Далин В.Н. Конструкция вертолетов (553618), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Вертолет, будучи устойчивым при малых амплитудах колебаний лопасти, может стать неустойчивым при болыпих амплитудах, превосходящих порог возбуждения. 100 Рис. 2.4.22. Зависимость работы демпфера г1 за период колебания от амплитуды колебаний Ь О, а — потребное демпфирование; Ь вЂ” располагаемое демпфироеание; с — порог еозбумдения 40 11а рис. 2.4.22 покаааны зависимости работы А от амплитуды колебаний Ц О лопасти (при неизменной частоте колебаний).
Если кривая а характеризует потребное демпфирование лопасти, то кривая 6 соответствует располагаемому демпфированию ступенчатого демпфера, фактически имегощегося на вертолете. При колебаниях лопасти с амплитудой д, О < с, О демпфирование будет больше потребного, при колебаниях с амплитудой с с> с Π— будет недостаточным. Амплитуда колебаний д О и есть порог возбуждения, Ее значение определяется из формулы 4МО се= яч 1 вт' л где МΠ— момент затяжки демпфера, выбираемой из соображепия прочности комлевой части лопасти; ч ~ — частота колебаний лопасти; и „"""" — потребный коэффициент демпфирования.
Таким образом, если вертолет получил какое-либо возмущение (толчок), в результате которого начались колебания (и вертолета, и лопастей), то при амплитуде колебаний лопасти, меньшей с О, двия«ение будет устойчивым — колебания аатухпут; в противном случае возникнут нарастающие колебания вертолета. Для исключения етого недостатка демпфер долнсен обеспечивать большое демпфирование при низких частотах колебаний («земной» резонанс) лопасти и малое демпфирование при частоте колебапий, равной частоте вращения НВ (и выше). Такими характеристи- 101 ками обладает пружинно-гидрав- Р Р лический демпфер (рис. 2.4.23). Он состоит из последовательно соединенных упругого элеменрис.
2.4.23. Схема аруминно- та с жесткостью с и собственно гидравлического демефера демпфера с характеристикой к, Характеристики с и к выбираются так, чтобы обеспечить достаточное демпфирование при «земном» резонансе, иметь малые изгибающие моменты на лопастях при поступательном полете. Пружинный демпфер дает «упругость» в ВШ, а ее наличие снижает значения потребного демпфирования.
Упругим элементом н пружинно-гидравлическом демпфере может быть стальная пружина, резиноная втулка, радиальная металло-резиновая втулка. Запас демпфирования по «земному» резонансу обеспечивается соответствующим выбором характеристик шасси. Резина-металлические демпферьк Резина отличается высоким внутренним трением, проявляющимся при циклическом деформировании в виде гистереаисных потерь. Они характериауются коэф- 2~ фициентом поглощения у=, представляющим собой отно- ЛпЛе' шение работы у', рассеянной в течение цикла к упругой энергии ЛоЛа — соответствуюгцсй амплитудным значениям папряжепия Лп и деформации Ле. Для демпфирующего элемента выбирают марки резины с болыпнми коэффициентами ц~.
Демпфер данной конструкции представляет собой резиновые слои, чередующиеся с л«веткой металлической арматурой, допускающие большие линейные перемещения за счет упругих сдвиговых деформаций. Резино-металлический демпфер ВШ по своим геометрическим размерам и массе, стоимости изготовления и затратам в процессе эксплуатации вертолета имеет существенные преимущества перед пружинно-гидранлическим демпфером. В практике вертолетостроения демпферы нашли применение и имеются большие перспективы широкого их ннедрения. В частности, резиио-металлнческие демпферы ВШ установлены на втулках экспериментального верта- лета Боинг-360.
102 2.5. РУЛЕВЫЕ ВИНТЫ 2.5Л. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЭЛЕМЕНТАМ РВ Рулевой винт (РВ) и его крепление включают в себя: лопасти, втулку, рычаг поворота лопасти, крепление втулки РВ, вал редуктора РВ, картер редуктора (если он входит в силовую схему конструкции), а также крепление хвостового редуктора к ф|озеляжу (хвостовой или концевой балки). РВ должны иметь удовлетворительные азродинамические характеристики как при работе на режиме висения, так и при поступательном полете. При работе на различных летных режимах винт должен создавать минимально возможные вибрации за счет правильного выбора его параметров.
Основной задачей при конструировании винта является обеспечение приемлемого уровня переменных нормальных напряжений в лопасти и деталях втулки от действия изгибающего момента в плоскости вращения. Для РВ характерной является работа на многих режимах при больших углах установки лопастей. При отсутствии шарнира, позволяющего лопасти совершать колебания в плоскости вращения, изгибные колебания в двух плоскостях — наибольшей и наименьшей жесткости — прн угле установки р я 0 оказываются связанными, Вто значит, что одновременно происходит нагиб лопасти как в плоскости наибольшей, так и в плоскости наименьшей жесткостей.
Отстройка от резонанса совместных изгибных колебаний н корнолисовых сил решается соответствующим выбором кинематической схемы втулки, жесткостных и массовых характеристик лопасти. Изменепие жестностн лопасти (в основном в комлевой ее части) в плоскости врапвения в сторону увеличения или уменьшения дает возможззость устранять резонанс. Одним из аффективных способов снижения нагрузок является применение компенсатора взмаха. Установка в системе путевого управления автоматов — ограничителей угловой скорости разворота — сниягает нагрузки в РВ.
22С2. КОНСТРУКТИВНО-КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ВТУЛОК РВ РВ одповинтового вертолета предназначен для уравновешивания реактивного момепта НВ и путевого управления. Несмотря па простоту требований к нему (изменение величины тяги) он работает в более тяжелых условиях, чем НВ. К особенности динамики 103 РВ относится то, что при разворотах на режиме висения с большой угловой скоростью ю„(более 1 рад/с, что соответствуот развороту на 360 менее чем за 6 с) лопасти нагружазотся значительными переменными изгибающими моментами, создаваемыми силами Кориолиса. Нагрузки на випт существенно зависят от частотных характеристик лопастей, поэтому рулевые винты подразделяются на несколько основных типов: РВ повышенной жесткости, РВ понижепной жесткости (полужесткие), РВ на кардапе, докритические РВ.
Винтпьз повышенной жесткости применялись на вертолетах Ми-1, Ми-4, Ми-6. Втулки зтих РВ имели ПЛ и ОШ. Шарниры, аналогичные ВШ ВНВ, применяемые для снижения нагрузок в плоскости вращения, на этих винтах отсутствовали. Это можно объяснить вертикальным расположением плоскости вращения РВ, а также недостатком знаний истинных величин нагрузок при проектировании первых вертолетов. Отсутствие ВШ вызывает появление в лопастях изгибающих моментов в плоскости вращения практически па всех режимах полета. Винты этого типа относительно просты по конструкции, однако у них был серьезный недостаток — значительное снижение частоты собственных колебаний лопасти Р„при увеличении угла Х1 установки лопасти ю (рис.
2.5.1, а). В области больших углов установки имеет место близость к резонансу со 2-й гармоникой внешних нагрузок, что приводило к резкому возрастанию нагрузок. Такая ситуация обычно возникает на режимах разворота, когда кориолисовы нагрузки максимальны. Вследствие этого режим разно- рота вносит наибольшую повреждаемость в конструкцию, хотя продолжительность его относительно невелика. В отличие от НВ, для которых главным является обеспечсние прочности ат переменных нагрузок в плоскости взмаха из-за большой массовой характеристики лопасти, основная проблема РВ связана с обеспечением динамической прочности лопасти и втулки в плоскости вращения. Поэтому детали втулки и лопасти таких винтов имели большие моменты сопротивления, а следовательно, и большую массу.
В результате увеличивалась центробежная сила и натруженность подшипников ГШ и ОШ. Все это обусловливало значительнузо массу РВ повышенной жесткости, отнесенной к их тяге. Нагрузки в плоскости вращения у этих винтов могут быть снижены при наличии компенсатора взмаха лопасти й. Можно считать, что при и= 1 реальная амплитуда махового движения лопасти относительно ГШ уменьшается в ~Г2 раз, а амплитуда переменных 164 6) Вььк Чгьь в) Рис. 2.5.1. Конструктивно-кинематические схемы рулевых винтов: а — рулевой винт повышенной хесткости; б — рулевой винт понихенной жесткости; в — двухлопасгпной рулевой винт со общим горизонтальным шарниром; г — рулевой винт на кордонном подвесе; д — рулевой винт с вертикальными и горизонтальными шарнирами 105 изгибающих моментов от кориолисовых сил уменьшается в два раза.
Однако практическая реализация этого конструктивного решения затруднена. Колебания лопастей относительно ОШ, обусловленные компенсатором взмаха, ааметно снижают несущую способность этих узлов, и в результате приходится увеличивать их габариты и массу. Недостатком винтов этого типа являлось также то, что их относительная масса возрастала при увеличении массы вертолета. Эти обстоятельства заставили обратиться к новым, более совершенным схемам РВ на вертолетах следующего поколения. Винты пониженной жестноспьи (полужесткие) имеют частоту собственных колебаний Р ниже 2-й гармоники, но выше 1-й х1 (рис.
2.5.1, б). Расчеты показали, что' не удается обеспечить частоту Р с 2 ю (го — угловая скорость вращения винта) простым уменьХ1 1пением жесткости лопасти в комле, т.к. при этом из-за снижения момента сопротивления напряжения превышают допустимые. Для снижения частоты до значений (1,5 — 1,8) оз потребовалось применить специальное конструктивное решение — создать в комле лопасти участок с пониженной жесткостью ("шею"). Поскольку прочность винта в месте расположения «шеи» снижается, то на винтах пониженной жесткости необходимо применять компенсатор взмаха и= 0,6 — 1,0.
Особенностью винта этого типа является возможносгь возникновения хордового флаттера при 1р> 1р „. Подобная неустойчивость присуща практически всем винтам с жестким креплением лопастей к втулке в плоскости вращения из-за малого демпфирования колебаний по консольной форме. Хотя при создании этих винтов и возникают определенные трудности, они относятся к перспективным типам РВ. Основным преимуществом карданных винтов (рис. 2.5.1, в) является низкий уровень кориолисовых нагрузок в плоскости вращения и разгрузка подшипников кардана от центробежных сил. Наличие вардана на втулке РВ приводит к изменению угловых скоростей винта и хвостового вала. Вследствие значительной податливости валов хвостовой трансмиссии инерционные силы существенно снижаются.
Снижение кориолисовых нагрузок позволяет уменьшить массу винтов. У РВ вертолета Ми-2 наличие компексатора взмаха не вызывает качательного движения в ОШ, т.к. место соединения тяги управления с рычагом поворота лопасти располо- 106 жено па оси повернутого ГШ. Зто облегчает работу ОШ и упрощает его конструкцию. Хотя на карданных винтах кориолисовы нагрузки по низшим гармоникам были значительно снижены, зти винты не обладали требуемой весовой эффективностью. По сравнению с винтами, имеющими индивидуальные ГШ, у кардаппых винтов появля<огся дополнительные собственные частоты н формы колебаний в плоскости взмаха, вызывающие увеличение напряя<ений в лопастях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
