基础知识 | 直升机上的离合器

动力、传动、旋翼可以说是直升机上的三大动部件，其中，离合器在动力传递的过程中发挥着十分关键的作用。

那么，直升机上有哪些离合器？有哪些用途？又有哪些特点呢？

常规离合器

由于桨叶惯量大，对于活塞式发动机或固定涡轮发动机，当发动机启动时通常得让旋翼脱开，否则可能会损伤发动机，或无法启动。离合器的作用就是，发动机启动过程中使旋翼与发动机脱开，让发动机空转，当发动机状态稳定后，再逐渐接合，之后发动机逐渐承担旋翼负载。

其中，主要有带传动离合器和离心式离合器两种型式。

（1）带传动离合器

对于配置活塞式发动机的直升机，通常利用带传动将发动机功率传输至传动系统。其中，下带轮连接发动机输出轴，上带轮连接传动轴，如下图所示。发动机刚启动时，皮带处于松弛状态，不会将发动机转速传递到上带轮，当发动机滑油温度、压力等均处于正常范围内后（热车完成），借助电动马达推动，离合器丝杆伸长使皮带张紧，上下带轮逐渐同步转动，最终实现稳定传动。

使用带传动离合器带来的益处就是，可以在没有负载的情况下，用很小的油门量就可以启动发动机；同时也存在弊端，那就是如果油门操纵不合适，很可能会导致发动机超转。

下图为R22直升机带传动离合器布置图。

（2）离心式离合器

离心式离合器主要由主动轴、匣块、弹簧、鼓轮等组成。其中，内部主动轴直接连接发动机轴，鼓轮与传动系统相连，如下图所示。

当发动机低速运转时，弹簧控制匣块收紧，不与鼓轮接触，也就是发动机空转；随着发动机转速提高，离合器匣块离心力增加、逐渐向外移动，当匣块与鼓轮接触后，逐渐带动传动、旋翼旋转。由于离合器的接合取决于匣块离心力的大小，因此不能传递大于额定扭矩的载荷。

通过下面的视频可以更加直观地了解离心式离合器的工作原理。

对于使用自由涡轮发动机的直升机，因为燃气涡轮和动力涡轮之间不存在机械连接、但是存在气动耦合，所以不需要上述离合器。发动机启动时，燃气涡轮的加速主要受到来自于动力涡轮的阻力，而不会受到传动和旋翼惯性的影响；随着燃气压力增加，动力涡轮逐渐带转旋翼、并达到额定转速。

单向离合器

直升机升力主要来自于桨叶，因此需要确保发动机失效时桨叶仍然能够自由旋转。那么，单向离合器的作用就是：当发动机输出转速（内座圈）低于旋翼转速（外座圈）时，让发动机自动脱离旋翼，从而旋翼/尾桨在气动力和惯性力作用下继续旋转。

最常用的单向离合器是楔块式单向离合器，如下图。

单向离合器的工作特点是仅允许动力单向传递。当发动机带动内座圈旋转时，离合器内部的楔块被压紧，从而带动外座圈旋转，进一步带动旋翼旋转；如果发动机失效，或旋翼传递至外座圈的转速超过发动机传递至内座圈的转速，楔块被释放，内外座圈可以相对自由，如下图所示。

对于单向离合器，需要布置于发动机与主旋翼传动之间，比如，活塞式发动机通常布置在上带轮，涡轴发动机布置在附件齿轮箱。最鲜明的特点就是，只要出现转速差（外座圈转速＞内座圈转速），旋翼与动力即分离，离合速度快。

实际上，日常生活中的自行车、摩托车、汽车内部都存在单向离合器，比如下图，脚蹬正转时，楔块被压紧，驱动车轮前进；脚蹬反转时，楔块被释放，车轮处于自由运动状态。

通过下面的视频可以更加直观地了解单向离合器的工作原理。

总结

常规离合器的作用在于，发动机启动时，分离旋翼和发动机，降低发动机感受到的负载；发动机状态稳定后，接合旋翼和发动机，使发动机驱动旋翼旋转。

单向离合器的作用在于，旋翼超转时能够快速脱开，使旋翼储备动能，让驾驶员尽可能以自转下滑方式安全降落；避免发动机被旋翼带转，造成损伤。

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