重型直升机及其传动系统的发展分析

重型直升机及其传动系统的发展分析

李昕峣 郑雷雷 张湖

陆军航空兵学院 北京市  101110

摘要：本文通过整理国内外关于重型直升机发展情况的资料文献，通过对重型直升机目前的发展现状及动力情况的分析与比较，归纳了重型直升机的传动系统的技术特点，总结了重型直升机未来性能需求的发展方向，并分析我国发展重型直升机的重要性。

关键词：重型直升机、传动系统、发展

0 前言

重型直升机通常是指最大起飞质量超过20t的直升机。重型直升机有很大的内部和外部载荷，因此有高运输效率和许多其他优点，可以完成比较特殊的任务。在军事领域，重型直升机战术运输融入了整个航天作战系统的深度重要环节。首要担任战略输送任务，尤其是带领作战队伍，去执行机动和空中作战任务。在民用范畴，重型直升机在基础设施和救援方面的应用更加重要，它可用于医疗救援、紧急救援、抢险救灾、森林火灾和基础设施建设^[1]。重型直升机是用于国家防护和人民经济开发的战略设施，是一个国家综合实力必不可少的象征，在使用中可以创造庞大的军事和社会效果。

1 重型直升机的发展现状

目前，世界上只有俄罗斯和美国这两个国家为重型直升机的主要生产国，占领着中心位置，并指导着重型直升机的发展。最早开始使用重型直升机的国家苏联，该国在20世纪50年代进行了重型直升机技术范畴的大胆试验，并将其改造成一系列几吨重的产品。美国的重型直升机发展比苏联稍微晚些，但发展更快。与苏联相比较，美国重型直升机的研发保持了稳定的发展，并逐渐获得了技术研究的地位。在20世纪50年代至60年代，美国和苏联凭借各自强盛的技术优势研究出了多个型号的重型直升机^［2］。目前，由于俄罗斯对直升机研究的科学研究投资较少，国家级设计公司和企业的资金不足。在这种情况下，只有对现有的重型直升机进行升级和改进，以满足基本需求。2009年，基于米-26 T为基础进行了研究制造了米-26T2，首次飞行于2011年4月完成。2016年4月1日米-26T2直升机的制造开始有效的实行。

在改进和升级现有重型直升机的同时，美国还在加强研制新的重型直升机。强调发展传统的结构和中长期计划注意新配置的概念设计和关键技术的初步研究。2014年，美国军队制定了CH-47F升级计划。提高运输和导航能力，以便至少在2030年之后提供服务。第一阶段的主要改进实际上使起飞时的最大重量增加到24.5t，同时使用桨尖的复合材料提高了承载能力。第二部分的关键创新是现在正在开发3655kW涡轴发动机。2016年9月16日，美国新研发的DH-39K重型直升机实现第一次飞行，是DH-39K的关键阶段之一。2018年5月，DH-39K投入制造阶段。2018年4月，第一架DH-539K型飞机被移交给美国军事行业。

由此来看，目前我国重型直升机领域还处于引进阶段，自主研制能力较弱。我国应该高度重视和统筹安排，使直升机产业实现合理有序的发展，而不是自由、自然的发展。建立我国直升机产业发展的通信和协调机制，充分准确地掌握我国其他时期直升机的需求，让中国的直升机产业得到更好的发展。

2 重型直升机传动系统技术特点发展方向

传动系统由主减速器、中间减速器、尾减速器、主传动轴、尾传动轴和旋翼刹车装置组成。其功能是将发动机功率分配给旋翼、尾桨等机件，并且将发动机和转子的负载转移到机身。而重型直升机的整体性能在很大程度上取决于传动系统的性能，因此有必要研究传动系统的技术特点。

与普通的直升机相比，重型直升机的主要目标是输送大型配置，因此传动系统技术特点有以下几点。

2.1高输入转速

当前，大多数重型直升机发动机都没有与内部变速箱一起开发。与之前的6000r/min相比，发动机输出速度可达20000r/min。所以，主减速器必须在结构上设计为高输入转速，以满足直升机的传输需求^［3］。

2.2高功率密度

重型直升机与普通的直升机相比较，它的承载重量要高得多，并且运用高功率密度传动系统可以减弱直升机的净重量，扩大有效载荷，改善整体生产力。使用高精度材料的传动系统的有效润滑系统对于功率密度很有用。如今，主减速器的质量比低0.07，功率密度高。

2.3使用期限长，可靠性高，维护性良好

重型直升机比普通直升机使用时间长，为减少生命周期成本，传动系统应具有更长的使用寿命，更高的可靠性和更好的维护性。传动系统有几个主要部件需要高可靠性，如果他们出现障碍，可能导致灾难性后果。高可靠性使得传动系统的设计、制造、测试、维护和验证变得困难。

2.4高效率

直升机旋翼速度和发动机输出速度有很大的差异。主减速器应包括几个复杂的齿轮系，这对减速器动态效率有很大的影响^［4］。为了提高传动效率，应用于传动系统，需要更好的传动设计。在先进的功率传动系统中最终一级减速器的效率可达96%。

2.5高存活率

重型直升机能够实行长途运载业务，可能会发生在路程中润滑油泄漏故障。根据空气阻力规则，传动系统必须在没有润滑的情况下仍然能够正常运行一段时间。在先进的功率传动系统中，润滑可能需要1小时的运转时间。此外，提高重型直升机的抗碰撞能力，以提升其在危险情况下的生存能力。

3 结论

重型直升机传动体系正在朝着高功率密度、高工作效率、高可靠性和长寿命的方向发展，引导传动体系结构更加完善，以达到高效能需求^［5］。从重型直升机的发展历史来看，继续进行改进是重型直升机未来发展的主要趋势之一。

目前，重型直升机可以满足对结构工程供给、航空架设、特殊物品设备的运送和现场运输等基本工作的要求。但是在军事作战和民用保障两者对重型直升机的使用需求日益增加的情况下，未来重型直升机的发展速度将不断提高。

从全球研发能力上看，大功率涡轴发动机发展技术难度大，是航空和国防领域最先进的技术，目前只有美俄两个国家能够独立发展适合于重型直升机搭载的大功率涡轴发动机。在发展高功率发动机的研制过程中，既要完善优良型式的继承性发展，也要期望厚积薄发的革命性发展，但具体发展方法最终是由需求决定的。

参考文献：

1. 吴希明, 陈国华, 陈平剑.从四川抗震救灾谈我国重型直升机的发展[J] .直升机技术, 2008(4):59-64

2. 郭云良．国内外涡轮轴发动机性能结构技术发展［Ｍ］．北京：蓝天出版社，1990．

3. 倪先平．直升机手册［Ｍ］．北京：航空工业出版社，2003．

4. 丁文强.国外先进的直升机传动系统研究[C].北京:中国国防科学技术报告，2002:34-37.

5. 金树颖．歼击机综合性能评价的数学模型及应用［Ｃ］∥探索创新交流—第三届中国航空学会青年科技论坛文集（第三集）．北京：中国航空学会，2008．