Далин В.Н. Конструкция вертолетов, страница 8

Это обеспечивается технологическим процессом, который позволяет изготавливать лонягероп с переменными по длине формой сечения и толщиной степки, а также применять совместно разные типы армирующего материала с разной ориентацией. Эти важнейшие качества дают существенные преимущества не только перед металлическими лопастями, по и перед другими конструкциями лопастей из КМ; — высокая степень ремонтопригодности. Благодаря ценным свойствам КМ вЂ” высокой стойкости к концентраторам напряжений и низкой скорости разрушения материала — достигается простота и доступность ремонта даже крупных повреждений лопасти в полевых условиях; — высокая стойкость лопастей практически ко всем видам агрессивных веществ, топливам, ядохимикатам, маслам и пр.; — стабильность летно-технических характеристик лопасти в процессе длительпой эксплуатации в любых климатических условиях. Длительный опыт аксплуатации вертолетов с лопастями из КМ показал, что изменения механических свойств материала настолько незначительны, что они не влияют ни па летно-техпические характеристики, ни 'на срок службы лопастей.

На характеристини КМ в процессе эксплуатации оказывает влияние влажность. Процессы, происходящие в полимерных мате- 40 Е 'оа о о м Е К И' Е 'о ~о о „о „ о а Ф о о о 'с сс а„'сЕ о о а а ;$Е $ $..2 Р Б 3.'~~! о о а сс Е оц:о», еаЕоо О а а кто Е ссМ 5 м а о о о$" Ео ~~И! ! о а-И'о ."'Зри сс а,О "В Зя о'о а $ ~О о ! с о (~ с $ 3 о о о Е сс, М ! о оо" Е Е $ о коЕ сс, Зс ц с а ,с 3 о и о а а о оа И о Ф"- Е сс сс о, -"~ а 'о Е Е ОД 'о" а а ЕЕ о ! о3. М $ $ 41 а) б) Рис.

2.3.5. Конструктивно-силовая схема отсеков лопастей из композиционного материала: а — типовое сечение лопасти вертолета Ка-26: 1 — резиновое покрытие; 2 — стеклопластиковый носок; 3 — оковка; 4 — трубка противообледенительной системы; 5 — противофлаттерный груз; 6 — лонжерон; 7 — стеклопластиковая обшивка; 8 — сотовый заполнитель1 9 — резиновый вкладыш; б — многоконтурный лонжерон; 1...4 — стенки лонжерона; 5 — обшивка; 6 — хвостовой стрингер в — С-образная форма лонжерона: 1 — электротепловой элемент; 2 — антиабразивная накладка; 3...6 — элементы каркаса; 1 — лонжерон 42 риалах во внешней среде, существенно отличаются от коррозии металлов. Для полимерных композитов воздействие влаги связано с процессами сорбции ее связующим и межфазной границей, в результате которых наблюдается набухание матрицы и ослабление взаимодействия на границе *волокно — связующее».

Все это приводит к уменьшению прочностных свойств материала, особенно прн сжатии, сдвиге и растяжении в направлении, отличном от ориентации волокон. Наиболее критической является влажная среда при действии повышенных температур. На рис. 2.3.4 приведена концепция производства лопасти вертолета ОН-47/СН-йьб, выполненная из КМ. Лонжерон изготовлен методом намотки.

Методом выкладки ткани сформулирован лонжерон вертолета Ка-26 (рис. 2.3.5, а). Для повышения живучести лопасти и критических напряжений потери устойчивости нижнего пояса лонжерона применяется многоконтурный лонжерон (рис. 2.3.5, б). Силовым элементом лопасти может быть лонжерон С-образного сечения (рис. 2.3.5, в). 2.3.2. ФОРМИРОВАНИИ УПРУГО-МАССОВЫХ ХАРАКТВРИСТИК ЛОПАСТИ НВ Прн конструировании агрегатов вертолета следует стремиться к максимально возможному сниженизо их массы. Это требование особую важность представляет для лопасти НВ, поскольку от ее массы зависит действующая на нее центробежная сила и, как следствие, масса втулки.

Однако при этом имеют место ограничения, определяемые минимально осуществимой конструктивно-технологической массой лопасти. Уровепь действующих в лопасти переменных напряжений и имеющиеся запасы при некоторых видах потери устойчивости (по- воротно-маховый, хордовый и срывной флаттер, дивергенция и др.) зависЯт от массовой хаРактеРистики лопасти уо. с'р,ь„с* рь„ где С вЂ” производная коэффициента подъемной силы С по углу У У атаки профиля лопасти (значения С„при определении уо принимаются равными 5,75); р о — плотность воздуха; 6 о т — хорда 43 лопасти на радиусе г= 0,7; Л вЂ” радиус лопасти; 1 — момент инерции лопасти относительно горизонтального шарнира.

Если положить 1,= йгт „В, где лз„— масса одной лопасти, 2 й1 — относительная координата центра масс по длине лопасти, то с'~,ь„в' . с, .„,. ° ° ° й О= 2Й л 2 са одной лопасти будет определяться по формуле та= — 5О7 Л Са роя где весовой коэффициент й = — " —. 2йгУо ' Отсюда следует, что весовой коэффициент й обратно пропорционален массовой хаРактеРистике уо. Чем выше уо, тем меньше масса лопасти. Поскольку обеспечить нормальную работу несущего винта удается только при значениях массовой характеристики не больше чем (уо), (считается, что для лопастей несущего винта (уо) „„= 7), то вводится понятие о минимально возможном значении весового коэффициента (й ) .,„.

Значению (уо) „= 7 соответствует величина (й );„= 5,5. Однако масса почти всех серийно изготовленных лопастей, за малым исклточением, выше, чем определяемая указанным коэффициентом (й„) Это объясняется как стремлением к снижению действующих в лонжероне лопасти переменных напряжений, падающих с уменьшением 7 о, так и тем, что более действенным оказывается другое ограничение — конструктивно-технологическое. Зто ограничение свяаано с минимально допустимыми толщинами стенок деталей лопасти. Толщины стенок лонжерона нельзя уменьшать ниже определенных пределов, исходя из технологических ограничений, допустимых деформаций на кручение, изгиба поясов лонжерона под действием аэродинамических сил, а также для исклзочепия потери устойчивости нижнего пояса лонжерона при ударе лопасти об ограничитель при остановке винта.

По эксплуатационным, технологическим и прочностнзям соображениям не удается снизить и толщину деталей каркаса. Эти и ряд других ограничений конструктивно-технологического характера приводят к относительному уве- 44 личепию массы малых лопастей. Поэтому значение й оказывается л обычно большим длл малых лопастей (Л= 4 м, й„> 12, уев - 4,5) и меньшим длЯ больших (Л> 16 м, лл= 5,5, 7Π— — 7). В свЯзи с зтим удобно ввести понятия о конструктивно-технологической массе лопасти н о массе, требуемой для обеспечения нормальной работы НВ. Совершенствование конструирования и технологии изготовления лопасти, появление новых, более прочных материалов и упрочняющих процессов обработки позволязот снижать ее конструктивно-технологическую массу, обеспечивая необходимую прочность при больших переменных напряжениях, возникающих, в частности, пРи Увеличении массовой хаРактеРистики уо. Однако атомУ снижению массы пропятствуют трудности обеспечения нормальной работы НВ.

Опыт создания лопастей показывает, что большая часть явлений, препятствующих нормальной работе НВ, достаточно легко устраняется при относительно тяжелых лопастях, когда массовая характеристика лопасти пе более чем ус= 4 — 5, и существенно труднее при относительно более легких лопастях, когда уо — — б — 7. С другой стороньд снилгение конструктивно-технологической массы оказывается более успешным для лопастей больших размеров и легко приводит к созданию лопастей с большими массовыми характеристиками, по пе позволяет получать такие же результаты для малых лопастей.

Вследствие этого для снижения массы лопастей малого диаметра требуется решение главным образом копструктивно-технологических проблем, а спин<сино массы лопастей болыпого диаметра связано с решением проблемы обеспечения нормальпой работы НВ с лопастЯми, имеющими массовУю хаРактеРистикУ уо> 7.

Для разных размеров НВ оптимальными с точки зрения минимально осуществимой массы, опрсделяемой технологическими возможностями и требованиями статической прочности, могут оказаться различпыо типы конструкции лопастей. Примепепие новых технических решений позволит снизить минимально осуществимую массу в некоторых современных конструкциях лопастей нли расширить область применения той или иной конструкции. Необходимость соблюдения других условий может заметно повлиять на данные выводы, хотя выход из положения не обязательно должен быть сопряяген с большими затратами массы. Среди многих условий, диктуемых прочностью лопасти, обязательны для выполнения два весьма важных требования статической прочности: 45 где и и о " — действующие и допускаемые при заданном д,1 ресурсе напряжения от центробежной силы. ~о ч,1 = 260 МПа ~.> доп при о = х 250 для стальной трубы, ) од,1 = 80 МПа для прес- Р .> доп сованного профиля из АВТ-РР и лонжерона из стеклопластика; гг и и — действующие и допускаемые напряжения от ИЭР ( ИЗР1 изгиба при падении лопасти на ограничитель; 脄— напряжения изгиба з лонжероне, приводящие к разрушепию лопасти; г" — козффициент безопасности (г"= 1,5); 6 — козффициепт увеличения максималгных напряжений при падении на ограничитель по отношению к напряжениям от собственного веса лопасти.

Поскольку 5 аависит от параметров лопасти и угла подъема лопасти, с которого рассматривается ее падение на ограничитель, то и ( пипг1 „3 доп также будет величиной переменной (для лопасти со стальной трубой можно принять ~с>п,„1 = 260 МПа). и 3 г1 Допустимое напря>кение в лопасти от действия центробежной силы (статическая нагрузка) сед и при заданной величине ресурса связано определенной зависимостью с амплитудой вы (рис. 2.3.6). Амплитуда изгибных динамических напряясений и характеризует усталостную прочность (выносливость) лонжерона.

Чем больше по- Рис. 2.3.б. Примерный вид диаграммы Хея 46 стоянная часть напряжения а, тем меньше амплитуда напряжений и прн которой конструкция выдерживает заданное число циклов Ф. Как видно из графика, в области постоянной части напряжения сжатия (-сг ) пределы выносливости а существенно возрастают. Это обстоятельство используется при упрочнении поверхности детали наклепом (обкаткой, виброупрочнением, дорнованием и т.п.). Выполнение этих условий необходимо и для обеспечения динамической прочности и ресурса лопасти. Выбранные значения ~ а,1 па,~ должны обеспечивать прочность лонжерона при раскрутке ~ ~хоп НВ и при падении лопасти на ограничитель свеса.