直升机。

模型直升机由于尺寸小、造价低，对重量的要求不像载人直升机那样苛刻，因此为简化制造、降低成本，其机体结构与载人直升机有较大的差异。模型直升机的机体结构，按照制造的方式不同大致可以分为两类：一类采用高强度塑料通过模具注塑成型，另一类由碳纤维板和金属零件组合而成。

1）塑料机体

早期较成熟的商品模型直升机普遍选用注塑工艺制作机体，如日本京商和中国台湾雷虎等品牌的模型直升机的前机身就是塑料材质，后方插接铝合金尾管作为尾梁连接尾桨机。

近年来，玩具或入门级别的微型直升机，因为结构简单、承受载荷小、更加注重降低成本而让更多的消费者体验飞行的乐趣，所以广泛使用了塑料机体。

此外，仍有少部分竞赛级别的模型直升机由于特殊的形状或独到的设计思路，仍然沿用塑料作为机体的主要材料。

2）碳纤维和金属组合机体

目前应用非常广泛的模型直升机和小型无人直升机，其机体采用了碳纤维板和金属零件组装结构。这是因为，碳纤维板力学性能优异，能够很好地满足模型直升机对重量和强度的要求，其成本也逐渐被消费者和厂家接受；金属零件则易于加工、力学性能也不错。这种结构一般采用两片碳纤维侧板作为整体传力结构，使用金属零件作为安装座，将电机、主轴和舵机等部件装在侧板上；尾部用塑料或金属尾管安装座把碳纤维或铝合金尾管装在机体上。这种结构的强度大、重量轻，且具有一定的抗摔能力。

模型直升机前机身外部通常会配有玻璃钢的彩绘整流罩。部分模型为降低飞行阻力，还设计了全机身整流罩。其中后机身整流罩能对尾管起到一定的支撑作用。

少数特别设计的模型直升机，其后机身直接采用碳纤维结构，外形阻力低、承载能力高。

碳纤维和铝合金的组合则具有机械美感，在体验飞行乐趣之余，会给爱好者力与美的视觉享受。（未完待续）