直升机的结构特点对飞行安全的影响

众所周知机械故障是除人为操纵因素外影响飞行安全的一个重要因素，机械故障造成的飞行事故在事故总数中占到了相当的比例，这一点在直升机上体现的更加突出。之所以这样与直升机本身的结构特点有一定的关系：

1、高速旋转部件众多

直升机的高速运动部件多，用于提供升力的旋翼、用于方向平衡的尾桨、发动机、减速器及操纵传动装置均为高速旋转的部件。高速旋转部件易产生交变应力和弯矩、易产生振动与共振、易造成润滑不良，这些都对直升机飞行安全有着负面的影响。

（1）交变应力和弯矩

直升机的旋翼、尾桨等高速转动的部件，以及带动它旋转的也是高速转动或运动的部件，如减速器，其他传动部分等，这些部件由于受到交变应力的影响，容易疲劳损坏而引发事故。

直升机旋翼桨叶的运动轨迹是很复杂的，例如前飞中，旋翼的桨叶一面旋转，一面前进，一面上下挥舞，一面绕垂直关节前后摆动。桨叶的运动轨迹，就好象一把倒立倾斜着的、表面具有波状的雨伞。桨叶的受力情况极其复杂的，受到各种交变应力的影响。交变应力是指杆件上随时间周期变化的一种应力。这些交变应力中，有些力以及由力而引起的力矩是相当大的，如此大的交变力矩作用在旋翼、桨毂及传动装置上，将会引起这些部件的疲劳破坏，缩短这些部件的使用寿命。

直升机执行不同的任务，飞不同的课目，其旋转部件上所受的交变应力是不同的，因此我们所制定的维护周期不一定与使用情况配套，有时过早的更换造成浪费，有时却在需要更换时未能及时更换，造成故障或损坏，影响飞行安全。

（2）振动与共振

直升机在空中飞行时，作用在各片桨叶上的各阶交变升力和阻力，一方面通过桨叶在挥舞平面和旋转平面内的刚体振动与弹性振动，传至水平关节和垂直关节并在桨毂上合成，构成作用在桨毂上的交变力和力矩，引起直升机振动。另一方面，通过桨叶绕轴向关节的刚体振动和桨叶本身的弹性扭转振动，传至自动倾斜器的变距连杆，并在自动倾斜器上合成，传给操纵系统，使驾驶杆抖动，还通过操纵系统中的各支座和助力器传给机身，也引起直升机振动。

应该指出，上述各交变力在桨毂上和在自动倾斜器上合成时，有些的交变力互相抵消了，有些传给机身和操纵系统。从这个意义上说，桨毂实质上起到了“滤波器”的作用，通过它滤掉了旋翼上某些的激振力。

尾桨的情况也相似，只是其激振力要比旋翼小得多。

振动易使部件产生疲劳破坏，对飞行安全是不利的。

高速旋转的旋翼、尾桨或发动机所传递的各激振力频率，如果与直升机上各构件、附件系统或设备的某一固有频率相近或相等时，可能会引起共振。共振是一种破坏力很强的运动，它可以在很短的时间内使直升机解体。

为避免发生共振，通常在发动机使用转速范围内，直升机的固有频率不应与旋翼、尾桨、发动机的激振力频率相一致，这在设计上已得到解决。

在正常情况下，直升机不会共振。但在特殊情况下是会发生共振的。国内外直升机在地面试车和空中飞行时发生剧烈振动的事故也有多起。

（3）润滑不良

高速旋转的部件，要求润滑良好，否则会酿成重大事故。

2003年一架直升机在工厂大修时，尾轴密封胶圈、卡箍安装严重错误，后在飞行过程中造成滑油泄漏，致使花键齿轮严重磨损，已无法带动尾桨旋转，导致直升机空中尾桨失效，虽经地面正确指挥、飞行员全力处置，但终因高度太低、处置时间太短，无法控制直升机的偏转和倾斜，造成旋翼打地、直升机撞地翻倒。

2、升力系统只有一个

直升机有单发、双发、多发之分，单发直升机发动机停车后，可利用旋翼自转着陆的方式飞行着陆，但对驾驶员的判断、操纵要求高。

直升机多发同时停车的可能性不大，但由于单发停车后机组的判断、处置错误造成双发停车的事故也有多起，国内外都有实例。

无论是单发还是多发，单旋翼带尾桨式直升机的升力系统只有一个。因旋翼、传动机构损坏而造成的失去动力的事故将是灾难性的。而旋翼是动平衡部件，小的损坏就可能导致直升机旋翼的动平衡遭到破坏，引发强烈振动，最后导致旋翼损坏或无法正常工作，使直升机的动力丧失，状态不能保持，造成飞行事故。

3、旋翼具有定轴性和进动性

根据力学原理，高速旋转的物体称为陀螺，陀螺有两个重要的特性：定轴性和进动性。

所谓定轴性，就是它旋转的轴力图保持不变。旋翼的定轴性对直升机起着增加阻尼的稳定作用，当直升机受到扰动、姿态发生变化时，直升机的旋翼总是较机身的变化慢半拍，这样旋翼就对机身构成了阻止转动的阻尼力矩，对稳定直升机姿态起到正面作用。但与此同时，却是操纵迟缓性的原因之一。当驾驶员操纵旋翼之后，由于旋翼对操纵的反应也是慢半拍，因此，从驾驶员操纵到旋翼锥体倾斜，产生操纵力矩，到直升机的状态发生变化所需的时间就比较长。对于这一点，在正常的操纵情况下，当驾驶员已经习惯并形成技术定形时，对飞行安全是没有影响的。但若遇到紧急情况或驾驶员动作慌乱时，就会和驾驶员的期待发生偏差，从而对飞行安全造成负面影响。

所谓进动性，就是当旋翼受到外力矩的作用时，旋翼轴不是向力矩的方向倾斜，而是向另外的一个方向倾斜。例如，对于左旋旋翼直升机来讲，当驾驶员向左压杆时，直升机受到向左滚转的力矩，但旋翼却要向前倾斜。此种现象称为进动。进动的角速度与外力矩的大小成正比，操纵越粗猛，旋翼受到的操纵力矩越大（这里就是外力矩），旋翼的进动越明显。这在紧急情况下、在高度较低时、在状态不稳时都要引起特别的注意。

4、尾桨运动幅度大

单旋翼带尾桨结构布局的直升机，尾桨的作用是为平衡旋翼的反作用力而设计的。当然，在飞行中还有其它作用，例如，提供方向稳定力矩和方向阻尼力矩，起方向稳定性的作用。

尾桨对直升机的平衡、操纵性、稳定性起着重要的作用，尾桨失效将会破坏直升机的平衡，使直升机的状态无法保持，造成操纵困难或不能操纵，在高度低、速度小时更是如此。尾桨失效产生的后果是很严重的，有时是灾难性的。

直升机的尾桨从气动的方面来考虑，则距离重心越远越好。但从结构上考虑，距离远则要求尾梁强度高。但无论怎样，直升机的尾桨仍然是距离重心最远的部件之一，且是高速转动的。根据力学原理，当直升机受到扰动时，直升机将绕重心转动。由于尾桨距离重心较远，当直升机绕机体轴旋转而姿态发生变化时（例如俯仰、偏转时），转同样的角度，尾桨较机身运动了更大的距离，即尾桨的运动幅度大。在执行特殊任务或在起飞、着陆、贴地飞行等情况下，因操纵不慎或受强扰动，则容易造成尾桨打地，撞障碍物，造成尾桨损坏或失效。在操纵时一定要注意这个特点，防止尾桨撞障碍物。

有的飞行状态会造成尾桨效能的降低。例如，左旋旋翼直升机在右侧风中悬停，当风速过大时；直升机作悬停转弯，当旋转角速度过大时，都可能使尾桨部分进入涡环状态，造成直升机尾桨效能降低，使直升机的操纵效能降低、失去平衡，严重的会使直升机失去控制。

5、动平衡状态要求高

单旋翼带尾桨布局的直升机，旋翼给直升机提供升力和部分操纵力矩、稳定力矩。旋翼是靠高速、稳定的旋转来保持其工作状态、完成其功能的，此时旋翼处在一种动平衡状态。

动平衡状态需要很好的对称性。当旋翼由于某种原因使对称性遭到破坏时，例如，旋翼的某一片桨叶因某种原因损坏，旋翼失锥，旋翼表面因积冰、积霜、积雪造成不光滑等，将会造成作用在直升机旋翼上的气动力不均衡，从而使直升机旋翼的动平衡无法保持。当直升机的动平衡被破坏后，就会引起较大幅度的非正常振动，引起部件的进一步损坏，造成恶性循环，甚至导致直升机解体的重大事故。也可能会使直升机的状态无法保持，酿成飞行事故。另外，高速旋转的旋翼在受到破坏后会有破碎的物体高速飞出，对周围的人员和物资造成损害。

直升机的这种动平衡性使的其相比固定翼飞机而言操纵动作更多更复杂。这是因为固定翼飞机具有一定的稳定性，不考虑环境等其它因素，当没有操纵动作时飞行姿态一般不会改变，直升机属于动平衡态，如果不操纵飞行状态立刻就会丢失。

直升机的这些结构特点对飞行安全的影响是固有的，除非直升机的设计结构发生重大变化，否则不会凭空消失或改变。这些特点对直升机的机务维护工作提出了更高的要求，而且长期实践证明只有我们平时机务维护工作按章实施，认真细致，保证质量才能避免其给飞行安全带来灾难性后果。

文章来源于：鹏程翔安