先进的直升机传动系统技术的实际应用

作者：孙宏龙

来源：《经济技术协作信息》 2018年第4期

直升机传动系统是构成直升机不可缺少的一部分内，同时在其中占据相当重要的位置，在发动机的功率和转速按一定的比例传递给旋翼、尾桨以及各附件的过程中必须实现对传动系统的使用，这可对直升机传动系统的重要性与必要性进行充分说明。单机种配套、结构复杂、技术难度大、功重比高高效率、高可靠性、维护性好以及适应各种环境等是其显著优势与特征，同时可对直升机性能以及可靠性造成直接影响。

一、传动系统设计技术

1.先进总体结构、部件设计技术。传动系统动力学设计技术、主减润滑系统设计技术、分流传动的均扭结构设计技术等是先进总体结构的重要组成部分，同时需要注意的是上述内容也作为不可缺少的部分存在于部件设计技术中。传动系统乃至全机的振动载荷、振动水平会受到多种客观因素的直接影响，其中传动系统结构动力学特性对其影响最为直接。

在先进传动系统研制的技术中最为核心的一部分内容就是传动系统动力学分析与设计技术，为在真正意义上促使直升机传动系统的工作能力得到提升，必须在结合实际情况的基础上实现对先进润滑系统的科学使用，这对传动系统的安全可靠性及延长翻修间隔期的提升也有极大的促进作用。

在实际对直升机进行研究的过程中我们始终将减轻传动系统的重量作为主要目标，传动级数、平行功率传递路径的数目及末级传动比是对减速器重量造成直接影响的关键因素，相对于行星传动机构来说，传动比高、传动级数少、齿轮和轴承数量少、传动效率高、齿轮系传动噪声小、功重比大等是分扭传动机构的明显特征与优势，这也是其实现大面积使用的主要原因。

2.高性能传动系统设计技术。干运转设计技术、高DN值陶瓷轴承设计制造技术、主减速器降噪技术是高性能传动系统技术的重要组成部分，同时需要注意的是、提高减速器TBO 的技术、提高减速器传动效率技术等也在上述范围涵盖之内。干运转能力是一种在丧失润滑的基础上还可继续运行的工作能力，造成润滑丧失的原因较为复杂。国外各直升机公司或研究机构进行干运转及改进试验是促使干运转能力得到有效提升的重要手段。

二、传动系统先进制造技术

传动系统先进制造技术主要包括先进铸造技术；齿轮、轴及轴承一体化加工技术；传动系统降噪的制造技术；先进热处理工艺应用等。目前铸造技术正向优质铸件、薄壁铸件、无余量

铸件的方向发展。国外已经开始使用铸造模拟分析技术，能够生产优质、薄壁、高性能的铸件。

直升机对传动系统的重量、寿命和可靠性的要求越来越高。在减轻重量的同时保证寿命和可靠性就成为了直升机传动系统设计和制造的一个难题。近年来，随着材料和制造工艺水平的提高，国外在齿轮、轴及轴承内环一体化工艺研究上取得了很大成果。

三、试验综合验证技术

传动系统试验综合验证技术主要包括先进部件及综合试验验证技术研究、模态参数辨识与模态综合技术及动力学建模技术研究、虚拟试验验证技术研究、疲劳虚拟试验等效载荷的确定技术研究、试验评价体系和综合试验平台建立技术研究等。设计—试验综合验证技术以全面提

高产品综合试验验证技术水平和应用水平，进而缩短产品研制周期，减少研制费用和降低技术风险为最终目标。

传动系统试验已经从传统“实物验证—改进实物—再试验”的以实物验证为主的模式向“试验建模—虚拟验证—改进模型—实物验证”的虚实结合、反复迭代的模式转变。在设计—试验综合验证技术模式下，设计阶段就引入虚拟试验和模拟试验手段对设计过程中的模型进行验证，试验出现问题后及时反馈到设计中，完善设计模型。

四、设计—制造—试验信息化技术

随着信息技术、互联网技术、数值分析技术、数控技术的迅猛发展，推动了异地协同技术在直升机传动系统设计、制造等各方面的应用。从20 世纪50 年代开始，美国等发达国家逐步将先进的异地协同技术应用于直升机传动系统的研制中。传动系统设计—制造信息化技术主要包括的内容有:

1. 数字化建模及预装配研究；2.设计、制造知识工程研究；3.功能样机和性能样机研究；4.数字化制造技术研究；5.并行设计制造数字化定义；6.异地协同设计、制造、试验；

五、对我国直升机传动系统发展的建议

1.提高基础研究、设备、工艺和管理水平。国内在直升机传动系统设计制造方面的现实情况是，基础研究不扎实，研制经验缺乏，在役机种数量不多，使用经验较少。当前，实验室试验仍是设计质量考核的重要方法之一，产品的性能、结构、强度、寿命和可靠性等，都要通过试验予以确切的评价，并找出问题、解决问题。因此，必须充分重视和加强试验工作，认真规划试验设备建设，适当加大试验设备建设的投资力度。

2.材料、成件的优质配套。高性能的新材料研制是提高产品性能和可靠性的重要环节。配套成件，特别是轴承，往往成为新机研制工作的瓶颈。应责成轴承研究所对如何保证航空轴承优质配套供应问题进行专题研究，或者组建航空轴承研究生产中心。

3.建立战略性合作伙伴关系。与国际知名厂家建立战略性合作伙伴关系，进行长期合作，在共同发展中实现我国直升机产品的自主创新。从目前国际合作的形式来看，合作方式可以归于两大类，一是以项目为中心的合作开发和生产，如EH-101、“ 虎”、NH-90、EC-120、S-92、AB139、BA-609 等项目均采用这种形式；二是以资产为纽带的公司结构重组形式，如法国宇航公司直升机部与德国MBB 公司组建的欧洲直升机公司、意大利阿古斯塔公司与英国韦斯特兰公司合并而成的阿古斯塔- 韦斯特兰公司就是两个典型案例。

4.加大资金投入。我国直升机传动系统领域研制的基础较为薄弱，必须在各项政策措施配套的同时，加大资金投入，才有可能实现跨跃式发展，赶上世界先进水平。

结语：鉴于传动系统对直升机性能的影响，未来我国必须加大力度对直升机传动系统基础研究的投入，不断开展新技术的预先研究，甚至部分关键技术可采用国际合作模式解决，旨在建立较完整的直升机传动系统设计技术体系，加速提高我国的直升机传动系统技术水平。