CN1030303C - 直升机的机身结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直升机机身，该机身包括一个与前部结构、后部结构及起落架相连接的中部结构，该中部结构支承着一个变速箱、一个主旋翼和至少一台发动机(50)，该机身的中部结构包括一个构架(16)，该构架上装配有确定机身外形的蒙皮构件。中部结构的构架(16)基本上为一个平行六面体，它由构架壁板(28、30、32、34、36、38)组装而成。本发明特别适合在轻型直升机中应用。

Description

本发明涉及一种直升机的机身，该机身包括一个与前部结构、后部结构及起落架相连接的中部结构，该中部结构支承着一个变速箱，一个主旋翼和至少一台发动机。该中部结构包括一个构架，该构架上装配有确定机身外形的蒙皮构件。

虽然根据本发明设计的机身结构可以具有许多种用途，但本文将在下面主要详细介绍轻型直升机的结构特别是带有机舱的轻型直升机结构，该机舱相对于直升机横向平面为悬臂式安装，该直升机的垂线通过主旋翼的浆毂中心。

按照一般设计，轻型直升机的总体结构应包括执行不同功能的三个主要部分。

第一部分称为中部结构，它是一个刚性组合件，各种飞行状态下作用在直升机上的所有力，特别是由主旋翼、尾部螺旋浆、起落架及被运送的载荷等所产生的力都被传递到该中部结构上。

该中部结构还可用作直升机的各种零部件的支承装置，特别是作为变速箱、主旋翼、发动机和油箱的支承装置。

第二部分称为后部结构或尾梁，它与中部结构相连接，主要用来支承后面的尾部螺旋浆。后部结构一般为壳式或硬壳式，它由框架（或构架）组成。框架通常为圆形或接近圆形，具有很大的刚性 。框架的外面包围着预受应力的蒙皮，该蒙皮增强了后部结构的刚性，为增强其纵向抗弯能力，在框架上使用了例如纵梁。该后部结构通常用螺栓或铆钉固定在中部结构的后表面上。

第三部分又称为前部结构或环形框架，通常它是由一个焊管构架或复合材料构件组成的，形成驾驶舱框架，在该框架上固定着各种舱门、顶板和气泡式暸望盖。该驾驶舱结构通常用螺钉或铆钉固定在机舱地板上和中部结构的前表面上。

对于中部结构的设计，曾经提出过各种方案，其目的特别在于大大提高它的刚性。

根据最初的设计，中部结构包括一个管形格子结构架，在该构架上面装有固定（或可拆卸）的蒙皮零件以及其它可拆卸的元件例如舱门等，它们构成直升机机身中部的外蒙皮。

为了加强中部结构的刚性并简化它的制造，有人建议用两个框架或刚性框架，或用加强的坚固隔板成形框架来制造中部结构，中部结构的外轮廓与该机身的形状相一致。这两个框架用可提高结构刚性的承力蒙皮构件连接在一起，框架外形与机身的外形相一致，同时还可用几根纵梁来加强它的纵向抗弯强度，以便形成一个壳式或硬壳式结构。这两个框架也可与纵梁（或大梁）以及非加强的薄蒙皮（它们构成机身的外蒙皮）连接在一起，从而形成一个薄腹板结构，或半承力蒙皮结构，和/或纵向隔板。

这样，中部结构就具有箱形舱形状，并且通常在其下部用环形框架结构来加强。悬臂伸出的环形框架前部至少支承着机舱和驾驶舱。箱形舱形状的中部结构还包括几个可以通向燃油箱以及一个（或几个）运输舱的侧向出入口。

这种结构的主要缺点是结构复杂，生产费用昂贵，从而使它在直升机上的使用受到限制。另外更主要的是，它的承载能力和装载方式都减少了。

本发明的目的在于克服这些缺点。

为了达到这个目的，本发明提出的这种直升机机身的特征在于它的中部结构的构架基本上为由各个构架壁板组装在一起而成的六面体。

这种棱柱形的中部结构的刚性构架，可以用一般的平板材料制造，从而降低了生产成本。此外，这种构架刚性很好，它构成直升机的主要结构，飞行时作用在直升机上的所有力都通过它来承受。

该构架的形状最好基本上为平行正六面体，它由前、后两块横向壁板，两块侧向壁板以及上、下两块壁板组成。

按照本发明的一个最佳实施例中，每块横向壁板都横向延伸，从而形成机身的一个横向隔板，该隔板的外轮廓基本上对应于机身外形的相应横截面的形状。

因此该中部结构的构架特别适合于安装一组蒙皮构件，例如构成直升机外蒙皮的整流罩和外壳，但这种蒙皮构件并不能加固该中部结构。

每块横向壁板上都可以有一个中央开口，这样可使进入六面体构架的内部容积更加方便。

该进入开口的尺寸可以大到用两块侧向壁板来限定它的侧向边界位置。

同样，每块侧向壁板上也都可以有一个中央开口。

另一方面，该六面体构架的内部容积至少由一块水平隔板所隔 开。

因此，可以方便地把该构架的内部容积分为几个具有专门功能的容积。

按照本发明的一个最佳实施例，该构架通过使用上、下两块水平隔板被分隔成三层区域。

因此，上水平隔板可以通过上水平壁板以及横向和侧向壁板的相应部分相互配合形成该构架的上箱形舱，该箱形舱构成一个抗扭翼盒并且还可以放置燃油箱。

与之相对称，下水平隔板可以通过与下水平壁板以及横向和侧向壁板的相应部分相互配合形成该构架的下箱形舱，该箱形舱也构成一个能放置燃油箱的抗扭翼盒。

上、下水平隔板的相对表面构成了中部结构的载荷舱的顶板和地板，通过在横向和/或侧向壁板上的各自的中央开口就可容易地进入该载荷舱。

为了增加该载荷舱的承载能力并简化进入该舱的方法，最好在横向壁板上提供一个由上、下水平隔板来限定其垂直方向边界位置的中央开口。

同样，在侧向壁板的中央开口也可由水平隔板来限定其垂直方向边界位置。

根据本发明，该直升机机身的前部结构可以包括两根纵梁，它们分别与中部结构构架上的侧向壁板下部相连接。

因此，从机舱传向构成箱形舱的中央构架下部的各种载荷力就能得到理想的传递。

按照本发明的一个最佳实施例，每根纵梁中的一部分可以与相 应的侧向壁板形成一个单件。

因此，可以以较低的价格生产与中部结构连成一体的部分前部结构，并且还可以增强力的传递。

本发明的另一个特征在于，该前部结构包括一块机舱地板，该地板基本上在下水平隔板的外延处延伸。

因此，当中部构架的前横向壁板上有一个由下水平隔板限定其垂直方向边界的很大的中央开口时，该机舱地板和下水平隔板就基本上形成了一个连续的承载平面。

本发明的再一个特征在于，该前部结构包括用来把它固定在中部构架的前横向壁板上的固定装置，该固定装置可用来实现前部结构和中部结构的连接。

同样，后部结构上也包括用来把它固定在后横向壁板上的固定装置和最好是固定在部分后横向壁板上的固定装置，这部分后横向壁板限定了中部构架的上抗扭翼盒的边界位置。

附图中的各零件均有数字编号，以便对本发明有更清楚的了解，相同的编号表示相似的零件。

图1为轻型直升机的局部侧视图，该直升机的中部结构是按照本发明的有关教导进行生产的。

图2是和图1相似的侧视图，但它以分解的方式示出了各个零件，以便显示中部构架的全部形状，该构架也是根据本发明的有关说明进行生产的。

图3为中部构架的一个最佳实施例的透视简图，组成该构架的各个壁板用实线或虚线示出，图中还使用点划线来示出各辅助零件的轮廓。

图4为一种六面体构架的六块主要壁板的透视图，在这些壁板上各自均有开口。

图5是和图4相似的壁板透视图，但图中已将前横向壁板取走。

图6为后横向壁板的详细透视图。

图7是和图5相似的壁板透视图，图中示出了用来隔开六面体构架的内部容积的两块水平隔板。

图8是和图7相似的壁板透视图，图中已将两块横向壁板中的一块取走。

图9为后横向壁板和具有两块侧向壁板的一个实施例的改型方案的透视图，每块侧向壁板上都有一个前纵梁部分。

图10是和图9相似的透视图，图中进一步示出了组成中部构架的其它壁板、水平隔板以及前纵梁的加强件。

图11是和图10相似的透视图，图中示出了主要用作机舱地板的辅助零件和辅助隔板结构。

图12为该直升机机身的侧视图，图中示出了中部构架中的载荷舱的第一种加载方式。

图13为图12中的直升机的局部截面顶视图。

图14-21是与图12和图13所组成的一组视图相似的几组视图，它们示出了一种直升机的各种加载方式和使用方式，该直升机机身是根据本发明的有关说明进行生产的。

图1中的直升机包括中部10、前部12和后部14。

中部10由图2中所示的中部构架16组成，该构架上装有各种蒙皮零件，例如上蒙皮18和下整流罩20。

前部12包括座舱盖22和舱门24。

根据一般设计，后部14由一个尾梁组成，该尾梁在下文中不再做详细说明。

中部10还可以容纳一个起落架26，例如一种滑撬型的起落架。

根据本发明，直升机结构中的中部10包括中部构架16（具体在图4至6中示出），该构架的形状基本上是平行六面体。

中部构架16由前横向壁板28、后横向壁板30、左侧壁板32、右侧壁板34、上水平壁板36和下水平壁板38组成。

前横向壁板28用来支承直升机的前部结构，它横向伸出到由左右侧向壁板32、34和上水平壁板36所界定的矩形的外面，从而构成机身的一个横向隔板。横向壁板28的轮廓39基本上与直升机机身中部的外轮廓形状相对应。

前横向壁板28上有一个矩形中央开口40，该开口的宽度应沿横向一直延伸到侧向壁板32和34。

后横向壁板30用来支承尾梁和滑撬型起落架的后横梁，它在侧向壁板32和34的两侧横向伸出。后横向壁板的轮廓42与机身的中部的一部分外形相对应。

后横向壁板30上有一个矩形中央开口44，该开口的尺寸与矩形中央开口40的尺寸相同（图6）。

相互平行的侧向壁板32和34基本上为矩形，每块壁板上都各自有一个矩形中央开口46和48。

上壁板36是一块坚固的矩形板，它用来支承主变速箱、旋翼主轴的吊杆（图3中用50表示）、发动机以及主旋翼的控制元件 。

壁板28、30、32、34和36可以用例如压制铝合金制成。通过在一道工序中对金属的板坯进行多次局部冲压锻打即可获得一块坚固的壁板，并且通过使用例如型材（例如鱼尾板）可获得连接面上的若干个凸缘孔，这些凸缘孔对于和其它壁板之间的连接是必需的。

在改型方案中，这些壁板还可以用例如复合材料制成。

下水平壁板38最好做成铝/蜂窝式多层结构（特别是用该壁板来支承油箱重量时），这在下面还要说明。

本发明的六面体构架16的内部容积被分割成三个水平层叠的容积。

具体通过图7和图8来说明这种结构方案。图中示出了上横向隔板52和下横向隔板54。

横向隔板52和54由基本上为矩形的壁板组成。

横向隔板52和54应垂直放在限定开口40、44、46和48的边界位置上，这些开口各自位于相应的垂直壁板上。

下横向隔板54最好用压制铝合金制成，它从顶部以密封的方式隔出第一隔舱或下箱形舱56。

平行六面体的下箱形舱56构成一个抗扭翼盒以及一个下燃油箱。

下横向隔板54必须能拆卸下来，以便为软油箱（图中未示出）提供一个出入口。该油箱装有燃油，它被放在下箱形舱56中。

上横向隔板52最好制成蜂窝多层结构，它从下部以密封的方式隔出一个隔舱或上箱形舱58。

平行六面体的上箱形舱58构成一个抗扭翼盒以及一个上燃油箱。

上横向隔板52应设计成能拆卸下来，以便允许装有燃油的软油箱进入。

由图3可见，该直升机的前部结构包括两个前纵梁60和62，以便形成一个被称作环形框架的结构。

前纵梁60和62沿横向用横梁（图中未示出）相连接，并且用一张轻合金板64构成全部或部分的机舱地板。

由图9和图10中的实施例可见，前纵梁60和62基本上由侧向壁板32和34的两个延长部分66和68组成，它们用与侧向壁板相同的材料制成。

这些前纵梁用辅助水平板70和72以及横向端板74和76来加固，见图10。

由图11中的实施例的改型方案可见，机舱地板可以由一张水平板78构成，前纵梁的加固可以用一块前横向板80来完成。

在改型方案中，前纵梁60和62可以做成和侧向壁板相分开的单独零件，并且可以通过鱼尾板固定在中部六面体构架16的下抗扭翼盒56的下部侧面上。

后横向壁板30用来安装尾梁，该尾梁可以由例如一张蜂窝多层接触的蒙皮构成，该蒙皮可以通过构成硬壳机身结构的框架或刚性框架来加固。

尾梁最好用螺栓分散地固定位于限定上部抗扭翼箱形舱58的后横向壁板30上部的4个角的位置上。

由图3和图11可见，中部构架16可以用水平搁板结构82 来完成，该水平搁板在横向壁板28和30之间纵向延伸，可用来横向安放例如电气设备的元件等。

本发明的六面体中部构架的结构设计使得它可以用平面构件来制造。这些平面构件很容易制造，而且和加工用来制造硬壳机身的形状很难加工的中部构架构件所必需的设备相比，只需要不太复杂和不太贵的设备。

这些平面壁板可以快速而可靠地进行装配。

该直升机机身在其中部的外形由蒙皮零件所形成，这些蒙皮构件不承受主要载荷。

六面体构架内部容积的最佳使用使得以下情况成为可能：通过把该内部容积分隔成三个层叠的垂直容积，在上部和下部产生了两个抗扭翼盒，它们是优良的受力装置;减少了中部构架的总的质量;简化了后部结构在中部构架上的固定。

六面体构架内部容积的分隔还使得在其中心区腾出一个很大的被称做载荷舱的承载容积。

在该载荷舱的四个垂直面上，都有一个很大开口，以满足直升机的多用途使用。

该载荷舱的前部可以装有一个舱门，该舱门打开可通向机舱，载荷舱的地板由下横向隔板54构成，该地板最好一直延伸到机舱地板的延长部分。

该载荷舱的后部（也就是说超出后横向壁板30的那部分）用蒙皮成形门来关闭，因而又为机身的中部与尾梁之间提供了附加的连续空气动力流动。

中部构架16的侧向蒙皮件可以在左右侧装一个其尺寸大小与 载荷舱的侧面开口大小相同的舱门。

具有4个开口（其尺寸与舱门或蒙皮成形门一致）的六面体载荷舱有许多用途，图12至图21中用图说明了这些用途。

从图12和图13可以看到这种载荷舱的一般用途，图中行李舱型式的载荷舱84具有很大的承载容积，人们可以从不同的侧面或后面进入该载荷舱。

图14和图15示出可以横向运送一个长度和重量都很大的、从侧向穿过开口46和48的载荷86。由于载荷基本上在旋翼浆毂中心的下面横向延伸，所以不会引起直升机质量中心的改变，这一点是一个很大的优点。

在图16和图17中示出了可以纵向运送一个长度很长的载荷88，该载荷可以通过开口40延伸到载荷舱之外，载荷的一部分可以进入机舱（例如可以预先卸下一个或几个后排座位）。由图16和17可见，在打开后面的舱门后，载荷可以沿纵向向后穿过后横向壁板30上的中央开口44伸出到机身中部的外面，这样做并不会与位于后开口44上方的与抗扭翼盒相连接的尾梁发生冲突。

在图18和图19中示出了可使用本发明所述直升机用担架90运送医疗后的病员的情况，例如可以使担架在导轨上滑动，从后面送入机内。

这种输送方法在所有的舱门关闭后就可以飞行，此时机中可以携带医疗护理小组中的2名医护人员或携带其中的一名医护人员和一台医疗设备。

在图20和21中示出了从侧面用担架90在医疗后送病员上 直升机的情况，在关闭了所有舱门以后，直升机即可进行运送。和前述的方式相比，这种医疗后运送方式允许将担架用绞盘提升上机或就在地面上机，此时驾驶员可从他的座位上用眼睛进行监视。此外，这种方式可使伤病员和医护人员减少与发动机排出的废气相接触并且远离转动着的旋翼。医疗人员还有一个较方便的通向舱门的进出口以便把担架抬上直升机。

还可以有一些其它用途，特别是应用来运送笨重附件，例如只要打开载荷舱的侧向舱门，就可以用于农用喷洒，进行这项工作不会影响直升机质量中心的位置。

本发明的结构还可以使维修工作更加方便，此时载荷舱的侧门槛处就可以作为维修技术人员对上水平壁板36上的各种主要机械零件进行维修的场所。

当需要对燃油箱进行维修时，该载荷舱还可使维修人员方便地接近可拆卸的水平隔板，这些隔板把装有燃油箱的隔舱关闭。

最后，本发明的结构对于在机身中部构架和外蒙皮之间的各个空间中安装各种飞行操纵系统（不管是否为刚性系统）提供了许多可能性。在打开检查口以后，就可以很方便地接近飞行操纵系统，进行各种维修工作。

Claims (17)

1、一种直升机机身，该机身包括一与前部结构(12)、后部结构(14)和起落架(26)相连的中部结构(10)，该中部结构支承着一个变速箱、一个主旋翼和至少一台发动机(50)，该机身的中部结构包括构架(16)，该构架上装配有确定机身外形的蒙皮构件，其特征在于，所述的构架(16)为一个由六块间隔开的构架平面壁板(28～38)组装在一起的基本为六面体形状，所述六块构架平面壁板(28～38)由一块前横向壁板(28)，一块后横向壁板(30)，两块侧向壁板(32，34)，一块上水平壁板(36)及一块下水平壁板(38)组成。

2、如权利要求1所述的直升机机身，其特征在于：所述六面体大致为平行正六面体形状。

3、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：横向壁板（28、30）中的每一块壁板都沿横向延伸，从而形成了一块横向隔板，该隔板的外轮廓（39、42）基本与机身外形的相应横截面形状相同。

4、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：至少有一块横向壁板（28、30）有中央开口（40、44）。

5、如权利要求4所述的直升机机身，其特征在于：该中央开口（40、44）的侧向位置由两块侧向壁板（32、34）所限定。

6、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：至少有一块侧向壁板（32、34）上有中央开口（46、48）。

7、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：六面体构架（16）的内部容积由至少一块水平隔板（52、54）所隔开。

8、如权利要求7所述的直升机机身，其特征在于：六面体构架（16）的内部容积由上水平隔板（52）和下水平隔板（54）在垂直方向分隔成三层容积。

9、如权利要求8所述的直升机机身，其特征在于：上水平隔板（52）与上水平壁板（36）、横向壁板（28、30）以及侧向壁板（32、34）的相应部分相互配合构成中部构架的上箱形舱（58）;下水平隔板（54）与下水平壁板（38）、横向壁板（28、30）以及侧向壁板（32、34）的相应部分相互配合构成中部构架的下箱形舱（56），以及上水平隔板（52）和下水平隔板（54）的两个相对表面构成了载荷舱的舱壁和地板。

10、如权利要求8并结合4所述的直升机机身，其特征在于：在横向壁板（28、30）上的每个中央开口（40，44）在垂直方向的边界位置由上水平隔板（52）和下水平隔板（54）所限定。

11、如权利要求8所述的直升机机身，其特征在于：在侧向壁板（32、34）上的每个中央开口（46、48）在垂直方向的边界位置由上水平隔板（52）和下水平隔板（54）所限定。

12、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：前部结构包括两个前纵梁（60、62），它们分别与侧向壁板（32、34）的下部相连接。

13、如权利要求12所述的直升机机身，其特征在于：至少每个前纵梁（60、62）的一部分与相应的侧向壁板（32、34）构成一个单件。

14、如权利要求8所述的直升机机身，其特征在于：前部结构包括机舱地板，该地板基本上在下水平隔板（54）的外延处延伸。

15、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：前部结构包括用来把它固定在前横向壁板（28）上的固定位置。

16、如权利要求2所述的直升机机身，其特征在于：后部结构包括用来把它固定在后横向壁板（30）上的固定装置。

17、如权利要求16所述的直升机机身，其特征在于：后部结构包括用来把它固定在后横向壁板（30）的某部分上的固定装置，该部分限定了上箱形舱（58）的边界。

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