中国第四代直升机

  无轴承旋翼是第四代直升机的重要标志之一,代表了先进直升机旋翼技术的发展方向之一。它采用复合材料柔性梁元件的弹性变形代替复杂的传统3个铰的功能,实现桨叶的挥舞、摆振和扭转运动,具有结构简单、零件数目少、重量轻、可靠性高等特点,尤其具有优良的操纵功效和机动性能。在国际上,无轴承旋翼技术在1990年代就进入了发展的黄金时期,美国、德国、俄罗斯等国家都成功运用了此项技术,并在直升机上采用了无轴承旋翼结构,如EC135、MD900、OH-1、BELL430、RAH66、AH-1Z、ANSAT等。

  目前我国直升机大都是铰接式旋翼或球柔性旋翼。1990年代中期,中航工业直升机所开始了对无轴承旋翼的探索。“国外的直升机,只要看到旋翼,就知道是哪家公司的。而我们的直升机缺乏这样的特色和辨识度。我们研究无轴承直升机,一方面是提升技术,融会贯通,更重要的是要创建自己的品牌。”直升机所旋翼技术专家胡和平说。

  “三步”形成研制能力

  2013年4月,直升机所项目团队顺利通过全尺寸无轴承旋翼原型样机的详细设计评审,标志着无轴承旋翼技术的成功应用进入了最后的攻坚阶段。目前,项目团队正在进行全面的飞行试验验证,为后续型号应用奠定基础。

  胡和平已与无轴承旋翼相伴近20年,回忆过往的研制究经历,他的感觉是举步维艰。从技术基础研究、立项论证,到地面部件和装机试验验证、飞行试验,其难度不亚于一个型号研制。无轴承旋翼技术含量高,在结构大大简化的同时,却使得支撑旋翼设计的气动和动力学分析变得异常复杂。鉴于研制经费和技术难度,直升机所采取“总体规划、分步实施”的研究思路,分三步走形成无轴承旋翼研制的工程能力。

  新旋翼在立项研究之初,项目负责人就指出,不但要追赶上国际先进旋翼技术,更要立足于具体型号的未来发展需求,以预研技术与型号应用无缝衔接为目标,最终实现无轴承旋翼技术在直升机型号上的成功应用。

  “刚开始时,也就是‘十五’期间,我们从无承轴尾浆入手开始研究,正好当时有对外合作项目,可以让前沿性的研究与具体的型号结合起来,一干就是七八年。”胡和平回忆说,那个阶段主要是对无轴承尾桨技术和无轴承模型旋翼进行理论研究,但与无轴承旋翼技术的真正掌握以至在直升机型号上的成功应用仍然有较大差距,在理论计算、结构设计、工艺制造、试验技术上还存在许多未知的难题,每一项都是异常严峻的挑战。

  “十一五”期间,项目团队重点开展了无轴承旋翼技术基础层面的研究,以及一些典型件的试验和验证。“十二五”期间,项目团队在系统级层次上进行无轴承旋翼技术的地面部件和装机试验验证,探索以现有机型为平台展开,业已形成正式的无轴承旋翼原型样机三维电子数字样机,进入了旋翼原型样机的试制与试验阶段。

  在全尺寸无轴承旋翼研制总体方案论证期间,项目团队充分考虑验证平台直11的未来发展,瞄准直11高原型机的需求制定研制方案,通过此项目研究,探索一条预先研究与型号研制平滑过渡的技术路线,保证了项目的顺利进展。

中国第四代直升机

  年轻活跃的预研团队

  以直升机所旋翼系统研究室尾浆和旋翼动力学组为主力,承担了无轴承旋翼研究任务,“那时我是组长,这个团队汇聚了很多有思想、有个性的年轻人。本来就是创新性的工作,大家时常也会有海阔天空的想法,那种探讨问题的氛围非常浓郁。”胡和平说。

  研究所型号任务非常繁重,从事无轴承旋翼前沿课题研究的人员经常接手其他型号科研工作,胡和平戏称为“游击队打运动战”,为此也想了很多办法。“对于从事无轴承旋翼研制的设计员,首先安排上岗培训,详细说明项目的研制背景、历程、困难和存在的技术问题。”胡和平说,不论是强度还是结构设计,每个阶段的工作完成后,大家会在一起研讨工作思路,每个年轻人介绍经验和想法,并邀请专家进行点评,对工作中出现的问题提出几种解决方案,由年轻人分别设计和实施,从中分析比较,提升能力。

  这是研制团队的发展思路。根据实际情况广泛吸纳年轻人,发挥他们思想活跃、创新意识浓厚、学习能力强的优势,又针对其经验不足的共性,安排专业组长指导、技术专家把关。

  设计员熊绍海和陈伏船刚入所就开始参与无轴承旋翼的研制,在柔性梁构型的选择和布置中,胡和平指导他们搜集资料并分析解读,为无轴承旋翼的研制提供了很多有益经验。这几年,“技术创新沙龙”也是研制团队探讨交流的有效平台,年轻人在一起碰撞创新火花,先后自主完成了无轴承旋翼气动、动力学分析的理论研究、无轴承旋翼的详细设计、旋翼试制以及多项无轴承旋翼的重要试验。

  “再苦再难我们都要坚持,因为我们想要有自己的东西,有自己响当当的品牌。”胡和平对未来充满自信。

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