Файл: Лалетин К.Н. Практическая аэродинамика вертолета Ка-26 учеб. пособие.pdf

Уменьшение подъемней силы лопастей при уменьшении углов уста­ новки и постоянном числе оборотов приведет к еще меньшим \глам конусности лопастей. При уменьшении же числа оборотов винтов и сохранении подъемной силы лопастей (вследствие увеличения их углов установки) углы конусности увеличатся, потому что величи­ на центробежной силы прямо пропорциональна числу оборотов. Кроме того, уменьшение числа оборотов и центробежных сил кон­ цевых элементов лопасти приводит к изгибу консолей лопастей вниз. Чтобы обеспечить безопасное расстояние от концов^ лопастей нижнего винта до планера вертолета установлен нижний ^пор го­ ризонтального шарнира (ограничитель свеса, который относитель­ но конструктивной плоскости вращения винта расположен под углом 3°,5). Для уменьшения сближения лопастей верхнего и ниж­ него винтов на малых числах оборотов втулка верхнего винта име­ ет центробежные ограничители (упоры) свеса лопастей. При умень­ шении числа оборотов несущего винта центробежные упоры свеса верхней втулки входят в зазор между вертикальным ограничителем и корпусом втулки, уменьшая свес лопасти. Начало входа центро­ бежных ограничителей свеса соответствует числам оборотов винта

центробежные упоры свеса под действием центробежных сил гру­ зов выходят из зазоров и Ке препятствуют маховому перемещению вниз лопасти верхнего винта. Начало выхода центробежных огра­ ничителей свеса верхней втулки соответствует числу оборотов вин­ та 55,3 + 3,3%, а конец — числу оборотов 75,2—6,5%. В этом случае значительному перемещению лопасти верхнего винта вниз препят­ ствует упор, аналогичный втулке нижнего винта.

Как отмечалось ранее, геометрические и массовые характеристики лопастей верхнего или нижнего винта одинаковы, а при правильных регулировках углов установки одинаковы и аэродинамические силы. Если же силы, действующие на все лопасти одного комплекта, будут одинаковы, то будут одинаковы и углы конусности лопастей. Винт с одинаковыми углами конусности лопастей называют с о к о н у с н ы м . В эксплуатации несоконусность лопастей недопустима, так как вызывает дополнительные вибрации, пульсации давлений в гидросистеме и т. д. Для достижения соконусности изменяют углы установки лопастей и используют отгиб триммерных пластин, расположенных между относительными радиусами

При соконусности лопастей и нейтральном положении органов управления в осевом потоке ось конуса вращения винта будет совпадать с его конструктивной осью вращения. Следовательно, аэродинамическая сила винта, проходя по оси вращения конуса, в осевом потоке явится силой тяги. В плоскости вращения, как и у жесткого винта, будет действовать момент сопротивления вращению.

§ 4. РАБОТА ВИНТА С ШАРНИРНЫМ КРЕПЛЕНИЕМ ЛОПАСТЕЙ В ПЛОСКОМ ПОТОКЕ

Маховые движения лопастей. В зависимости от конструкции втулки, ^требова­ ний аэродинамики, динамики движения лопастей, прочности, устойчивости, управляемости вертолета горизонтальные шарниры лопастей могут быть либо совмещенными, либо разнесенными. Под разносом горизонтальных шарниров понимают расстояние от оси вращения винта до оси горизонтального шарнира. На вертолете Ка-26 разнос горизонтальных шарниров 90 мм, что соответствует

18

плоском или косом потоке разносом горизонтальных шарниров можно пренебречь и считать горизонтальные шарниры условно совмещенными.

Маховые движения лопастей возникают под действиями внешних возмуще­ ний. Такими возмущениями могут быть либо изменения скорости эффективного воздушного потока в плоскости вращения, либо изменения углов атаки элементов лопасти, а также отклонения органов управления. Так, если на вращающийся винт подействует плоский поток, то лопасть в азимуте 90° получит максимальный прирост скорости воздушного потока (см. § 3) и максимальный прирост подъем­ ной силы. Если же пренебречь инерционными силами, то под действием дополни­ тельного прироста подъемной силы лопасть начнет сразу же перемещаться вверх, вращаясь относительно горизонтального шарнира. Чем больше прирост подъемной силы и меньше демпфирование (гашение возмущенного движения), тем энергич­ нее будет отклонение лопасти от плоскости вращения вверх. Величина прироста подъемной силы будет зависеть от скорости плоского потока и аэродинамических характеристик элементов лопасти. Демпфирование же, называемое иногда аэро­ динамической компенсацией взмаха, определяется угловой скоростью махового движения лопасти. И чем быстрее перемещается лопасть вверх, тем больше умень­ шаются углы атаки элементов лопасти и тем больше дополнительные аэродинами­ ческие силы и моменты, препятствующие перемещению.

Угол, образующийся между продольной осью лопасти и плоскостью вращения под действием внешнего возмущения, называют углом взмаха.

В азимуте 90° лопасть будет иметь максимальную скорость взмаха, а в ази­ муте 180° скорость взмаха будет равна нулю, так как плоский поток не создает дополнительной подъемной силы (рис. 7). Следовательно, наибольший угол взма­ ха соответствует азимуту 180°, а запаздывание в реакции лопасти на действие воз­ мущающей силы составляет по азимуту 90° (180—90). При положении лопасти в азимуте 270° максимальная скорость взмаха направлена вниз вследствие умень­ шения подъемной силы при вычитании скорости плоского потока из окружного. В азимуте 360° скорость взмаха отсутствует по той же причине, что и в азиму­ те 180°. Следовательно, в азимуте 360° лопасть будет опущена относительно своего исходного положения на максимальную величину вниз. Запаздывание в реакции лопасти на действие возмущающего импульса составит 90° (360—270°).

Для винта с совмещенными горизонтальными шарнирами величина запазды­ вания в реакции лопасти на действие возмущающего импульса с учетом инерци­ онных и демпфирующих сил также составляет 90°. И, следовательно, движение лопасти от изменения эффективной обдувки в азимутах 90 и 270° будет анало­ гичным отмеченному.

Но плоский поток изменяет не только эффективную обдувку элементов лопа­ стей, но и их углы атаки. Так, у винтов с шарнирным креплением лопастей в азимуте 180° плоский поток набегает на лопасть снизу, увеличивая углы атаки элементов лопастей, а в азимуте 0 набегает сверху, уменьшая углы атаки. По­ этому в азимуте 180° лопасть получает дополнительный импульс на взмах вверх вследствие увеличения подъемной силы при увеличении угла атаки, и максималь­ ный угол взмаха будет в азимуте 270°. В азимуте же 0 лопасть получает допол­ нительный импульс на взмах вниз вследствие уменьшения подъемной силы при уменьшении углов атаки элементов лопастей, и в азимуте 90° образуется мини­

мальный угол взмаха.

При соконусности винта аналогично будут вести себя все лопасти и в резуль­ тате конус вращения отклонится относительно потока назад и в сторону наступа-

19

ющей лопасти (см. рис. 7). Чем больше угол конусности лопастей (меньше массо­ вая характеристика), тем больше боковой завал конуса вращения.

Движение лопасти по новому конусу относительно конструктивной плоскости вращения может быть записано уравнением угла взмаха. Изменение угла взмаха в зависимости от азимутального положения можно выразить с помощью ряда Фурье:

вращения могут быть выражены с помощью угла между осью вращения винта и осью конуса вращения (см. рис. 7), называемой аэродинамической осью.

Уменьшение углов атаки элементов у наступающих лопастей при взмахе вверх и увеличение у отступающих лопастей при взмахе вниз приводит к умень­ шению неравномерности аэродинамических сил по ометаемой поверхности.

Установка вертикальных шарниров. Уменьшение неравномерности силы тяги и силы сопротивления вращению по ометаемой поверхности способствует пони­ жению уровня вибраций, но в тоже время маховые движения лопастей приводят к появлению дополнительных периодических инерционных сил, так называемых сил Кориолиса. Образование сил Кориолиса объясняется законом сохранения вращательного момента: A4=Kr = const, т. е. при уменьшении (увеличении) рас­ стояния от центра масс (центра тяжести) вращающегося тела до оси вращения на тело действует дополнительная сила, увеличивающая (уменьшающая) угловую скорость вращения. Дополнительная инерционная сила, возникающая в результате вращательного и поступательного движения центра тяжести, и называется силой Кориолиса. Таким образом, силы Кориолиса при взмахе лопасти вверх будут стремиться сместить ее по направлению вращения, а при движении лопасти к плоскости вращения силы Кориолиса будут стремиться сместить лопасть против направления вращения. Знакопеременные силы в плоскости вращения винта снова вызовут повышенные вибрации вертолета и повысят напряжения в конструкции.

Разгрузка узлов крепления лопасти от знакопеременных изгибающих момен­ тов в плоскости вращения может быть выполнена с помощью вертикального шар­ нира. Вертикальные шарниры применяются только разнесенными, так как при совмещенном вертикальном шарнире на вертолетах невозможно было бы передать к несущему винту крутящий момент от двигателей, размещенных на планере. Разнос вертикальных шарниров определяется динамикой движения лопастей и

лопасть, пройдет через ось вертикального шарнира, т. е. 2 М = Н х = 0 при х = 0. Графически условие равновесия лопасти относительно вертикального шарни­

ра в осевом потоке при постоянном числе оборотов изображено на рис. 8.

Угол, заключенный между продольной осью лопасти и перпендикуляром к оси горизонтального шарнира, называют углом отставания.

Если лопасть работает в плоском или косом потоке, то под воздействием периодических инерционных сил и изменяющейся силы сопротивления вращению она станет совершать колебания. И чем меньше разнос вертикальных шарниров, тем больше будет амплитуда колебаний. На вертолете Ка-26 разнос вертикальных шарниров равен 350 мм, что составляет 5,38% радиуса винта. Аэродинамическое демпфирование колебаний в плоскости вращения весьма незначительно, и чтобы не вызвать большой амплитуды колебаний лопасти относительно вертикального шарнира, устанавливают гидродемпферы. Максимальная величина момента демп­ фера на вертолете Ка-26 составляет 35—38,5 кГм. Кроме того, на вертикальном

20