Далин В.Н. Конструкция вертолетов, страница 10

При изгибпом флаттеро лопасть колеблется в плоскости взмаха по форме, близкой к какому-нибудь одному топу собственных колебаний лопасти на изгиб, и закручивается по форме, близкой к форме первого тона собственных колебаний на кручение. Лопасть НВ, в отличие от крыла, имеет шарнирное крепление к втулке в горизонтальной и вертикальной плоскости, а также осевой шарнир, относительно которого она поворачивается. В осевом подшипнике, пагружешшм центробежной силой, при повороте лопасти возпикаег трение. Помимо центробежной силы, на момент трения в осевом шарнире влияет величина предварительной затяжки упорного подшипника.

Сальники осевого шарнира дагот значительный момент трения, пе зависящий от величины действующей центробежной силы. Трение в осевом подшипнике повышает критическую скорость флаттера. Эффективность фрикционпого трения уменьшается с ростом угловой скорости относительных перемещений в осевом шарнире при вынужденных колебаниях лопасти. Поэтому критическая скорость флаттера в полете уменьшается, т.к. с увеличением скорости полета относительные перемещения в осевом шарнире обычпо возрастают, Маховоо движение лопасти, наличие компенсатора взмаха и принудительное циклическое изменение углов установки лопасти в значителыгой степени усложняют расчет критической скорости флаттера НВ.

53 Улучшение флаттерных характеристик лопасти НВ достигается перемещением к передней кромке ее центра тяжести и уменьшением компенсатора взмаха. При этом положение фокуса должно быть возможно более задним. Таким образом, при конструировании лопасти необходимо правильно задавать ее поперечную центровку.

Обычным способом создания необходимой поперечной центровки является рациональное распределение материала лонжерона по хорде лопасти, максимально допустимое облегчение ее хвостовой части. Корректировка центровки лопасти осуществляется установкой в ее посовой части противовеса — балансировочного груза на внешней по радиусу части лопасти. Опыт эксплуатации вертолетов показывает, что удовлетворительной величиной является цептровка лопасти с радиуса от У> 0,6 до г= 1,0 порядка 23 — 24% хорды лопасти (считая от передней кромки). В некоторых случаях эта величина может значительно измениться, Очень важным параметром, сильно влиязощим па критическую скорость флаттера, является жесткость на кручение лопасти и жесткость системы управления углом ее установки — С „(рис.

2.3.9). При конструировании элементов механической силовой системы управления (автомата перекоса, качалок управления, шарнирных узлов, узлов крепления бустеров) необходимо стремиться к увеличению их жесткости и устранению свободных люфтов в шарнирных узлах. Несущие и рулевые винты должны быть проверены на флаттер. Для обеспечения безопасности от флаттера необходимо, чтобы на всех режимах полета критическая скорость флаттера У, была пе менее чем на 20% выше максимально допустимых скоростей полета на этих режимах, а критические частоты вращения и ф должны не менее чем на 20% превышать максимально допустимые частоты вращения винтов при эксплуатации на каждом режиме полета.

У,~„и пф„должны определяться путем расчетов на флаттер, натурных наземных испытаний винтов на флаттер. В отдельных случаях следует использовать результаты испытаний динамически подобных моделей в аэродинамических трубах на всех режимах полета. Результаты испытаний моделей и расчеты на флаттер уточняются на основании результатов специальных частотных испытаний натурного вертолета. При натурных наземных испытаниях вертолета необходима проверка наличия необходимого запаса по поперечной центровке лопа- сти. При этом флаттер не должен возникать во всем диапазоне рабочих частот вращения винта вплоть до и „при установке на лопастях НВ провоцирующего груза, укрепленного на задней кромке лопасти и смещающего назад эффективную поперечнуго центровку лопасти.

Масса груза выбирается так, чтобы компенсировать неблагоприятное влияние условий полета на безопасность от флаттера во всем диапазоне скоростей, а также максимальный разброс по поперечной центровке из-за допусков, принятых при изготовлении лопасти. Рис. 2.3.9. Схема шарнирного крепления лопастей НВ к втулхе: 1 — ступица втулки; 2 — ВШ; 3 — демпфер; 4 — ОШ; 5 — поводок управления шагом лопасти, играющий такзсе роль регулятора взмаха; 6 — тяга управления; 7 — шарнир; 8 — ГШ1 Н — направление вращения; С вЂ” зкесткость силовой проводки уп- увс равления углом установки лопасти. Сверху — схема изменения угла е установки лопасти при ее взмахе под действием регулятора взмаха Если величина пф„существенно зависит от изменения температуры окружающего воздуха, типа смазки и др., то необходимо увеличить провоцирующий груз для учета влияния этих факторов.

55 Значение запаса по эффективной поперечной центровке для наземной проверки лопастей на флаттер для вертолета каждого типа устанавливается исполнителем. Отсутствие флаттера в полете должно быть подтверждено в процессе летных испытаний путем измерения характерных для флаттера параметров на скорости, равной 1,1У з„, но не более г' „„+ 30 км/ч. При этом допускается полет со снижеьзием. 2.ЗЛ. ПОСЛГДОВАТВЛЬНОСТ1> ФОРМИРОВАНИЯ УПРУРО-МАССОВЫХ ХАРАКТВРИСТИК ЛОПАСТИ НВ 1, На основании данных технического задания на проектирование лопасти НВ вертолета формируется КОС лопасти.

2, Проводится статический расчет лопасти, и проверяются условия пвз„= ~а„,„~; уа= ~уз~ Если какие-нибудь из условий не выполняются, то рассчитываются поправки на увеличение моментов инерции сечений и производится пересчет силовых элементов сечений лопасти, Определяются толщины конструктивных элементов для сечений по всей длине лопасти. Вычисляются все геометрические, массовые и цеитровочпые характеристики лопасти: моменты инерций в плоскостях наибольшей и наименьшей жесткости; положение главных осей сечений; масса лопасти; ее центровка и т.п.

Параллельно с этим подсчктывазотся жесткости на кручение сечений и определяются критические напряжения потери устойчивости пилгней панели лонжерона. 3. Определяются эффективная центровка лопасти и, если она оказывается больше заданной, производится расчет необходимой массы противовеса, который распределяется в передней части профиля. 4. Определяются частоты и формы собственных колебаний лопасти в плоскостях наибольшей и наименьшей жесткости и, если частоты не удовлетворяют условиям отстройки от гармоник внешней нагрузки на заданную величину, формируются данные для программы перераспределения сосредоточенных масс и моментов инерции по радиусу лопасти. Применение КМ позволяет формировать нзгибнузо и крутильную жесткости лопасти соответствующей ориентацией армировки без изменения массы лопасти. 5.

Находятся поправки к распределению жесткости лопасти и массы по длине лопасти, и тем самым осуществляется отстройка 56 от резонансов. При этом вариации моментов инерции, необходимые для корректировки частот колебания лопасти в плоскости тяги, реализуются непосредственно в изменении толщин сечения силовых элементов. Вариации моментов инерции, необходимые для изменения частот колебания в плоскости вращения, получаются как за счет изменений положения поредней и задней стенок лонжерона по хорде лопасти, так и ширины стрингера и малых добавок в толщинах носовой оковки и хвостовой обшивки.

Таким образом, обеспечивается независимая отстройка частот колебания лопасти в плоскости тяги и в плоскости вращения. Увеличение или уменьшение только массы лопасти без изменения жесткости, потребное для корректировки частот колебания как в одной, так и в другой плоскости, достигается за счет противовеса.

6. Находятся поправки для ширины и полокзения лонжерона вдоль хорды, толщип носовой оковки и хвостовой обшивки, необходимые для обеспечения приемлемого уровня напряягения сжатия в нижней панели лонжерона и крутильной ясесткости сечения. 7. Определяются все интегральные характеристики лопасти после нескольких итераций. После этого процесс формирования параметров лопасти па основе статических расчетов заканчивается. 8. Проводится расчет «земного» резонанса вертолета и,если это необходимо, корректировка частоты первого тона собственных колебаний лопасти в плоскости вращения. 9.

Проводится расчет лопасти на крутильно-маховой флаттер. Необходимый запас по эффективной центровке на заданной скорости полета обеспечивается корректировкой массы противовеса. Воли расчетные напряжения превышают допустимые, корректируют моменты инерции сечения лопасти. 2.8.8. КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ СТЫКА ЛОПАСТИ С ВТУЛКОИ Особое внимание при конструировании лопасти уделяется формированию комлевой части, где осуществляется переход от регулярной зоны лонжерона к стыковочным болтам лопасти.

Стыковочные узлы лопасти с элементом втулки (рис. 2.ЗЛО, а) пагружаются изгиба1ощими моментами в вертикальной М„,„„и горизонтальной М„,„„плоскостях, растяжением от центробежной силы Рч, крутящим моментом М„„, шарнирным моментом М„, и перерезывающими силами Р„„и Р„„. 57 Плоскость стыка Мш в 1Ъс. 2З.10. Конструктивно-силовая схема узлов стыковки лопасти: а — расчетная схема погружения стыковочного узла; б — типы стыковочных узлов: 1, 2 — гребенчатые стьаси с горизонтальным и вертикальным расположением болтов; 3 — фланцевый сгпык; 4 — телескопический стык; 5 — резьбовой стьсс1 в — формирование потока напряжений в зоне гребенчатого стыка: 1 — 1 — регулярная зона; 2 — 2 — зона концентрации напряжений" 3 — 3— расчетная зона на усталость гребенчатого стыка, и — разнос стыко- вочных болгпов; с — ширина гребенчатого соединения 58 Величины сил и моментов, приходящихся на стыковочный узел, определяются режимом полета и носят динамический характер.

Главной задачей при конструировании этого узла является обеспечение его надежности в процессе эксплуатации вертолета. Основное в решении этой проблемы — конструктивно-технологические мероприятия, направленные на смягчение концентраторов сил н напряжений в зонах болтовых соединений и применение запасов прочности, обеспечивающих максимальную надежность всех элементов стыка. Возможные КСС стыков показаны на рис.

2.3.10, б. В частности, наибольшее распространение получили гребенчатые стыни с горизонтальным (рис. 2.3.10, б, поз. 1) или вертикальным (рис. 2.3.10, б, поз. 2) расположением стыковочных цилиндрических или конических болтов, В зоне стыка (рис. 2.3.10, в) концентрация напряягений определяется конфигурацией гребенки и ее жесткостью. Конфигурация определяется расстоянием между осями стыковочных болтов Ь и шириной гребенчатого соединения с. Равномерный поток напряхзопий в регулярной зоне 1 — 1 при переходе в нерегулярную зону 2 — 2 претерпевает изменение направления и плотности. Возникают «застойные» зоны а, Ь. По ширине стыка за счет упругости проушин происходит норавномерноо нагруягепис стыковочного болта по длине.

Поэтому при выборе формы зоны гребенчатого соединения необходимо стремиться к созданию плавного поля напряжений и обеспечению соответствующей упругости проушин. Необходимо иметь в виду, что расчетным случаем для проушины монсет быть сечение 3 — 3, т.к. за счет выноса болтового соединения 3 консоль работает па усталость при изгибе. Для повышения несущей способности гребенчатого стыка необходимо включить ребра жесткости И.