大國重器何來？直升機之路多艱——總體布局淺談

> 前言

> 在我國的航空產業中，直升機是塊難啃的」硬骨頭「。大飛機有了、超音速戰機也算不落人後，唯獨具備獨特低俗低空懸停性能的直升機，始終落後歐美一大截，常年被詬病」模仿」和「進口」。隨著中國製造產業的進一步轉型，重型直升機已經是我國航空產業後續發展的重頭戲，本文就從直升機總體布局的角度，分析一下直升機設計中的艱難之處。

在直升機總體布局設計中，對任何一個問題的處理都必須從全局出發，滿足多方面的要求，考慮到各方面的影響，否則會造成返工。

現代化直升機總體布局的主要要求體現在六個方面，下文將一一說明。

# 1.空氣動力的要求

直升機氣動外形的優劣對其性能影響很大。部位安排時，應使全機外形盡量符合氣動布局的原則，減小氣動阻力並具有良好的操縱性和穩定性。如外形過渡要光滑，減少迎風面積和突出部分，以減小直升機的迎面阻力。對速度要求高的直升機，應對旋翼槳轂和起落架採取整流措施，甚至要採用可收放的起落架。對傳動系統和動力裝置的安排，也應考慮如何提高傳動效率和進排氣效率等問題。

# 2.重心定位要求

―直升機所容許的重心變化範圍是有一定限制的。在不同的裝載及燃油消耗等使用情況下，必須滿足直升機重心定位要求。通常儘可能將燃油、載重及彈藥等可變重量安排在全機重心附近，以減小對全機重心變化的影響。使其不超過容許的重心變化範圍，並留有一定的餘量。

# 3.可靠性，維修性和保障性要求

可靠性、維修性和保障性是直升機設計的主要要求之一，而且有明確的定量指標。

直升機設計中，在滿足使用要求的前提下，結構應簡單、可靠，儘可能採用標準化、規範化和積木式設計。在構造布置時，必須考慮對需要經常進行維護的部件（如發動機、傳

動系統、航電設備等）有良好的可達性，在使用及維護時，便於接近、檢查、調整和裝制。各部分的檢查和備件的更換應力求簡便，在外場維護時用一般普通工具就能完成，並確保維

修安全。

機身設計，應保證人員的進出方便和貨物的裝卸迅速。在確定直升機外形尺寸、體積起落架輪距和分離面時，應考慮使直升機能方便地用飛機、輪船、火車或汽車進行運輸。對大、中型直升機，可考慮採用槳葉或尾梁摺疊方式，若必須採用分段拆開運輸時，應使分解和安裝簡單。大型直升機分段時，如將起落架分開，應考慮有一個支持點或輪子，或用托架車，以減少或避免使用品車。

應具有完善的防差錯措施及識別標記。

# 4.強度、高度、最小重量要求

在滿足強度規範所規定的強度、剛度要求的前提下，應盡量減輕直升機的結構重量，提高重量效率。例如，儘可能選用新的結構材料；選擇合理的結構承力型式和承力件的剖面形狀，以改善全機受力狀況。

在結構布置時，應充分考慮其質量和剛度的分布對全面固有頻率的影響，必須避免由旋翼傳給機身的激振力頻率與機身固有頻率接近而產生共振，共振不僅會加大全機的振動水平，引起乘員不適，而且還會引起結構的疲勞破壞，降低直升機的使用壽命。

# 5.工藝性要求和成本要求

良好的結構工藝性不僅可以縮短生產周期，而且能夠大大降低成本，因此，在直升機設計的各個階段中，都必須對此加以重視。在總體設計階段應考慮以下問題：

（1）直升機及其各部件盡量採用圓形截面和單曲度的簡單幾何形狀，以簡化工藝和生產製造。

（2）盡量考慮結構的繼承性。即採用經過考驗的部件，或對這些部件稍加修改後就可在新產品中使用。特別是對研製周期較長的動部件，更應該儘可能考慮結構的繼承性。

（3）盡量減小零構件的種類，儘可能採用標準化、規格化和積木式的產品結構。

（4）合理劃分和選取分離面，充分考慮裝配工作的開敞性，以減少裝配工作量。

降低生產和使用成本是目前直升機設計的主要要求之一。按成本設計的概念已在直升機設計中加以運用，良好的結構工藝性可以大大降低直升機的成本。在總體設計階段應考慮以下幾方面問題：

（1）從選材、布置、設計等各個方面來增加部件的使用壽命和返修壽命，延長返修間隔時間。

（2）簡化旋翼槳轂、減速器等複雜部件的結構，減少零件數目。

（3）通過合理的布置和設計來提高直升機的可靠性，改善直升機的使用維護性，簡化維護檢查工作（如視情檢查），縮短維護時間。

高明的設計師其本領在於能設計出可靠性高、工藝性好、滿足要求的簡單結構，這比設計複雜結構更難。

除上述要求外，在結構布置中還應考慮直升機各部件之間的協調，各運動構件在運動範圍內不能與其他結構元件相碰，且留有必要的同隙，如旋翼和尾槳的槳葉離機身、地面的間隙，在起落架最大壓縮時機身底部離地間隙等。

# 6.生存力的要求

在部位安排和承辦結構布置時，應盡量提高直升機的安全性和生存力，確保乘員的安全和任務的完成。特別是對於軍用武裝直升機，由於使用環境複雜，生存力的要求就更加重要。

對直升機生存力的要求，一般從以下4個方面來考慮：

（1）不易被發現要求雷達反射、紅外線和雜訊等信號較小。

（2）被發現後，不易被擊中，具有較強的躲避機動性。

（3）被擊中後，不易被擊落，具有較強的抗彈擊能力。如要求直升機任何部位被單發7.62mm子彈或12.7mm子彈擊中後，直升機仍能完成任務。某些關鍵部位被23mm炮彈擊中後，仍能倖存。

（4）被擊落後，人員能生存，具有必要的抗墜毀性。

直升機生存力要求的4個方面中，前3種是積極處理的措施，其目的是使對方的武器命中率儘可能地低，即在直升機被擊中後，仍能繼續執行任務。最後的考慮是消極防禦的措施。在設計布置時，應盡量採取積極措施，並適當考慮消極措施。

對於民用直升機，有些要求（如抗雷達和紅外探測，抗彈擊等）就不必考慮。通常抗墜毀性應予考慮，其規範也可比軍用直開機的要求低些。

為確保直升機的飛行安全和生存力，必須採取相應的措施。例如，採用發動機尾噴管的紅外抑制器；採用多餘度的承力布置；採用彈擊損傷容限較高的部件；採用兩台或三台發動機；採用防彈和自封的燃油箱，並考慮動力裝置等重要部位的防火問題；合理安排發動機和乘員的位置及其應急出口等問題。

對直升機總體布局的要求是多方面的，而且彼此又往往是矛盾的。隨著直升機的用途和使用範圍的不斷擴大，對直升機的要求也將不斷提高，而且矛盾將更加突出。例如，直升機的生存力要求往往與直開機的性能和減輕結構重量的要求發生矛盾，某軍用武裝直升機在設計時，考慮彈擊損傷容限使空機重量增加了7.3%，考慮結構抗墜毀性使空機重量增加了3.7%。因此，在處理這些矛盾時，不能孤立地對待，應該根據對直升機提出的設計技術要求，抓住主要矛盾，統籌兼顧，全面解決。

底子薄是中國航空產業的固有問題，德國重工業發展之路對我國航空工業的發展多有借鑒的意義，承認不如人是勇氣，但如果就這麼接受現狀則就是懦弱，大國重器路漫漫，我輩航空人當迎頭趕上，為直升機產業的發展而拼搏。

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