|
|
|
Лопасть несущего винта в соединении со втулкой, помимо горизонтального шарнира (ГШ), имеет еще и вертикальный шарнир (ВШ), который позволяет ей совершать колебательные движения в плоскости вращения (см. рис. 15). Движения лопасти вокруг вертикального шарнира уменьшают действие периодического изменения величин аэродинамических сил и моментов, которое проявляется на фюзеляже вертолета в виде вибраций с частотой, кратной оборотам несущего винта. За счет инерции этих движений лопасти, а также за счет работы трения фрикционных демпферов1, которыми снабжены вертикальные шарниры, в большой степени поглощается вредная работа неравномерно распределенных по азимуту аэродинамических сил, действующих в плоскости вращения несущего винта. В плоскости вращения на лопасть действуют силы сопротивления воздуха, кориолисовы силы, центробежные силы и силы инерции. Силы сопротивления воздуха в случае вертикального полета или висения в любом азимутальном положении лопасти примерно одинаковы. В горизонтальном полете, где, как известно, имеет место косая обдувка винта и поле скоростей не симметрично относительно продольной плоскости вертолета, величина сил сопротивления воздуха изменяется периодически за один оборот в зависимости от азимутального положения лопасти (рис. 35). Разница в величинах сил сопротивления в азимутах φ == 90° и φ = 270°, конечно, не будет такой относительно большой, как разница в величине скоростей обтекания лопасти, так как маховые движения ее относительно горизонтального шарнира перераспределяют истинные углы атаки, а значит, и силы сопротивления. Тем не менее некоторая неравномерность распределения сил по азимуту остается, в результате чего на втулку винта будет действовать переменный по величине момент. 1 Вместо фрикционных демпферов могут применяться гидравлические, когда работа неуравновешенных сил гасится работой жидкости, перетекающей сквозь малые отверстия (аналогично работе масла в амортизационной стойке в шасси). Кориолисовы силы возникают на лопасти вследствие того, что она наряду с вращательным движением вокруг оси несущего винта совершает еще и маховые движения вокруг горизонтального шарнира. Механика возникновения кориолисовых сил на лопасти несущего винта показана на рис. 36. Пусть лопасть вращалась в исходном положении (до взмаха) по конусу с углом конусности βо так, что центр тяжести ее (в точке А0) описывал окружность радиусом R0. При вращении
Рис. 35. Силы сопротивления, действующие на лопасть в различных азимутальных положениях лопасть обладала энергией движения (кинетической энергией) Е. Затем почему-либо лопасть “взмахнула” вверх и стала вращаться по конусу с углом конусности β 1. Центр тяжести лопасти лежит теперь в точке А1 и вращается по окружности с радиусом R1 = R0 — ΔR.
Рис. 36. Возникновение кориолисовых сил при изменении угла взмаха лопасти Известно, что энергия вращения зависит от радиуса Если радиус вращения уменьшился, то должна была бы уменьшиться и энергия вращения. Однако согласно закону сохранения энергии этого не должно быть. Энергия вращения 
в новом положении лопасти (при β 1 и R1) останется той же (т. е. ω12R12 = ω02R02), но теперь часть ее используется на увеличение угловой скорости вращения (ω) до тех пор, пока окружная скорость вращения (ω1R1) не станет равной (ω0R0). К центру тяжести лопасти будет приложено ускорение, а следовательно, и сила, стремящаяся ускорить вращение, — кориолисова сила.При уменьшении угла взмаха, а значит, при увеличении радиуса вращения на Δ R происходит обратная картина: кориолисова сила будет стремиться замедлить вращение. Действие кориолисовых сил можно легко проверить, повернувшись вокруг вертикальной оси с вытянутыми в сторону руками. Продолжив это движение с руками, поджатыми к телу, сразу можно почувствовать ускорение вращения (рис. 37).Как видно, рассмотренные две силы стремятся либо замедлить, либо ускорить вращение лопасти, причем действие это периодически изменяется в течение каждого оборота. Так как число оборотов лопасти постоянно, то и средняя угловая скорость остается постоянной, а лопасть совершает колебания в плоскости вращения относительно вертикального шарнира.
Рис. 38. Силы, действующие на лопасть в плоскости вращенияЦентробежные силы, возникающие на лопасти в полете, являются мощным регулятором колебательных движений относительно вертикального шарнира, препятствующим лопасти отклониться далеко от своего нейтрального положения (рис. 38).Хотя плечо, на котором действует центробежная сила, и мало в сравнении с плечом равнодействующих сил сопротивления и кориолисовых сил, тем не менее величина ее в сотни раз больше величины других сил, действующих в плоскости вращения. Момент от центробежной силы, как видно на рис. 37, всегда стремится восстановить нейтральное положение лопасти. Величина угла отставания ζ, как и амплитуда колебаний лопасти относительно вертикального шарнира, зависит от геометрических, аэродинамических и весовых характеристик несущего винта, а также и от режима полета. С увеличением разноса вертикальных шарниров от оси вращения несущего винта угол отставания уменьшается, но при этом колебания относительно вертикальной оси в большей степени передаются фюзеляжу вертолета. С увеличением скорости полета увеличиваются несимметрия поля скоростей и амплитуды маховых движений, а это в свою очередь вызывает увеличение амплитуды колебаний относительно вертикального шарнира. С увеличением скорости полета и общего шага
Рис. 39. Нагрузки на комлевую часть лопасти при жестком ее креплении к втулке винтанесущего винта угол отставания увеличивается. Угол отставания может достигать величины 10—12°. Амплитуда колебаний лопасти относительно вертикального шарнира лежит в пределах 0,5—1°. На режиме самовращения несущего винта лопасть в некоторых азимутальных положениях может даже забегать вперед относительно своего нейтрального положения. Раньше было сказано, что неравномерность сил в плоскости вращения демпфируется фрикционными или гидравлическими демпферами. Однако для всех режимов полета невозможно полностью устранить действие периодического изменения сил, действующих на фюзеляж вертолета, поэтому в какой-то степени всегда на вертолете будут ощущаться вибрации. Для того чтобы они не превышали допустимых величин, необходимо в эксплуатации тщательно следить за регулировкой демпферов, сохраняя для всех лопастей вполне определенный, одинаковый момент их затяжки, в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Как было уже сказано раньше, горизонтальный и вертикальный шарниры разгружают лопасть от изгибающих моментов. B случае жесткого, бесшарнирного крепления лопасти к втулке винта на нее передавались бы изгибающие моменты от сил, суммирующихся по всей лопасти (рис. 39).При шарнирном креплении лопасти через точки крепления могут передаваться только силы; если бы передавались моменты от сил, лопасть просто повернулась бы вокруг шарнира. Таким образом, комлевая часть лопасти разгружена от изгибающих моментов (рис. 40).
Рис. 40. Изгибающие нагрузки на лопасть при шарнирном ее креплении к втулке винта |
|
Пишите нам: jjhelicopters@mtu-net.ru
|
