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直升机电动绞车的发展及应用研究

发布时间:2022-08-15 00:11:20 作者:KOK平台首页 来源:KOK网页在线登录

  摘 要:电动绞车是直升机重要的选装设备之一,电动绞车可以在直升机悬停状态下,进行人员救生,将伤员或人员从地面提升到直升机机舱内;在直升机悬停状态下,提升加油管,进行直升机悬停加油,减少直升机的加油时间,即减少飞行任务的准备时间;在绞车的吊钩上挂上缆绳,进行人员的索降,使人员快速下降到地面上执行任务;提升和运输轻型的货物;高空吊升人员进行高空作业等工作。随着直升机技术的不断进步发展,电动绞车技术也在不断的完善,并在越来越多的领域里发挥着不可替代的作用。

  直升机作为旋翼航空器的一种,其历史相对于定翼机是较短的,1930年现代直升机第一次飞行成功,40年代初开始有小批量的生产,1945年才正式作为飞行器提供使用。由于直升机具有悬停能力,无需跑道起降的能力,使得其具有定翼机不可替代的作用。

  随着直升机在人类生活各方面日益广泛的运用,其在抢险救援,医疗救护、公安执法、交通管理、消防救火、反走私与缉毒等公共事务中的卓越表现越来越受到公众的注意。在发达国家中直升机在公共事务中的应用,已成为民用直升机的又一个热点。

  直升机所安装的绞车通常是以液压、电源等作为动力,通过缠绕钢索或缆绳来提升有效载荷的一种直升机选装设备。即当需要绞车作业时,就快捷地安装上绞车进行作业;当不需要进行绞车作业时,能很方便的拆下绞车,减轻直升机的重量,便于直升机进行其它飞行作业。

  绞车伴随直升机的发展是用已有几十年的时间,目前广泛用于军队、海洋、民用等领域。尤其在近几年,在经历了东南亚大海啸后,绞车的作用日益凸显。美国要求所有的直升机必须加装绞车,已备在应急情况下进行人员救生、高空作业等工作。

  绞车的主要功用将以旋翼机为主进行简要介绍。因为绞车在旋翼机上的应用十分广泛,而在定翼机上仅在大型货机上使用。绞车在定翼机上用于提升货物,或将货物拉进货舱。

  1)直升机在悬停状态下,进行人员救生,将伤员或人员从地面提升到直升机机舱内;

  2)直升机在悬停状态下,提升加油管,进行直升机悬停加油,减少直升机的加油时间,即减少飞行任务的准备时间;

  3)在绞车的吊钩上挂上缆绳,进行人员的索降,使人员快速下降到地面上执行任务;

  5)按照救生绞车的额定载荷级别分有:300磅(136公斤),450磅(204公斤),500磅(227公斤),600磅(272公斤)等;

  6)按照救生绞车钢索的有效长度分有:45米,50米,60米,76米,90米等;

  由于国内总的直升机保有数量太少,故绞车的数量相对国外来说,差距较大。目前国内主要绞车的型号、供应商及具体应用情况参见表1。

  每个电动绞车均由驱动系统、钢索缠绕系统、电气控制系统、吊钩等部件组成。驱动系统包括电机、减速机构等部件。钢索缠绕系统包括钢索、缠绕钢索的鼓轮等部件组成。电气控制系统包括操纵手柄、控制盒、行程控制开关等零部件。

  I类绞车的典型特点是电机、减速系统、行程控制部件等均安装在绞车本身的整流罩内。钢索仅上下运动。整个系统体积减小,迎风面积小,有利于提高直升机的飞行气动性能。

  II类绞车的典型特点是部件外露,在直升机上安装一般需要整流罩。鼓轮只进行旋转运动;钢索保持架沿导向轴运动。即钢索除上下运动外,还有沿导向轴的横向运动(往复运动)。

  机舱内的电动绞车安装于直升机机舱内。扳动吊臂伸出机舱外,锁定吊臂,进行吊升作业。该电动绞车安装/拆卸比较繁琐,而且会占用机舱内有限的空间,它的优点在于不会影响直升机的飞行气动性能,适用于专业用于救生的直升机,在国内外应用较少。在多数情况下用户更倾向于机舱外安装的电动绞车。

  I类绞车(结构简图参见图1)鼓轮除转动外,还有轴向运动,这样对于钢索而言,钢索只有上下运动。II类绞车(结构简图参见图1)则相反,鼓轮只有转动,没有轴向运动,而钢索除有上下运动外,还有横向的运动。

  I类绞车的这种工作方式带来的好处就是,减小了钢索保持件的扭矩和摩擦力,降低了电机的功率需求,即提高了效率。同时提高了绞车零部件的使用寿命。

  在绞车的发展之初,就存在这两种设计理念,但当时由于技术的原因,I类绞车一直就处于探索、验证阶段。近几年由于技术的进步,I类绞车的设计理念达到了实际应用阶段。当直升机进行吊升作业,吊升后的飞行过程中,避免不了钢索有一定的摆角。I类绞车有更大的摆角,达±60°。II类绞车仅能达到±30°I类绞车普遍采用了钢索自动张紧装置,延长了钢索的寿命,减少了维护时间和工作。同时I类绞车独特的钢索导向滚轮优化了受力结构,延长了部件的使用寿命。此外I类绞车由于采用了无刷电机,延长了电机寿命及减少了维护工作,降低了用户的维护成本。相对于II类绞车,I类绞车有较高的性价比,长的使用寿命和维护间隔时间。

  我公司已在Z9直升机多个型号上安装了电动绞车,其中Ⅰ类绞车主要为GOODRICH公司的44301型电动绞车,Ⅱ类绞车主要为GOODRICH公司的76370型、76378型以及BREEZE EASTERN公司的20200型电动绞车。由于Ⅰ类绞车相对于Ⅱ类绞车具有较高的性价比、较长的寿命时间,较长的维护间隔时间等优点,我公司目前主要选用GOODRICH公司的44301型Ⅰ类电动绞车。以下将以Ⅰ类电动绞车为例进行说明。

  为使电动绞车的安装更加简便快捷,以及保证用户在同一机型间,电动绞车及支架的互换性,我们将整个电动绞车系统分为三部分:固定部分、活动部分及剪断装置。

  固定部分:永久安装在直升机上,用于支撑或连接活动部分;包括9°框、3205框和4630框上的三个接头、绞车操作手柄挂钩、安全带挂钩、机身内部电缆等(参见图2)。

  活动部分:可从直升机上方便地拆卸下来,当执行绞车作业时,将其安装到直升机上,它包括绞车支架、绞车、绞车操作手柄、安全带、抓取杆及附带的可拆卸电缆等(参见图3)。

  剪断装置(机械):剪断装置用于当直升机发生危险时,利用随直升机提供的钢索剪子剪断绞车钢索,抛放吊物。该装置安装在直升机机舱内的4630框上。

  为了便于绞车支架的拆卸和安装,绞车支架通过三个快卸销与已安装到直升机结构上固定部分上的的3205、4630以及9°框接头连接(参见图4)。

  电动绞车在安装时应保证绞车的轴线方向与直升机的航线方向保持水平,因此在确定绞车的安装位置后,我们配钻了支架上与绞车连接孔。并通过2组螺栓将绞车固定在支架上(参见图5)。

  剪断装置安装在4630框行李舱隔板的右上部;抓取杆安装在3205框舱门附近的地板与顶棚之间;将控制手柄挂在控制手柄挂钩上并用控制手柄电缆连接到接线框座舱顶棚上的挂钩连接好。

  由于液压驱动绞车改装困难,液压油泄露等原因,渐渐退出了市场。目前I类电动绞车成为发展的主要趋势,因为其改装、拆卸方便,不需要整流罩,使绞车安装更加便捷。I类电动绞车的安装仅需2个螺栓。绞车系统(含绞车支架)在直升机上安装/分解十分方便,仅需3个快卸销,2个电缆插头即可完成全部的地面准备工作。I类电动绞车由于采用全封闭式结构,使之具有较高的性价比、较长的寿命时间,较长的维护间隔时间,从而降低了用户的使用成本以及维护成本,为用户节约了费用并减少了维护工作。目前世界上较为先进的I类电动绞车普遍采用了无刷电机、不锈钢防扭钢索、钢索导向系统、抗电磁干扰、大的钢索倾角等新技术。用户可根据本身直升机的供电方式选用直流或交流驱动的绞车,同时根据直升机有效载荷情况选用单绞车或双绞车的安装方式,以满足自身的使用要求。