Далин В.Н. Конструкция вертолетов, страница 5

Расширение сортамента полуфабрикатов (увеличение числа типоразмеров). Применение при малых нагрузках тонкостенных катаных профилей или профилей из листового материала. 5. Сужение поля допускоп на полуфабрикаты, литье и штампованные детали, уменьшение плюсовых допусков. б. Уменыпепие числа технологических разъемов. 7. Применение для соединений сварки (в частности, диффузионной), склейки, пайки, не ослабляющих основную конструкци|о и допускающих использование материалов малых толщин. 8, Уменьшение массы стыковочных злемептов соединения за счет применения: а) болтов из титаноаых сплавов; б) облегченных болтов: полых, с уменьшенной длиной резьбы, с округлыми головками, облегченных гаек; в) болтов из алюминиевых сплавов для неответственных соединений; 25 г) хомутов и других крепежных деталей из перфорированной ленты.

9. Использование новых материалов и прогрессивных методов для декоративной покраски, герметизации и защиты от коррозии. 10. Тщательное выполнение сопрягаемых деталей, исключающих возникновение нсрасчетных нагрузок и применение компенсаторов, прокладок, шпаклевки, герметиков, изливтне мощного крепежа и т.д. 11. Широкое применение химического фрезерования для получения деталей с переменными и минимальными сечениями. 12.

Применение упрочняющей технологии: дробеструйной обработки, обкатки роликами, дорнования и т.д. 13. Селективная выборка материалов по физико-химическим характеристикам — если невозможно добиться стабильных свойств при их изготовлении. Глаеи 2. НЕСУЩИЙ ВИНТ 2.1. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ НЕСУЩЕГО ВИНТА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ Несущий винт состоит из лопастей и втулки. Лопасти создают потребную подъемную силу. Втулка представляет собой кинематический механизм, обеспечивающий движение и угловые перемещения лопасти в вертикальной и горизонтальной плоскости под воздействием аэродинамических и инерционных сил, а также поворот лопасти для управления ее подъемной силой.

Процесс создания НВ выполняется в определенной последовательности: 1. Выбор основных параметров НВ: диаметра ЗНН, количества лопастей з; заполнения и; окружной скорости вращения вЛ. 2. Аэродинамическая компоновка лопасти (внешний облик лопасти): выбор форм в плане; формы профилей сечений, относительной толщины сечений с и распределения крутки ф по радиусу лопасти. 3. Определение предельных углов отклонения лопасти гр, ~ при управлении вертолетом на всех расчетных режимах его полета.

4. Конструирование лопасти: выбор материала лонжерона н каркаса, формы лонжерона с учетом предшествующего опыта и действующих конструкторско-технологических и эксплуатационных ограничений; формирование сечения лонжеропа по хорде и радиусу лопасти на основе статического расчета па прочность; корректировка массово-жесткостных характеристик лопасти с целью отстройки от резонанса на рабочих частотах вращения НВ и обеспечения достаточных запасов азроупругой устойчивости (расчетпые виды флаттера, дивергенция, вземной» резонанс). 5. Конструирование втулки НВ: выбор кинематической схемы втулки с учетом заданной гистограммы углов отклонения лопастей и требований эксплуатации (складывание лопаотей на стоянке и т.п.); выбор материала элементов втулки; выбор типа шарниров (подшипники качения, скольжения, упругие элементы); выбор типа демпфера вертикального шарнира; конструктивно-технологическая разработка элементов втулки (определение геометрических размеров и формы, упрочняющая тохнология поверхности и т.п.).

Б. Изготовление экспериментальных натурных образцов элементов НВ. 7. Испытания на прочность и ресурсные испытания элементов НВ на натурном стенде, корректировка технической документации на изготовление элементов НВ. 8. Летные исследования кинематических характеристик втулки и лопастей 1?В. 9. Серийное производство лопастей и втулки НВ.

Гистограмма (сталб гатал диаграмма) — совокупность смежных прямоугольников, настроенных па одпои линии. Площадь ггаждого прлмоугольника пропорпиональна частоте нахолгдонил данной величины я иаучаемой совокупности. 27 2.2. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕМЕНТАМ НЕСУЩЕГО ВИНТА НВ вертолета с элементами его крепления, включая: лопасть, втулку с сочленениями и подшипниками, демпфер, рычаг поворота лопасти, крепление втулки винта на валу главного редуктора (ГР), вал ГР, картер ГР (если он входит в силовую схему конструкции), крепление ГР к фюзеляжу (редукторная рама), кабан или колонку НВ и ес крепление к фюзеляжу — должны удовлетворять следующим требованиям.

Конструкция лопастей должна обеспечивать заданные характеристики аэродинамического контура и балансировку в пределах,которые позволяют эксплуатировать вертолет с учетом установленных ограничений, ресурсов и сроков службы. Лопасти винтов должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить препятствующее нормальной эксплуатации скопление воды в любой их части.

Лопасти рекомендуется оборудовать системой сигнализации повреждения лонжерона. При наличии сигналиэатора ресурс лопасти с момента его срабатывания должен быть не меньше максимальной продолжительности полета, установленной для вертолета данного типа. Прочность обшивки лопастей НВ должна проверяться па совместное действие нагрузок от изгиба лопасти в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости, от кручения, а также максимальных местных аэродинаиических нагрузок и внутреннего давления. Жесткость лопасти на кручение относительно ее продольной оси в совокупности с жесткостью проводки управления долягна быть достаточной для приемлемого уровня нагрузок, безопасности от флаттера и потери управляемости. Статическая прочность НВ и его крепления должны проверяться на нагрузки летных и тех наземных случаев нагружения, которые являются расчетными для рассматриваемых элементов конструкции.

Кроме того, статическая прочность крепления НВ проверяется на нагрузки посадочных олучаев нагружения. Для исключения опасных в отношении прочности явлений резонанса расчету нагрузок должно предшествовать определение частот собственных колебаний лопасти в плоскостях взмаха и вращения. При этом следует учитывать граничные условия ее закрепления в эксплуатационном диапазоне частот вращения НВ. 28 Статическая прочность подшипников втулки НВ должны быть достаточной, чтобы выдержать нагрузки, приходящиеся на подшипники в случаях натруженна в маневренном полете и при воздействии неспокойного воздуха. Ресурс подшипников должен определяться ва основании испытаний на износ изолированных шарнирных соединений и (или) агрегатов в целом виде на стендах или при наземных ресурсных испытаниях.

Для определения ресурса подшипников берется минимальный результат, полученный при испытании не менее трех образцов. При составлении программы испытаний на износ разрешается принимать, что продолжительность горизонтального полета на малых скоростях составляет 1096 ресурса, полета на крейсерской скорости — 80% ресурса и полета на максимальной скорости — 109а ресурса.

Результаты наземных ресурсных или натурных стендовых испытапий могут быть использованы для оценки прочности отдельных агрегатов вертолетов, если уровень действующих при этом напряжений не меньше полетного. Для определения напряженности, проверки запасов до автоколебаний, исследования вибраций, определения динамических характеристик конструкции лопасти проводятся стендовые испытания под действием заданных нагрузок. Кроме стендовых проводятся и другие виды испытании: по определению прочностных характеристик материалов, определению напряжений при помощи различных моделей из оптического активного материала, ресурсные испытания и испытания в условиях реальной эксплуатации. Испытания выполнятотся различными способами: без вращения винтов на специальных стендах в лаборатории, на стендах с вращением — специальных башнях или винтовых приборах па базе натурного вертолета, в аэродинамических трубах.

Лопасти НВ обязательно подвергаются усталостным испытаниям с целью определения долговечности конструкции под вовдействием переменных нагрузок для последующего установления ресурса и для контроля качества серийной продукции. Как правило, испытываются типовой отсек и комлевой участок. Испытания выполнязотся на резонансных стендах. Нагрузки создаются с помощью инерционного вибратора, установленного на отсеке лопасти. Кроме переменных поперечных нагрузок, предусматривается приложение и статической подгруэки от центробежной силы.

Часто регистрируют также скорость роста усталостных трещин, что позволяет обоснованно устанавливать периодичность осмотров конструкции в эксплуатации, повысить живучесть конструкции. 29 Особенностью усталостных испытаний является необходимость повторений их для многих однотипных объектов, что объясняется существенным случайным разбросом характеристик долговечности. Испытания по флаттеру винта производятся на моделях в аэродинамических трубах, обязательно на натурном вертолете в наземных условиях при раскрутках НВ. Измерения нагрузок на лопасть в полете могут быть правильно поставлены и проведены только на основе предварительных расчетов и стендовых испыганий. Ценность натурных летных испытаний в том, что все явления протекагот беэ искажений, связанных с нарушением подобия, со схематизацией конструкции, способов приложения нагрузки и др, Возможно создание вертолетов — летающих лабораторий для исследования новых конструкций, ранее не изученных явлений.

Недостатком является повышенная в ряде случаев опасность испытаний. При проведении летных испытаний измеряют напряжения в лонжероне лопасти НВ, в ее обшивке, моменты кручения и шарнирные момонты лопастей, силы в системах управления, моменты и силы в валах НВ и РВ, напряжения или изгибагощие моменты в лопастях РВ, деталях втулок.

2.3. ЛОПАСТИ НЕСУЩКГО ВИНТА 2.3гп ВЫБОР МАТЕРИАЛА ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ЛОПАСТИ Условия работы лопасти НВ вертолета во многом отличаются от условий работы крыла самолета. Основная особенность в том,что действующие на нее нагрузки являются переменными во времени. Поэтому пря выборе материала элементов лопасти в качестве главных выдвигаются следующие требования: — усталостная прочность: трещиностойкость (сопротивление распространению усталостпой трещины) и слабая чувствительность к концентраторам напряжений; — неизмонность механических свойств материала элементов и их соединений от заданного времени эксплуатации, температуры и атмосферных условий окружающей среды; — технологические требования: возможности производства по обеспечению заданных форм сечения элементов конструкции; повышение ресурса элементов конструкции методами упрочнения; контроль за качеством соединений и заданными геометрическими 30 размерами при изготовлении элементов конструкции в процессе сборки лопасти; ремонтопригодность конструкции лопасти в процессе ее эксплуатации.