Далин В.Н. Конструкция вертолетов (553618), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В последпем случае необходимо исключить потерю статической устойчивости лонжерона. При увеличении радиуса, удлинения и массы лопасти увеличивается прогиб лопасти от собственного веса. Если не принять специальные меры, улучшающие компоновку вертолета, то прогиб конца лопасти оказывается строго ограниченным вследствие возможности задавания лопасти за конструкцию вертолета. У малых вертолетов относительный прогиб меньше, чем у больших. Поэтому проблема ограничения по прогибу лопасти особенно актуальна для больших вертолетов.
Обычно по компоновочпым соображениям у таких вертолетов относительный прогиб конца лопасти не должен превышать допустимого значения прогиба ~Рл~ Л лап ~ Р л~ 012. Если принять допущения, что моменты инерции сечений лопасти пропорциональны четвертой степени ее хорды, то прогиб конца лопасти может быть определен по выражению Й „,В 3 з где коэффициент пропорциональности й „я, характеризующий совершенство компоновки лопасти по достигнутому уменьшению ее прогиба, зависит от копструкции лопасти, материала ее лонжерона, распределения моментов инерции и погонной массы лопасти по ее длине. Этот коэффициент для ряда построенных лопастей находится в пределах йьн — — (0,38...0,5) 10 м /кг.
6 2 47 Требование статической прочности приводит к разделению лопасти на три участка по длине (рис. 2.3.7), различающихся по характеру нагружения от центробежной силы и собственного веса; балластный участок на конце лопасти  — гз, средний разрывной участок гз — г~ с предельно допускаемыми напряжениями от рас- тяжения и участок комлевого утяжеления ге — го лопасти из-за повышенных изгибающих моментов от собственного веса, появляющийся при удлинении лопасти сверх определенных значений. рис.
2.3.7. Схема изменения статических нанряхсений в зависимости от радиуса лопасти Балластный участок на конце лопасти. Коли бы технологические зозмоягности позволили уменьшить сечение лонжерона прн У= 4,0 до нуля, то протяженность балластного участка лопасти свелась бы к нулю. На балластном участке не выполняется требование равнопрочностн, т.к. ~ о н,1 > о „. Таким образом, масса лопасти 1~.~ лоп оказывается связанной с толщиной стенки концевой части лонжерона. Чем тоньше стенка концевой части лонжерона, тем ниже масса балластной части лопасти и ее общая масса, Например, весьма трудно, хотя н возможно, изготовить металлическую трубу лонжерона с толщиной стенки на конце меныпе, чем б= 2 мм для лопастей НВ диаметром .Р= 20 н 3= 3 — 4 для лопастей Р= 30 м. 48 Средний разрывной участок лонжерона.
По мере приближения к комлю лопасти от гз к г] площадь сечения лонжерона должна увеличиваться для сохранения постояннымн напряжений от центробежных сил: нп,= [ачс~ = сопз1. лап Если провести специальные иопытания, раскрутив НВ до час.тоты вращения, намного превышающей рабочую, то лопасть должна разорваться именно па этом участке — отсюда и название этого участка лопасти. Возрастает к комл1о и действующий в сечении лопасти изгибающий момент от собственного веса лопасти. На радиусе гз напрян1сния изгиба становятся равными допускаемым напряжениям о „,„= [п„„~ При малых относительных массах каркаса гз может оказаться меньше г], т.е. средний участок лопасти может пропасть, участок комлевого утяжеления лопасти может появиться у лопастей НВ особо больших диаметров и у лопастей с необычно большими удлинениями.
С увеличением поперечных размеров сечения лонжерона (при сохранении толщин его стенок неизменными) критические папряясения потери устойчивости при его изгибе в направлении действия сил собственного веса лопасти значительно падают. Мааса наконечника у существующих серийных лопастей НВ составляет обычно от 10 до 17Зб массы, лопасти. З.З.З. ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЛОНЖЕРОНА НА СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАСТИ В ПЛОСКОСТИ ВЗМАХА И ВРАЩЕНИЯ Если посмотреть резонансные диаграммы, построенные для самых различных по конструкции лопастей с шарнирными креплепиями, то оказывается, что различа|отся они незначительно.
Причем отличие чаще всего определяется разницей в жесткостях лопастей на изгиб, в меньшей степени — отклонениями в массовых характеристиках лопасти. Это объясняется тем, что конструктор в процессе работы руководствовался множеством различных требований, ограничивающих возможности варьирования параметрами лонжерона лопасти. При заданной общей массе конструкции максимально жесткая лопасть получается, если материал лонжерона расположить по кон- туру профиля, т.е. если вписать лонжерон в профиль лопасти. При атом большой процент массы лопасти можно вложить в се силовой элемент — лонжерон.
Такие лопасти обычно наиболее выгодны с точки зрения величины действующих напряжений. Более простыми в производстве оказывались лопасти со свободной формой сечения лонжерона (например, в виде трубы), не вписанной в ее профиль. Такие лопасти обладают малым сопротивлением изгибу и дают наименее удачную резонансную диаграмму при колебаниях в плоскости взмаха. По динамическим характеристикам в плоскости взмаха можно выделить следующие типы лопастей.
Лопасть, основанная на трубчатом стальном лонжероне с неработающим при изгибе каркасом, имеет малую жесткость в плоскости взмаха. У лопастей этого типа особенно резко проявляются резонансы на режимах малых скоростей полета, поэтому их ресурс, как правило, ограничивается пребыванием на режимах малых скоростей.
С увеличением жесткости частоты собственных колебаний лопасти уходят от резонансов. Конструктивно это выполняется в виде лопасти с контурным (или близким к втой форме) вписанным в профиль лонжероном — стальным, дюралюминовым, титановым нли выполненным из КМ. При конструировании лопасти необходимо также обеспечить отстройку от резонансов и в плоскости наибольшей жесткости лопасти, которая обычно совпадает с плоскостью хорд.
Потому жесткостные характеристики лопасти в атой плоскости могут изменяться в более широких пределах, чем в плоскости взмаха. Начиная с круглой трубы, сечение лонжерона может быть увеличено до размеров, занимающих практически весь профиль от передней до задней кромки. Однако здесь вступают в силу определенные ограничения. Так, увеличение ширины лонжерона по хорде обязательно приводит к сдвигу центровки лопасти к задней кромке, что обычно недопустимо с точки зрения требований, предъявляемых для исключения флаттера.
При снижении жесткости лонжерона путем уменьшения его ширины одновременно падает и крутильная жесткость лопасти. Это обстоятельство является одним из факторов, препятствузощих созданию лопастей с очень малой жесткостью в плоскости вращения. Лопасти с трубчатым лонжероном н неработающим при изгибе каркасом имеют частоты собственных колебаний в плоскости вращения примерно такие же, как и в плоскости тяги. 50 2.3.4.
СВЯЗЬ МЕЖДУ МАССОВЫМИ И ЖЕСТКОСТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ЛОПАСТИ И ЕЕ СОБСТВЕННЫМИ ЧАСТОТАМИ Необходимым условием для снижения уровня переменных напряжений в лопасти является обеспечение отсутствия резонансов частот ее собственных колебаний с возбуяздающими силами. Особенно важным это требование становится для тяжелонагруженных винтов, где может проявиться влияние срыва потока.
Собственные частоты лопасти являются функциями от законов распределения погонной массы лопасти д изгибной жесткости по радиусу Е1. В качестве критерия нагружеппости лопасти принимается величина переменных напряжений в плоскости тяги на относительных радиусах 7=0,6 — 0,8. Для некоторых лопастей элементом, определяющим ресурс, являотся комлевая часть лопасти (комловой стык, проушины крепления, участки резких перепадов жесткостей). Прочность лопасти в комле может быть повышен» местными усилениями копструкции, практически пе изменязощими общузо массу и ягесткостз лопасти. 2.3.5. ОТСТРОЙКА ОТ РЕЗОНАНСА Силы, действующие на лопасть, представляют собой суммы отдельных гармонических составлязощих (гармоник), каждая из которых зависит от параметров самой лопасти, втулки, реягима полета вертолета и изменяется с определенной частотой, кратной частоте вращения НВ.
Суммируясь на втулке по определенному закопу, переменные составляющие сил, действующих на лопасти, являются источником вибраций конструкции вертолета. Постоянные составлязощие аэродинамических сил всех лопастей, суммируясь па втулке, образуют тягу, продольную и боковузо силы НВ. Собственные колебания лопасти подчинязотся определенным закономерностям.
В процессе этих колебаний упругая линия лопасти принимает формы, близкие к синусоидам. Собственные колебания по каягдой такой форме могут происходить только с вполне определенной частотой, зависящей от жесткостных и массовых характеристик лопасти. При колебаниях лопасти в поле центробежных сил частоты собственных колебаний увеличивазотся с ростом центробежной силы. 51 Эффективным способом анализа напряженного состояния лонжерона лопасти НВ являются расчет и построение так называемой резонансной диаграммы, которая позволяет оценить возможность резонансных колебаний лопасти во всем диапазоне частот вращения НВ (рис. 2.3.8).
Резонансная диаграмма характеризует зависимость частот собственных колебаний лопасти р,. и частот гармоник аэродинамической нагрузки, возбуждавицей колебания лопасти по 1-й соб- И ственной форме, от частоты вращения винта п= — (1= 1, 2, 3„.— 2к Р/пр б К 4 е с 0 0,2 0,4 0,6 0,0 Кс Л/И раб Рис. 2.з.д. Резонансные диаграммы различнмк типов лопастей в плоскости вращения 52 число, показывающее количество воздействий возбуждающей силы па лопасть за один оборот НВ). Точки пересечения кривых (собственных частот) и прямых (частот гармоник аэродинамической нагрузки) соответствуют резонансу. На этом режиме работы НВ даже при небольшой амплитуде гармоники аэродинамической нагрузки в лопасти возникают большие переменные напряжения.
Поэтому при конструировании лопасти принимают необходимые меры для того, чтобы «отстроить> ее от резонанса по всем тонам собственных колебаний, т.е., чтобы резонансные точки располагались вне зоны рабочей частоты и раб вращения винта в полете. 2.3.6. ОТСТРОЙКА ОТ ФЛАТТЕРА ЛОПАСТГЙ Физика явлений флаттера НВ аналогична явлениям, наблюдаемым при изгибно-крутильпом и изгибно-злеропном флаттере крыла.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
