Далин В.Н. Конструкция вертолетов, страница 11

В процессе минимизации массы стыковочного узла варьируют величины Ь и с. Например, изменяя величину Ь (рис. 2.3.11), можно определить область минимальной массы стыковочного узла. Окончательное решение принимается с учетом эксплуатационных требований, в частности, удобства стыковки лопасти, Горизонтальное положение стыковочных болтов позволяет после установки нижнего болта использовать его в качестве шарнира и, повернув относительно него лопасть вверх, осуществить установку верхнего болта. При вертикальном располоягении стыковочных болтов затрудняется монтаж и демоптая~ лопастей (особенно большой длины и массы) при навеске па втулку, расположенную па большой высоте. гпсу Ри .

г.д.П. Зависимость массы стыковочного узла т „ от разноса стыковочных болтов Лг т с — масса стыковочных болтов; т — масса стыкуемых дет лей; сд Хт — масса узла стыковки су с лонастью Для повышения выносливости злементов стыка применяют современные технологические методы упрочнепия поверхности: термообработку, виброударный метод, раскатку отверстий, аптикоррозионные и антифрикционные покрытия, полировку поверхностей и т.п.

Для предохранения поверхности отверстия проушин от фрикционного повреждения при применении стыковочных болтов цилиндрической формы целесообразно устанавливать па клею в отверстия разрезную втулку (жертвенную деталь). Осевая затяжка конусных болтов в отверстии создает радиальные папрлжения сжатия на поверхности проушин и исключает фрикционную коррозию в соединении. Выносливость такого соединения существенно повышается. Недостатком конических соединений является сложность демонтажа, обеспечения вваимозамепяемости стыка и создания при затяжке конического болта напряжений изгиба в проушинах гребенки. При формировании стыковочного узла лопасти необходимо использовать все современные методы, обеспечивающие его ыаделсяость и требуемый ресурс.

Так, например, при разработке конструкции стыка лопасти вертолета Ыи-б отказались от традиционного метода соединения наконечника с лонжероном при помощи болтовых соединений. В комлевом стыке (см. рис. 2.3.2) центробежная сила от фланца лонжерона 8 передается па наконечник 1, крутящий момент передается на наконечник при помощи штифтов 15, а изгибающий момент воспринимается в зонах а и Ь. Для исключения фреттинг-коррозии в зоне Ь установлена прокладка 11 (жертвенная деталь), опорная коническал разрезная бронзовая конусная втулка 8 фиксируется гайкой 9 и пружиной 7.

60 При создании вертолета Ми-26 реализована идея монолитного узла (лонжерон — стыковочный узел за одно целое( рис. 2.3.12). Успехи в области металлургии позволили создать стальной трубчатый лонжерон с обсадным комлем. После механической обработки комлевому стыку придается заданная форма. Такое решение существенно повысило ресурс лопасти при уменьшении массы ее комлевой части. Рис. 2.з.12. Стыеовочиый узел лоласти вертолета Ми-26 Флапцовый стьпс (см. рис. 2.3.10, б, поз. 3) за счет предварительной затяхски позволяет передавать крутящий момент силами тропик по внутренним поверхностям фланца, исключая фреттингкоррозию в болтовых соодипепиях, Учитывая явление релаксации, необходимо контролировать усилие затяжки болтов, При наличии подобного стьпса установка лопастей больших размеров затруднена. Телескопический стык (ом.

рис. 2.3.10, б, поз. 4) был применен на зертолоте Ка-15. В этом стыке наиболее рационально организована передача нагрузок с лопясерона лопасти на элемент втулки. Соединение осуществляется одним болтом большого диаметра. Центробежная сила и крутящий момент воспринимаются болтом на срез, изгибающие моменты воспринимаются на базе заделки соединения 1. Для монтажа необходимо предусматривать соответствух~щий зазор в телескопическом соединении.

Однако наличие зазора является причиной фрикционной коррозии. Резьбовые стыки были применены на лонжероне Ми-6 (см. рис. 2.3.10, б, поз. Б). В металлургической промышленности не был освоен процесс изготовления единой стальной трубы для формиро- 61 ванин лонжерона с заданными параметрами. Лонжерон собирался из трех частей. Соединение осуществлялось резьбовыми муфтами в производственных условиях. Для создания нормальных условий работы элементов стыка требовалась большая предварительная осевая затяжка резьбовой муфты на специальном оборудовании.

Применение подобного соединения для стыковки лопасти со втулкой нерационально. В практике конструирования стыковочных узлов лопастей, выполненных из композиционных материалов, нашли применение следующие варианты: а) стык верхнего и нижнего поясов лонжерона с узлом крепления из металла при помощи многорядных болтовых соедипепий (рис. 2.3,13, а); б) передача нагрузок от лопасти па стыковочные болты через две втулки, установленные в комель лонжерона (рис.

2.3.13, б). Прочность композита в место болтового соединения повышают методом фольгирования комлевой части лонн<ерона. В процессе формирования лонжерона лопасти между армирующими слоями компоаита устанавливаются листы металлической (из титана) фольги таким образом, чтобы плавно нарастала жестность комля в направлении к месту стыка. Для предохранения повсрхности отверстий в композито от повреэкдения и увеличения площади смятия в отверстия на клею устанавливаются закладные титановые втулки. Передача нагрузок от лонжерона лопасти на стыковочный узел или втулку НВ в стыках а и Ь осуществляется при помощи болтов, установленных в отверстиях, просверленных в верхней и нижпей полках комлевой части лонжерона. в) ниппельпое соединение (соединение па конус) (рис.

2.3ЛЗ, в); г) передача нагрузок от лопасти па стыковочные болты через две закладные втулки, установленные в петлях комля лопасти (рис. 2,3ЛЗ, г); д) передача нагрузок от лопасти на ВШ при помощи петли из однонаправленного композита (рис. 2.3.13, д). Стыковочные узлы композитных лонжеронов рассчитываютсв на разрыв по ослабленному сечению (рис. 2.ЗЛ4, а), срез (рис. 2.3Л4, б) или смятие (рис. 2.ЗЛ4, в) композита и среза элемента крепления (рис. 2.3.14, з). Возможна комбинация этих форм разрушения. Наиболыпая прочность па растяжение болтового соединения характерна для композита с ориентацией волокон (О...+ 45'), причем разрушающие напряжения мало иаменяются в широком диапазоне соотношений продольных и поперечных слоев.

62 ~ о и О Е~ о 1 4 ! ~с 'Ф 'ц" ""Й Ф сГ $ ~ о о ~р! "о у а "о Е а 1 5 Я ! ф ~3 Ц О 3~ ~! Ю о,. о 3 ! М Ь;. ! ! 3 ~ О $ Ф, Я' ~ И ,„с~ о м 3 Ю ф Ф Я ~,, 'т Ъ О ~о~~ о 4 Ы ОЭ сб ,Я ~ а ! ~~ ~ 3 ~3 Я Ь е М'Ъ и о~~ зоЦ 3~з ьЪ Ц с2 а д;> Д Рис.

2.3.14. Формы разрушения композита в зоне размещения болтового соединения: а — разрыв; б — срез; в — смятие; г — срез болты а' — диаметр болта; с — вынос болта от кромки стыкуемого элемента; Ь, б — ширина и толщина пояса; Р— действугощая на болт сила растязкения Прочность соединения при срезе определяется в осповном межслойным сдвигом или сдвигом в плоскбсти армирования КМ. В слоистых композитах разрушающее напряжение при срезе существенно зависит от структуры материала и направления нагрухгения. С увеличением угла укладки волокон в слоях от О до 45' прочность на срез повьппается. Прочность композитов при смятии болтом представляет собой весьма условную характеристику материала, т.к.

при нагружении пакета через болт около пего устапавливается сложное напряженное состояние. В инженерном расчете соединений принимается предположение о равномерном распределении напряже- Р ний сжатия по диаметральной плоскости, т.е. гг = — (б — толщина см лб стыкуемого элемента). Установлено, что прочность композита при вмятин болтом зависит от многих факторов, основными из которых являются степень бокового стеснения стыкуемого элемента в районе отверстия; структура материала (ориентация, схема укладки и соотношение слоев); толщина соединяемого элемента. Увеличение бокового стеснения (затяжки болта) вызывает возрастание разрушающей нагруаки. Боковое стеснение предотвращает потерю устойчивости волокон в зоне контакта, а наличие шайб расширяет зону материала, воспринимающего нагрузку.

За счет установки шайб и создания небольшой предварительной затяжки нагрузка увеличивается примерно на ЗОэ/а. Наибольшей прочностью при смятии обладает материал, образованный слоями с ориентацией 0 и 45', при атом важное значение имеет последовательность расположения слоев, влияющая на напряжения межслоевого сдвига и вызывающая кромочпый эффект. Исследования влияния диаметра отверстия на прочность композита при смятии показывают, что она монотонно уменьшается с Н увеличением отношения —. б' 2.4. ВТУЛКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА 2.4 об ФОРМИРОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ СХЕМ ВТУЛКИ НЕСУН(ЕГО ВИНТА Втулки несущего винта (ВНВ) состоят из корпуса и рукавов подвески лопастей с шарнирами.

Совершенство ВНВ во многом зависит от того, насколько удачно выбраны ее основные параметры. К числу таких параметров для шарпирных винтов прелзде всего относятся: — разнос горизонтальных и вертикальных шарниров; — параметры, характеризующие кинематику НВ, т.е. определяющио характер изменения истинного угла установки лопасти от углов отклопения лопасти в плоскости взмаха )1, вращения» и коэффициента компенсатора взмаха )г, рвет= ~((), »,)г); — параметры, характеризующие нагруженность подшипниковых узлов втулки; — параметры, определяющие демпфирующий момент относительно вертикального шарнира (ВШ) Мз= ух(»») .

Несущие випты вертолетов в зависимости от того, как в них осуществляется отклопение лопасти в плоскости взмаха, могут быть разделены па три основных типа: — с горизонтальными шарнирами (ГШ) (рис. 2.4.1, а-д); — с упругими элементами, выполншощими роль ГШ (рис. 2.4.1, е, эс); — без ГШ или заменяющих их упругих элементов (рис. 2.4.1, з). В последнем случае требуемая податливость достигается подбором соответствующих жесткостных характеристик комлевой части лопасти и осевого шарнира (ОШ) втулки.

Изменение угла установки лопасти чаще всего осуществляется за счет ее поворота в ОШ. В некоторых НВ второго типа ОШ отсутствует, а угол установки лопасти меняется за счет закручиванияя упругого элемента. 65 пп ош ЫФ вЂ”вЂ” ! зш ,) ' й. ) ' ! ош ', ппвшош а) ; пиошвш в) +-ф-чв-Ч)~ —— ' ,ош пп вш г) «-ф+ —— Рис. 2.4.д Хинематические схемы втулок несущего винта; а — классическая трехшарнирная; б — с совмещенными ГШ и ВШ; в — с вынесенным ВШ; г — с вынесенным ГШ и ВШ; д — на кардане; е — с эластомерным общим шарниром; ж — полужесткие винты; з — жесткие винты 66 В практической деятельности вортолетных фирм используются кинематические схемы втулок с различным расположением шарниров относительно оси вращения НВ.