折叠式旋翼

在飞行状态下，对旋翼桨叶的操纵主要包括改变旋翼桨叶所产生的拉力大小、拉力的作用线或者同时改变二者。改变拉力的作用线，理论上，相对机身通过倾斜旋转轴或者桨毂来实现。由于大多数飞行器的旋转轴是固定的，倾斜桨毂所需要的驱动力较大，因此常采用变距装置。整体性或者周期性地改变桨叶桨距角，就能有效地改变空气动力，从而最终改变旋翼拉力的大小和方向。

图1所示为最常采用的由自动倾斜器改变总距的原理。图2所示为自动倾斜器周期变距的原理。自动倾斜器由上下两个平行的星型盘组成。一个星型盘不随转动轴旋转，但其可以相对旋转轴上下移动或者倾斜;另一个星型盘随着旋转轴旋转，并且通过操纵杆与桨叶铰接。这两个星型盘通过轴承连接，始终保持平行的位置关系。当操纵机构使不旋转的星型盘整体上升或者下降时，所有桨叶同时增大或者减小相同倾角，由此改变旋翼的气动特性最终改变旋翼产生的拉力大小;当操纵机构使不旋转的星型盘相对旋转轴倾斜一定角度时，桨叶周期性变距(前行桨叶与后行桨叶一个增加 B1，一个减少 B1)。

驱动电机固定于飞行器的外壳体上，驱动左右两个电机反向等速旋转，两个电机分别带动各自连接的电机转动杆转动。电机转动杆带动转动杆运动，使得下支撑盘相对旋转轴整体上升或者下降。上下联轴器分别与内轴、外轴固定连接。下支撑盘通过轴承与下转动盘连接，可相对于旋转轴整体上升或者下降，通过下转动盘上的下固定板、下固定件带动下变距摇杆运动。下变距摇杆与下桨叶转动件铰接。下桨叶固定件固定于下联轴器上。下桨叶转动件连接桨叶，可相对于下桨叶固定件转动。这样，一对下桨叶便完成了对桨距角的改变(同时增大或者同时减小)。同理，上支撑盘在上下盘连接棒的带动下随下支撑盘整体上升或者下降，使上桨叶操纵部件完成相同的动作，一对上桨叶随之实现桨距角的相同变化。因此，旋 翼飞行器的拉力大小可被改变。

驱动左右两个电机同向等速旋转，两个电机分别带动各自连接的转动杆转动，使得下支撑盘相对于旋转轴倾斜，通过下支撑板、下固定件，带动下变距摇杆运动。下桨叶固定件固定于下联轴器上。下桨叶转动件连接桨叶，相对于下桨叶固定件转动。由于下支撑盘发生相对于旋转轴的倾斜，其左右两侧的下变距摇杆发生反向运动，因此一对下桨叶的旋转方向相反。在上下盘连接棒的作用下，上浆叶操纵部件完成与下桨叶操纵部件相同的动作，一对上桨叶也进行方向相反的旋转。旋翼的上、下桨 盘相对于旋转轴完成了向某一方向的倾斜，即拉力作用线发生改变，飞行器的飞行方向也随之发生改变。考虑到共轴双旋翼桨叶扭转和折叠翼安装的角度要求，该桨叶操纵机构应该具有较大的角度变化范围。

从古至今，人类对飞天梦一直都有着浓厚的兴趣。继莱特兄弟成功实现人类历史上的第一次飞行试验以来，历经百年的发展，航空科技取得了极大的进步与发展，人类开始设计并制造各种类型的飞行器，并将其用于不同的航空领域。随着社会的进步，飞行器的种类和使用范围也大大增加，飞行器先后出现了用于军用的战斗机、轰炸机、侦察机等;用于民用的运输机、林业机等。除了这些常见大型飞行器以外，更多的微小型飞行器也被研制和使用，广泛应用于无人侦察、现代救援、玩具等领域。飞行器也发展出了不同的形式，有固定翼型飞行器、旋翼型飞行器、变形翼型飞行器。其中旋翼型飞行器又分为单旋翼加尾桨型飞行器、共轴式旋翼无尾桨型飞行器、多旋翼型飞行器等。共轴双旋翼型飞行器与其他类型飞行器相比，具有操纵性能好、飞行安全可靠性高、可进行悬停飞行并且飞行效率高、机动性能优越、有效载荷能力强、自身结构紧凑等特点。

因此，共轴式结构在飞行器设计中被广泛采用，国内外对共轴双旋翼飞行器开展过许多研究。桨叶的翼展大小直接决定飞行器的升力大小，为了尽可能在增大旋翼桨叶翼展的同时不增加飞行器的尺寸，特将折叠翼的设计引入，与共轴双旋翼相结合，以满足升力提升和结构尺寸紧凑的设计要求。

桨叶是飞行器的关键部件，它既是飞行器的升力面，同时也是主要的操纵面。随着理论分析方法、加工技术和工艺、材料的进步，桨叶形状已经由简单的矩形桨叶发展为复杂的扭转桨叶。不同的旋翼桨叶形状与不同的飞行器结构，需要不同的操纵机构。桨叶作为飞行器升力提供部件，其操纵机构负责飞行器升力大小的调整与飞行器航向的控制。它被分为全差动操纵方式、半差动操纵方式、磁粉控制器操纵方式、翼尖气动控制操纵方式等类型。桨叶操纵机构设计的优劣对飞行器的飞行性能有着至关重要的影响。

旋翼(rotor，lifting rotor)又称"升力桨"、"主旋翼"或简称"升桨"、"主桨"。由连接于旋翼桨毂的两片、三片或数片桨叶(目前最多七片)组成。旋翼相当于旋转的机翼，当它旋转时，产生空气动力，如升力和拉力，用以保持直升机的飞行。旋翼还具有操作面的作用。

旋翼按其结构型式可分为全铰接式(铰接式)、半铰接式(半刚接式)和无铰接式(刚接式)三种。全铰接式旋翼通常有三个铰:挥舞铰(水平铰)，摆振铰(垂直铰)和变距铰(轴向铰)。

早期的直升机，桨叶和桨毂为刚性连接，前飞时，前行桨叶和后行桨叶的升力差，使直升机产生横侧倾复力矩，同时桨叶根部承受很大的静、动弯曲载荷，寿命很短。为了消除前飞时的横侧倾复力矩及改善旋翼在挥舞面和旋转面的受力状态，提高寿命，引进了挥舞铰和摆振铰，形成全铰接旋翼。但全铰接式旋翼的桨毂构造复杂，笨重，气动阻力大，制造成本和维护费用高。因而发展了半刚接式旋翼。

随着智能材料技术的发展及其在旋翼飞行器减振降噪等方面的应用潜能，智能旋翼技术己成为国内外直升机新技术领域的一个研究热点。智能旋翼概念是通过主动控制旋翼桨叶外段的翼型迎角变化，进一步控制桨叶气动力分布，从而达到旋翼减振降噪的目的，目前，智能旋翼技术研究仍处于概念研究阶段。主动扭转智能旋翼桨叶其原理是:在具有弯扭耦合的主动扭转梁上下表面分段粘贴压电材料层，通过主动扭转梁的分段弯扭耦合驱动来产生梁的主动扭转输出，进而带动桨叶外侧的桨尖扭转，由于外侧桨尖处于高动压区，一般只需很小的附加扭转即可达到振动控制的效果。智能旋翼的减振机理分析，实质是一个旋翼气动弹性分析过程，需要建立基于压电复合材料层合梁的气弹耦合分析模型，分析压电复合材料层合梁的主动扭转响应，通过与三维实体分析结果及原理模型试件的试验结果对比，验证模型的有效性和可靠性。