直升機(jī)尾傳動(dòng)軸如何“添亂”
2019-11-28 單旋翼帶尾槳是直升機(jī)的經(jīng)典構(gòu)型，綜合來(lái)說(shuō)，至今沒(méi)有其它構(gòu)型能超越其在直升機(jī)界的地位。但是人們依然在孜孜不倦的研究，很大一部分原因就想解決“帶尾槳”的問(wèn)題。今天我們就把視線聚焦尾傳動(dòng)軸，從這個(gè)角度看看“帶尾槳”為什么讓直升機(jī)設(shè)計(jì)者如此頭疼，想盡各種辦法將其替換或取消，在直升機(jī)的使用過(guò)程中，尾軸如何“添亂”，通過(guò)實(shí)際案例，引起讀者特別是一線維護(hù)人員對(duì)這一部分的重視。
一、引言
單旋翼直升機(jī)，因?yàn)樾韺?duì)機(jī)身有反扭矩，所以必須采取抵消措施，所以“帶尾槳”就成了單旋翼直升機(jī)甩不掉的“包袱”。
這一部分包括長(zhǎng)長(zhǎng)的尾梁，以便將尾槳安置在旋翼槳盤(pán)之外，確保用最小功率損耗平衡反扭矩并實(shí)現(xiàn)航向操縱。
尾槳旋轉(zhuǎn)需要驅(qū)動(dòng)力，必須要有傳動(dòng)軸；
駕駛員需要操縱尾槳，還需要操縱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；
如果操縱力過(guò)大，還需要液壓系統(tǒng)和助力機(jī)構(gòu)。
所以“帶尾槳”帶來(lái)的不僅僅是尾槳，還有尾梁、尾傳動(dòng)軸、尾槳操縱和助力機(jī)構(gòu)。
尾梁對(duì)于人們的印象就是靜止在那里，好像不會(huì)出什么問(wèn)題，也不需要過(guò)多的關(guān)注，但是在直升機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，尾梁并不是靜止不動(dòng)的，它更像“單懸臂梁”。
單懸臂梁的一端為不產(chǎn)生軸向、垂直位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的固定支座，另一端為自由端（可以產(chǎn)生平行于軸向和垂直于軸向的力）。
二、尾軸為什么容易“添亂”
尾槳傳動(dòng)軸（尾軸）主要實(shí)現(xiàn)功率從主減或發(fā)動(dòng)機(jī)到尾槳的傳送。
1、傳動(dòng)軸較長(zhǎng)且剛度低，并且固定在剛度較小的尾梁上，當(dāng)尾梁在載荷的作用下產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，就要強(qiáng)迫支撐在其上的尾傳動(dòng)軸一起彎曲；
2、尾傳動(dòng)軸一般不在尾梁的中性層上，尾梁的彎曲變形還會(huì)引起尾傳動(dòng)軸拉長(zhǎng)或縮短。這就是說(shuō)，當(dāng)尾梁彎曲變形時(shí)，會(huì)使尾傳動(dòng)軸受到附加的彎矩和軸向力；
3、由于結(jié)構(gòu)材料不同，環(huán)境溫度的變化也會(huì)在尾傳動(dòng)軸中產(chǎn)生附加的軸向力；部分機(jī)型尾傳動(dòng)軸位于發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴管下方，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫氣體在旋翼下洗流作用下直接吹向尾軸，導(dǎo)致尾軸長(zhǎng)期在高溫下工作。
4、尾軸輸出端、尾減速器和各軸承座之間的不同心度及尾梁與傳動(dòng)軸制造時(shí)的長(zhǎng)度誤差，都會(huì)加劇尾軸承受的附加載荷。
雖然尾軸中有能實(shí)現(xiàn)角度補(bǔ)償?shù)穆?lián)軸節(jié)長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)幕ㄦI，但是所受的附加載荷不可能消除。同時(shí)尾軸大部分部附件在直升機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，上述附加載荷轉(zhuǎn)化為與旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)的交變載荷。
由上述分析可知尾軸的部附件容易出現(xiàn)由交變載荷引起的各類故障，例如疲勞老化、磨損甚至斷裂等。外場(chǎng)維護(hù)中，直升機(jī)尾槳傳動(dòng)系統(tǒng)多次發(fā)生花鍵磨損、卡箍斷裂，軸承內(nèi)環(huán)與減震環(huán)錯(cuò)位等故障現(xiàn)象，這些故障或發(fā)生突然或不易察覺(jué)，但都時(shí)刻威脅著飛行安全。
二、尾軸及其部附件故障
尾軸在直升機(jī)安全飛行中起著至關(guān)重要的作用，但是由于其承受的附加載荷較多，在實(shí)際工作中容易出現(xiàn)故障。
故障一：圖3所示某直九系列直升機(jī)在機(jī)械日工作中發(fā)現(xiàn)尾傳動(dòng)軸軸承半卡箍斷裂。此部件位于發(fā)動(dòng)機(jī)后部滅火瓶艙中，外部有滅火瓶艙整流罩。圖4給出了該部件的安裝位置。通過(guò)對(duì)故障部位的觀察可以發(fā)現(xiàn)，斷痕為一次性發(fā)生，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)本機(jī)卡箍?jī)?nèi)兩個(gè)半圓形襯墊安裝位置不符合《維護(hù)手冊(cè)》規(guī)定（維護(hù)手冊(cè)規(guī)定兩個(gè)半圓形襯墊上端距離不超過(guò)50mm），通過(guò)軸承橡膠襯套的壓痕判斷已經(jīng)超過(guò)規(guī)定范圍，兩個(gè)內(nèi)部墊片安裝位置偏下，導(dǎo)致半圓形卡箍底部應(yīng)力集中，長(zhǎng)時(shí)間承受傳動(dòng)軸的振動(dòng)及交變載荷，導(dǎo)致卡箍斷裂。另外經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)軸承支座出現(xiàn)明顯磨損痕跡，如圖5所示，軸承支架為金屬材質(zhì)，與之直接接觸的部件為橡膠襯套，如果軸承支架出現(xiàn)明顯磨損，則橡膠襯套的損傷更為嚴(yán)重。進(jìn)一步說(shuō)明此處的交變載荷較大。
故障二：圖6為尾軸撓性聯(lián)軸節(jié)實(shí)物圖，它由數(shù)片不銹鋼片疊合而成。傳動(dòng)軸的輸入和輸出軸法蘭盤(pán)分別用三個(gè)等距分布的螺栓與不銹鋼疊片彈性組件連接，并且使輸入軸與輸出軸法蘭盤(pán)的連接點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)，螺栓連接處用特殊形式的墊片和襯套，使彈性組件在螺栓連接處的撓曲不產(chǎn)生應(yīng)力集中。這種聯(lián)軸節(jié)借助于元件的彈性變形實(shí)現(xiàn)角度補(bǔ)償，適用于角位移補(bǔ)償較小的傳動(dòng)系統(tǒng)。因?yàn)槠渲亓枯p，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且維護(hù)方便，在輕型和中型直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。圖7所示某架直升機(jī)尾傳動(dòng)軸前段與中段之間撓性聯(lián)軸節(jié)出現(xiàn)疊片斷裂。
故障三：軸承環(huán)形箍帶斷裂。此類故障在直九系列直升機(jī)中發(fā)生了多次，且斷裂的部位均為箍帶端部鉚釘處，如圖8所示。裂紋（如圖9所示）發(fā)生在箍帶的內(nèi)側(cè)，從外側(cè)難以察覺(jué)。通過(guò)查閱其中四架直升機(jī)的履歷本發(fā)現(xiàn)兩架直升機(jī)卡箍的斷裂發(fā)生在更換尾減后的100余小時(shí)；一架故障發(fā)生在更換主減后50余小時(shí)。圖10給出了斷裂處的細(xì)節(jié)圖，圖11為正常安裝的軸承環(huán)形箍帶。
故障四：尾軸軸承內(nèi)環(huán)與緊靠軸承的橡膠彈性減震環(huán)之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；軸承外環(huán)與軸承減振器之間出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。正常工作時(shí)軸承內(nèi)環(huán)緊緊的貼在橡膠減震環(huán)上，跟隨尾軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承外環(huán)和軸承減振器一起固定在軸承支架上。
建議：做如下標(biāo)記線：橡膠外圈與外部固定環(huán)，橡膠外圈與軸承外圈，軸承內(nèi)圈與內(nèi)圈橡膠襯套及軸，每次檢查檢查標(biāo)記線是否錯(cuò)位。
若發(fā)現(xiàn)軸承與減振環(huán)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)及時(shí)檢查尾軸振動(dòng)值。
故障五：尾傳動(dòng)軸支架裂紋
尾傳動(dòng)軸軸承支座是軸承和機(jī)身連接的關(guān)鍵部位，軸承的交變載荷直接傳遞給支座。
三、導(dǎo)致尾傳動(dòng)軸及相關(guān)部附件故障主要原因：
1、傳動(dòng)軸同軸度不好，軸承及支架長(zhǎng)期承受較大的交變載荷，使類似的問(wèn)題反復(fù)發(fā)生。
2、尾傳動(dòng)軸振動(dòng)值較大，不好的尾軸同軸度是導(dǎo)致振動(dòng)的原因之一，另外部附件特別是旋轉(zhuǎn)部附件長(zhǎng)期使用，由于磨損、變形等原因都會(huì)加劇尾軸的振動(dòng)。
3、部件老化，強(qiáng)度或韌性不能滿足要求。
4、部分機(jī)型軸承處于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的直吹范圍，軸承外橡膠套在溫度的作用下變軟，失去減震功能，甚至轉(zhuǎn)動(dòng)與外部整流罩摩擦，這樣在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，振動(dòng)值和相位會(huì)時(shí)常變化，導(dǎo)致部附件故障。
H125直升機(jī)尾槳振動(dòng)檢查
（來(lái)源：航空維修）
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