Proračun zavrtnja može se uslovno podeliti u tri uzastopne faze.

Svrha prve faze proračuna je određivanje očekivanog polumjera, potiska i efikasnosti propelera.

Početni podaci prve faze su:

Preporučljivo je izvršiti proračun koristeći međunarodni sistem SI jedinice.

Ako je brzina vijka data u okretajima u minuti, tada se koristi formula

Mora se pretvoriti u radijane po sekundi.

Izračunata brzina propelera V se bira ovisno o namjeni ALS-a i vrijednosti

gdje je K izračunati maksimalni omjer uzgona i otpora ultralakog aviona; m - težina pri polijetanju.

Kada je E
Sa vrijednostima E od 1000 do 1500, preporučljivo je uzeti brzinu krstarenja V cr kao izračunatu brzinu propelera V o.

A za vrijednosti E veće od 1500, izračunata brzina se može uzeti kao brzina izračunata po formuli

Pri odabiru V o treba uzeti u obzir činjenicu da, za datu snagu motora, smanjenje izračunate brzine V dovodi do smanjenja maksimalne brzine leta, a njeno povećanje dovodi do pogoršanja karakteristika uzlijetanja. aviona.

Na osnovu uslova sprečavanja transzvučnih tokova, brzina kraja lopatice u . ne bi trebalo da prelazi 230 ... 250 m / s i samo u pojedinačni slučajevi kada ne treba ugraditi mjenjač, ​​a vijak ne može ukloniti punu snagu motora, dozvoljeno je do 260 m/s.

Početnu vrijednost željene efikasnosti iznad 0,8 za velike brzine i iznad 0,75 za ALS male brzine nije prikladno odabrati, jer u praksi to nije izvodljivo. Korak njegovog smanjenja se u početku može uzeti jednakim 0,05, a zatim smanjiti kako se približava stvarnoj vrijednosti efikasnosti.

Na osnovu početnih podataka, uzastopno se utvrđuju:

Ako se ispostavi da je traženi polumjer R veći od granice R GR, onda to znači da se ne može dobiti izvorno specificirana efikasnost. Trebate smanjiti za odabrani iznos i ponoviti ciklus, počevši od definicije nove vrijednosti? .

Ciklus se ponavlja sve dok se ne ispuni uslov RR GR. Ako je ovaj uslov ispunjen, onda se provjerava da li periferna brzina kraja lopatice u K ne prelazi dozvoljenu vrijednost u K.GR.

Ako je u K u K.GR, tada se nova vrijednost postavlja vrijednošću manjom od prethodne i ciklus se ponavlja.

Nakon određivanja vrijednosti radijusa R, potiska P i efikasnosti propelera, možete prijeći na drugu fazu proračuna.

Druga faza proračuna propelera

Svrha druge faze proračuna je određivanje potiska, potrošnje energije i geometrijskih dimenzija propeler.

Početni podaci za drugu fazu proračuna su:

Za proračune, lopatica propelera (sl. 6. 7)

Slika 6.7 Efekat sile strujanja na elemente lopatice propelera

Podijeljen je na konačan broj sekcija dimenzija bR.. Pretpostavlja se da u svakoj odabranoj sekciji nema uvijanja lopatice, a brzine i uglovi strujanja duž poluprečnika se ne mijenjaju. Sa smanjenjem R, odnosno povećanjem broja sekcija koje se razmatraju, smanjuje se greška uzrokovana prihvaćenom pretpostavkom. Praksa pokazuje da ako za svaki odsječak uzmemo brzine i uglove svojstvene njegovom središnjem dijelu, onda greška postaje beznačajna kada se oštrica podijeli na 10 sekcija sa R ​​= 0,1r. U ovom slučaju možemo pretpostaviti da su prve tri sekcije računajući od osovine propelera, potisak se ne daje, dok se troši 4 ... 5% snage motora. Stoga je preporučljivo izvršiti proračun za sedam sekcija od =0,3 do =1,0.

Dodatno postavljeno:

U početku je preporučljivo postaviti maksimalnu relativnu širinu lopatice za drvene propelere na 0,08.

Zakon promjene širine lopatice i relativne debljine može se postaviti u obliku formule, tabele ili crteža propelera (sl. 6. 1).

Slika 6.1 Propeler fiksnog nagiba

Napadne uglove odabranih sekcija postavlja projektant, uzimajući u obzir inverzni omjer podizanja i otpora. Vrijednosti koeficijenata Su i K=1/ preuzete su iz grafikona na sl. 6.4 i 6.5, uzimajući u obzir odabrani profil i vrijednosti i .

Slika 6.4 Zavisnost koeficijenta sile uzgona i inverznog omjera uzgona i otpora od napadnog ugla i relativne debljine za aeroprofil VS-2

Slika 6.5 Zavisnost koeficijenta uzgona i inverznog omjera uzgona i otpora od napadnog ugla i relativne debljine za aeroprofil RAF-6

Prvi korak druge faze proračuna je određivanje brzine strujanja V u ravnini propelera. Ova brzina je određena formulom

Dobije se iz zajedničkog rješenja jednadžbi potiska i strujanja zraka koji prolazi kroz područje koje briše propeler.

Procijenjene vrijednosti potiska P, poluprečnika R i površine S ohm uzimaju se iz prve faze proračuna.

Ako se kao rezultat proračuna ispostavi da se snaga koju troši vijak razlikuje od raspoložive snage za ne više od 5 ... 10%, onda se druga faza proračuna može smatrati završenom.

Ako se snaga koju troši propeler razlikuje od raspoložive snage za 10 ... 20%, tada je potrebno povećati ili smanjiti širinu lopatice, s obzirom da se potrošnja energije i potisak propelera mijenjaju približno proporcionalno tetiva oštrice. Prečnik, relativne debljine i uglovi ugradnje sekcija ostaju nepromenjeni.

U nekim slučajevima može se ispostaviti da se snaga koju troši propeler i njegov potisak razlikuju za više od 20% od očekivanih iz rezultata prve faze proračuna. U ovom slučaju, prema odnosu utrošenih i raspoloživih kapaciteta

Pomoću grafikona (slika 6.10) određuju se vrijednosti koeficijenata k R i k P. Ovi koeficijenti pokazuju koliko je puta potrebno promijeniti procijenjeni polumjer i potisak propelera, koji su početni za drugu fazu proračuna. Nakon toga se ponavlja druga faza proračuna.

Slika 6.10. Ovisnost korektivnih faktora o odnosu utrošenih i raspoloživih kapaciteta

Na kraju druge faze proračuna, geometrijske dimenzije vijka potrebne za izradu (R, r, b, c i ) u jedinicama pogodnim za njegovu izradu su sažete u tabeli.

Treća faza proračuna propelera

Svrha treće faze je ispitivanje čvrstoće propelera. Ova faza proračuna svodi se na određivanje opterećenja koja djeluju u različitim presjecima lopatica i njihovo poređenje s dopuštenim, uzimajući u obzir geometriju i materijal od kojeg su lopatice izrađene.

Za određivanje opterećenja, oštrica se dijeli na zasebne elemente, kao u drugoj fazi proračuna, počevši od presjeka =0,3 sa korakom od 0,1 do =1.

Svaki odabrani element oštrice mase m u poluprečniku r (slika 6. 11) podliježe inercijskoj sili

Slika 6.11 Učinak sile aerodinamičkih sila na element lopatice propelera

I elementarna aerodinamička sila F. Pod uticajem ovih sila, iz svih elementarnih preseka, oštrica se rasteže i savija. Kao rezultat toga, u materijalu oštrice nastaju vlačno-tlačna naprezanja. Najopterećeniji (sl. 6. 12)

Slika 6.12 Raspodjela naprezanja u presjeku lopatice propelera

Ispostavlja se da su vlakna stražnje strane oštrice, jer se u tim vlaknima naprezanja inercijskih sila i moment savijanja zbrajaju. Da bi se osigurala zadana čvrstoća, potrebno je da stvarna naprezanja u tim područjima, koja su najudaljenija od ose presjeka lopatice, budu manja od dozvoljenih za odabrani materijal.

Vrijednosti radijusa r potrebnih za proračune, na kojima se nalaze presjeci oštrice koja se razmatra, tetive b, relativne debljine i sile F, preuzete su iz tablica druge faze proračuna. Zatim se za svaki odjeljak uzastopno određuju:

Faktor punjenja k 3 zavisi od profila koji se koristi za vijak. Za najčešće profile vijaka to je: Clark-Y-k 3 =0,73; BC-2-k 3 =0,7 i RAF-6-k 3 = 0,74.

Nakon izračunavanja vrijednosti P in na svakom pojedinačnom odsječku, one se sabiraju od slobodnog kraja oštrice do razmatranog presjeka. Dijeljenjem ukupne sile koja djeluje u svakom razmatranom presjeku s površinom ovog presjeka, mogu se dobiti vlačna naprezanja iz inercijskih sila.

Naponi savijanja lopatice pod utjecajem aerodinamičkih sila F određeni su kao za konzolnu gredu s neravnomjerno raspoređenim opterećenjem.

Kao što je ranije navedeno, maksimalni naponi će biti u stražnjim vlaknima oštrice i definirani su kao zbir naprezanja inercijalnih i aerodinamičkih sila. Veličina ovih naprezanja ne bi trebala prelaziti 60 ... 70% vlačne čvrstoće materijala oštrice.

Ako je osigurana snaga lopatice, tada se proračun propelera može smatrati završenim.

Ako čvrstoća oštrice nije osigurana, tada je potrebno ili odabrati drugi, izdržljiviji materijal, ili, povećanjem relativne širine oštrice, ponoviti sve tri faze proračuna.

Ako relativna širina lopatice prelazi 0,075 za propelere od tvrdog drveta i 0,09 za propelere od mekog drveta, onda nema potrebe za obavljanjem treće faze proračuna, jer će se sigurno osigurati potrebna čvrstoća.

na osnovu materijala: P.I. Chumak, V.F Krivokrysenko "Proračun i dizajn ALS-a"

Uvod

Dizajn helikoptera je složen proces koji se razvija tokom vremena, podijeljen u međusobno povezane faze i faze projektovanja. Stvoreni avioni moraju zadovoljiti tehnički zahtjevi i u skladu sa tehničkim i ekonomskim karakteristikama navedenim u zadatku za projekat. Projektni zadatak sadrži početni opis helikoptera i njegove karakteristike performansi, pružajući visoke ekonomska efikasnost i konkurentnost projektovane mašine, i to: nosivost, brzina leta, domet, statički i dinamički plafon, resurs, trajnost i cena.

Projektni zadaci se preciziraju u fazi predprojektnog istraživanja, tokom kojeg se vrši pretraga patenta, analiza postojećih tehničkih rješenja, istraživački i razvojni radovi. Osnovni zadatak predprojektantskog istraživanja je traženje i eksperimentalna verifikacija novih principa funkcionisanja projektovanog objekta i njegovih elemenata.

U fazi idejnog projekta odabire se aerodinamička shema, formira se izgled helikoptera i vrši se proračun glavnih parametara kako bi se osiguralo postizanje navedenih performansi leta. Ovi parametri uključuju: masu helikoptera, snagu pogonski sistem, dimenzije glavnog i repnog rotora, masa goriva, masa instrumentacije i specijalne opreme. Rezultati proračuna se koriste u razvoju dijagram rasporeda helikopterom i sastavljanje bilansa za određivanje položaja centra mase.

Projektovanje pojedinih jedinica i komponenti helikoptera, uzimajući u obzir odabrana tehnička rješenja, izvodi se u fazi izrade tehničkog projekta. Istovremeno, parametri projektovanih jedinica moraju zadovoljiti vrednosti koje odgovaraju nacrtu projekta. Neki od parametara se mogu poboljšati kako bi se dizajn optimizirao. Prilikom tehničkog projektovanja vrše se proračuni aerodinamičke čvrstoće i kinematike jedinica, kao i izbor konstruktivnih materijala i konstruktivnih šema.

U fazi glavnog projekta izrada radnih i montažnih crteža helikoptera, specifikacije, otpremne liste i dr. tehnička dokumentacija u skladu sa prihvaćenim standardima

U ovom radu je prikazana metodologija za proračun parametara helikoptera u fazi idejnog projekta, koja se koristi za izradu kursnog projekta iz discipline „Projektovanje helikoptera“.

Proračun poletne težine helikoptera prve aproksimacije

gdje je masa korisnog tereta, kg;

Težina posade, kg.

Domet leta

Proračun parametara glavnog rotora helikoptera

2.1 Radijus R, m, glavnog rotora helikoptera s jednim rotorom izračunava se po formuli:

gdje je uzletna težina helikoptera, kg;

g - ubrzanje slobodnog pada jednako 9,81 m/s2;

p - specifično opterećenje na površini koju briše glavni rotor,

Vrijednost specifičnog opterećenja p na površini koju briše propeler bira se prema preporukama datim u radu /1/: gdje je p=280

Uzimamo radijus rotora jednak R=7,9

Ugaona brzina, s-1, rotacije glavnog rotora ograničena je obodnom brzinom R krajeva lopatica, koja zavisi od poletne mase helikoptera i iznosi R=232 m/s.

2.2 Relativna gustina vazduha na statičkim i dinamičkim plafonima

2.3 Proračun ekonomske brzine u blizini tla i na dinamičkom plafonu

Određuje se relativna površina ekvivalentne štetne ploče:

Gdje je Se=2.5

Izračunava se vrijednost ekonomske brzine u blizini tla Vz, km/h:

Vrijednost ekonomske brzine na dinamičkom plafonu Vdyn, km/h izračunava se:

gdje je I = 1,09 ... 1,10 koeficijent indukcije.

2.4 Izračunavaju se relativne vrijednosti maksimalne i ekonomske brzine horizontalnog leta na dinamičkom stropu:

gdje je Vmax=250 km/h i Vdyn=182,298 km/h - brzina leta;

R=232 m/s - periferna brzina lopatica.

Helikopter je mašina sa rotacionim krilima u kojoj propeler stvara podizanje i potisak. Glavni rotor služi za održavanje i kretanje helikoptera u zraku. Prilikom rotacije u horizontalnoj ravni, glavni rotor stvara potisak (T) usmjeren prema gore, djeluje kao sila podizanja (Y). Kada je potisak glavnog rotora veći od težine helikoptera (G), helikopter će se podići od tla bez poletanja i započeti okomito penjanje. Ako su težina helikoptera i potisak glavnog rotora jednaki, helikopter će nepomično visjeti u zraku. Za vertikalno spuštanje, dovoljno je da glavni rotor bude nešto manji od težine helikoptera. Translatorno kretanje helikoptera (P) obezbeđuje se naginjanjem ravni rotacije glavnog rotora pomoću sistema upravljanja rotorom. Nagib ravni rotacije propelera uzrokuje odgovarajući nagib ukupne aerodinamičke sile, dok će njegova vertikalna komponenta držati helikopter u zraku, a horizontalna komponenta će uzrokovati translaciju helikoptera u odgovarajućem smjeru.

Slika 1. Šema raspodjele sila

Dizajn helikoptera

Trup je glavni dio konstrukcije helikoptera, koji služi za povezivanje svih njegovih dijelova u jednu cjelinu, kao i za smještaj posade, putnika, tereta i opreme. Ima repnu i krajnju granu za smještaj repnog rotora izvan zone rotacije. rotor, i krilo (na nekim helikopterima se krilo ugrađuje kako bi se povećala maksimalna brzina leta zbog djelomičnog rasterećenja glavnog rotora (MI-24)).Elektrana (motori)je izvor mehaničke energije za pokretanje glavnog i repnog propelera u rotaciju. Uključuje motore i sisteme koji osiguravaju njihov rad (gorivo, ulje, sistem hlađenja, sistem za pokretanje motora itd.). Glavni rotor (HB) služi za održavanje i kretanje helikoptera u zraku, a sastoji se od lopatica i glavčine glavnog rotora. Repni rotor služi za balansiranje reaktivnog momenta koji nastaje prilikom rotacije glavnog rotora, te za upravljanje smjerom helikoptera. Sila potiska repnog rotora stvara moment u odnosu na centar gravitacije helikoptera, balansirajući reaktivni moment glavnog rotora. Za okretanje helikoptera dovoljno je promijeniti vrijednost potiska repnog rotora. Repni rotor se također sastoji od lopatica i čahure. Glavnim rotorom upravlja poseban uređaj koji se zove preklopna ploča. Repnim rotorom upravljaju pedale. Uređaji za polijetanje i slijetanje služe kao podrška helikopteru pri parkiranju i osiguravaju kretanje helikoptera po zemlji, uzlijetanje i slijetanje. Da bi ublažili udarce i udare, opremljeni su amortizerima. Uređaji za polijetanje i slijetanje mogu biti izrađeni u obliku stajnog trapa na kotačima, plovaka i skija

Sl.2 Glavni dijelovi helikoptera:

1 - trup; 2 - motori aviona; 3 — rotor (noseći sistem); 4 - prijenos; 5 — repni rotor; 6 - krajnja greda; 7 - stabilizator; 8 — repna grana; 9 - šasija

Princip stvaranja sile uzgona propelerom i sistemom upravljanja propelerom

U vertikalnom letuUkupna aerodinamička sila glavnog rotora izražava se kao proizvod mase zraka koja struji kroz površinu koju glavni rotor odnese u jednoj sekundi i brzine izlaznog mlaza:

gdje πD 2/4 - površina koju obrađuje glavni rotor;V—brzina leta u gospođa; ρ — gustina vazduha;u-izlazna brzina mlaza m/sec.

Zapravo, sila potiska vijka jednaka je sili reakcije kada se protok zraka ubrza

Da bi se helikopter kretao naprijed potreban je nagib ravnine rotacije rotora, a promjena ravni rotacije se postiže ne naginjanjem glavčine glavnog rotora (iako vizualni efekat može biti upravo to), već promjenom položaja oštrice u različitim dijelovima kvadranta opisane kružnice.

Glavne lopatice rotora, koje opisuju puni krug oko ose tokom njegove rotacije, na različite načine se kruže nadolazećim strujanjem vazduha. Pun krug je 360º. Zatim uzimamo zadnji položaj oštrice kao 0º, a zatim svakih 90º puni okret. Dakle, oštrica u rasponu od 0º do 180º je oštrica koja napreduje, a od 180º do 360º je oštrica koja se povlači. Mislim da je princip takvog naziva jasan. Napredna lopatica se kreće prema ulaznom protoku zraka, a ukupna brzina njenog kretanja u odnosu na ovaj tok se povećava jer se sam tok, zauzvrat, kreće prema njemu. Uostalom, helikopter leti naprijed. Shodno tome, povećava se i sila dizanja.

Slika 3 Promjena brzina slobodnog toka tokom rotacije propelera za helikopter MI-1 (prosječne brzine leta).

Oštrica koja se povlači ima suprotnu sliku. Brzina kojom ova oštrica, takoreći, "bježi" od nje se oduzima od brzine nadolazećeg toka. Kao rezultat toga, imamo manju silu dizanja. Pokazalo se da postoji ozbiljna razlika u silama na desnoj i lijevoj strani zavrtnja, a samim tim i očigledna moment preokreta. U ovakvom stanju, helikopter će, kada pokušava da se kreće naprijed, težiti da se prevrne. Takve stvari su se desile tokom prvog iskustva stvaranja rotorkrafta.

Da se to ne bi dogodilo, dizajner je koristio jedan trik. Činjenica je da su lopatice glavnog rotora pričvršćene za rukav (ovo je tako masivan sklop postavljen na izlaznu osovinu), ali ne kruto. Na njega su povezani uz pomoć posebnih šarki (ili sličnih uređaja). Šarke su tri vrste: horizontalno, vertikalno i aksijalno.

Sada da vidimo šta će se dogoditi sa oštricom, koja je zglobno pričvršćena za os rotacije. Dakle, naša oštrica se okreće sa konstantna brzina bez ikakve spoljne kontrole.

Rice. 4 Sile koje djeluju na lopaticu okačenu na glavčinu propelera sa šarkama.

Od Od 0º do 90º, brzina strujanja oko lopatice se povećava, što znači da se povećava i sila podizanja. Ali! Sada je oštrica okačena na horizontalnu šarku. Kao rezultat prekomjernog podizanja, on, okrećući se u vodoravnoj šarki, počinje da se diže prema gore (stručnjaci kažu "pravi talas"). Istovremeno, zbog povećanja otpora (na kraju krajeva, brzina protoka se povećala), lopatica odstupa unazad, zaostaje za rotacijom ose propelera. Za to isto dobro služi i vertikalna lopta-nir.

Međutim, kada se zamahne, ispada da zrak u odnosu na lopaticu također dobiva određeno kretanje prema dolje i na taj način se smanjuje napadni kut u odnosu na nadolazeći tok. Odnosno, usporava se rast viška podizanja. Na ovo usporavanje dodatno utiče i odsustvo kontrolnog dejstva. To znači da karika preklopne ploče pričvršćena na oštricu zadržava svoj položaj nepromijenjen, a oštrica, ljuljajući se, prisiljena je da se rotira u svom aksijalnom zglobu, koju drži karika, i na taj način smanjuje ugao ugradnje ili napadni ugao u odnosu na nadolazeću protok. (Slika onoga što se dešava na slici. Ovdje je Y sila dizanja, X sila otpora, Vy je vertikalno kretanje zraka, α je napadni ugao.)

Sl.5 Slika promene brzine i napadnog ugla nadolazećeg toka tokom rotacije lopatice glavnog rotora.

Do tačke Višak podizanja od 90º nastavit će se povećavati, ali sa sve većim usporavanjem zbog gore navedenog. Nakon 90º, ova sila će se smanjiti, ali zbog njenog prisustva, oštrica će nastaviti da se kreće prema gore, iako sporije. Već nekoliko puta će dostići svoju maksimalnu visinu zamaha iznad tačke od 180º. To je zato što oštrica ima određenu težinu, a na nju djeluju i sile inercije.

Daljnjom rotacijom, oštrica se povlači, a na nju djeluju svi isti procesi, ali u suprotnom smjeru. Veličina sile dizanja opada i centrifugalna sila, zajedno sa silom težine, počinje da je spušta. Međutim, istovremeno se povećavaju uglovi napada za nadolazeći tok (sada se zrak već kreće prema gore u odnosu na oštricu), a kut ugradnje lopatice se povećava zbog nepokretnosti šipki. preklopna ploča za helikopter . Sve što se dešava održava podizanje oštrice koja se povlači na potrebnom nivou. Oštrica se nastavlja spuštati i dostiže svoju minimalnu visinu hoda negdje nakon točke 0º, opet zbog inercijskih sila.

Tako, lopatice helikoptera, kada se rotira glavni rotor, kao da "talasu" ili čak kažu "lepršaju". Međutim, malo je vjerovatno da ćete primijetiti ovo lepršanje, da tako kažem, golim okom. Uspon lopatica prema gore (kao i njihov otklon natrag u okomitoj šarki) je vrlo mali. Činjenica je da centrifugalna sila ima vrlo snažan stabilizirajući učinak na lopatice. Sila dizanja je, na primjer, 10 puta veća od težine oštrice, a centrifugalna sila je 100 puta. To je centrifugalna sila koja na prvi pogled "mekanu" lopaticu koja se savija u nepokretnom položaju pretvara u čvrst, izdržljiv i savršeno radni element glavnog rotora helikopterskog helikoptera.

Međutim, uprkos svojoj beznačajnosti, vertikalno odstupanje lopatica je prisutno, a glavni rotor pri rotaciji opisuje konus, iako je vrlo blag. Osnova ovog konusa je ravnina rotacije vijka(Vidi sliku 1.)

Da biste helikopteru dali translatorno kretanje, morate ovu ravninu nagnuti tako da se pojavi horizontalna komponenta ukupne aerodinamičke sile, odnosno horizontalni potisak propelera. Drugim riječima, trebate nagnuti cijeli zamišljeni konus rotacije vijka. Ako helikopter treba da se kreće naprijed, konus mora biti nagnut naprijed.

Na osnovu opisa kretanja lopatice tokom rotacije propelera, to znači da lopatica u položaju od 180º treba da se spusti, a u položaju 0º (360º) da se podigne. Odnosno, u tački 180º, sila podizanja treba da se smanji, a u tački 0º (360º) treba da se poveća. A to se, zauzvrat, može učiniti smanjenjem ugla ugradnje oštrice na tački 180º i povećanjem u tački 0º (360º). Slične stvari bi se trebale dogoditi kada se helikopter kreće u drugim smjerovima. Samo u ovom slučaju, naravno, slične promjene u položaju lopatica će se dogoditi na drugim kutnim točkama.

Jasno je da pri srednjim uglovima rotacije propelera između naznačenih tačaka, uglovi ugradnje lopatice treba da zauzmu međupoložaje, odnosno da se ugao ugradnje lopatice menja kako se kreće u krug postepeno, ciklično. naziva se ciklički ugao ugradnje oštrice ( ciklični pitch). Naglašavam ovaj naziv jer postoji i zajednički nagib propelera (ukupni ugao nagiba). Mijenja se istovremeno na svim oštricama za istu količinu. Ovo se obično radi kako bi se povećalo ukupno podizanje glavnog rotora.

Takve radnje se izvode helicopter swashplate . Mijenja ugao ugradnje lopatica glavnog rotora (nagib propelera), rotirajući ih u aksijalnim šarkama pomoću šipki pričvršćenih na njih. Obično uvijek postoje dva upravljačka kanala: korak i kotrljanje, kao i kanal za promjenu ukupnog nagiba glavnog rotora.

Pitch označava ugaoni položaj vazduhoplova u odnosu na njegovu poprečnu osu (nos gore i dole), odnosno akren u odnosu na njegovu uzdužnu osu (nagib levo-desno).

Strukturno helicopter swashplate prilično teško, ali je sasvim moguće objasniti njegovu strukturu na primjeru slične jedinice helikopterskog modela. Model mašine je, naravno, jednostavniji od svog starijeg brata, ali princip je potpuno isti.

Rice. 6 Model preklopne ploče helikoptera

Ovo je helikopter sa dvije oštrice. Ugaoni položaj svake oštrice kontroliše se preko šipki6. Ove šipke su spojene na takozvanu unutrašnju ploču2 (od bijelog metala). Okreće se zajedno sa vijkom i u mirnom stanju je paralelan sa ravninom rotacije vijka. Ali može promijeniti svoj kutni položaj (nagib), jer je fiksiran na osi vijka kroz kuglični ležaj3. Prilikom promjene nagiba (kutnog položaja), djeluje na šipke6, koje zauzvrat djeluju na lopatice, okrećući ih u aksijalnim šarkama i na taj način mijenjajući ciklički nagib propelera.

Unutrašnja ploča ujedno je to i unutrašnji prsten ležaja, čiji je vanjski prsten vanjska ploča vijka1. Ne rotira, ali može mijenjati svoj nagib (ugaonu poziciju) pod utjecajem upravljanja kroz kanal nagiba4 i kroz kanal roll5. Mijenjajući svoj nagib pod utjecajem kontrole, vanjska antena mijenja nagib unutrašnje ploče i, kao rezultat, nagib ravnine rotacije glavnog rotora. Kao rezultat toga, helikopter leti u pravom smjeru.

Ukupni nagib vijka se mijenja pomicanjem unutrašnje ploče2 duž ose zavrtnja pomoću mehanizma7. U ovom slučaju, kut ugradnje se odmah mijenja na obje lopatice.

Za bolje razumijevanje stavio sam još nekoliko ilustracija glavčine vijka sa preklopnom pločom.

Rice. 7 Glavina vijka sa preklopnom pločom (dijagram).

Rice. 8 Rotacija lopatice u vertikalnoj šarki glavčine glavnog rotora.

Rice. 9 Čvorište glavnog rotora helikoptera MI-8

FIZIKA ROTORA

Odličan auto - helikopter! Izuzetne kvalitete čine ga nezamjenjivim u hiljadama slučajeva. Samo helikopter je sposoban da uzlijeće i slijeće okomito, da nepomično visi u zraku, da se kreće bočno, pa čak i rep.

Zašto tako divne mogućnosti? Kakva je fizika njegovog leta?Pokušajmo ukratko odgovoriti na ova pitanja.

Propeler helikoptera stvara podizanje. Lopatice propelera su iste njuške. Postavljeni pod određenim uglom u odnosu na horizont, ponašaju se kao krilo u protoku nadolazećeg zraka: pritisak nastaje ispod donje ravnine lopatica, a iznad nje dolazi do razrjeđivanja. Što je ova razlika veća, veća je i sila dizanja. Kada sila dizanja premaši težinu helikoptera, on polijeće, ako se dogodi suprotno, helikopter se spušta.

Ako se na avionu podizanje krila javlja samo kada se avion kreće, onda se na „krilu“ helikoptera pojavljuje čak i kada helikopter stoji: „krilo“ se kreće. Ovo je glavna stvar.

Ali onda je helikopter dobio visinu. Sada treba da leti napred. Kako uraditi? Vijak stvara potisak samo prema gore! Pogledajmo ovaj trenutak u kokpitu. Odgurnuo je upravljačku palicu od sebe. Helikopter se lagano nagnuo na nos i poletio naprijed. Zašto?

Kontrolni štap je povezan sa genijalnim uređajem - automatskim transferom. Ovaj mehanizam, izuzetno zgodan za upravljanje helikopterom, izumio je akademik B. N. Yuryev u svojim studentskim godinama. Njegov uređaj je prilično komplikovan, a svrha je sljedeća: omogućiti pilotu da po želji mijenja ugao nagiba lopatica prema horizontu.

Lako je shvatiti da se tokom horizontalnog leta helikoptera, guranje iz njegovih lopatica pomiče u odnosu na okolni zrak sa različita brzina. Ta oštrica, koja ide napred, kreće se prema struji vazduha, a okrećući se nazad - duž toka. Stoga će brzina oštrice, a sa njom i sila podizanja, biti veća kada se oštrica krene naprijed. Propeler će težiti da okrene helikopter na bok.

Da se to ne bi dogodilo, nestruntori su spojili lopatice sa osovinom pokretno, na šarkama. Zatim oštrica ide naprijed s većom sila dizanja počeo da se uzdiže, da maše. Ali ovaj pokret se više nije prenosio na helikopter, leteo je mirno. Zahvaljujući kretnjama sečiva, njegova sila podizanja ostala je konstantna tokom čitave revolucije.

Međutim, to nije riješilo problem kretanja naprijed. Na kraju krajeva, trebate promijeniti smjer sile potiska propelera, natjerati helikopter da se kreće vodoravno. To je omogućilo izradu preklopne ploče. Kontinuirano mijenja nagib svake lopatice propelera tako da se najveće podizanje događa otprilike u stražnjem sektoru njegove rotacije. Rezultirajuća sila potiska glavnog rotora se naginje, a helikopter, također naginjući se, počinje kretati naprijed.

Takav pouzdan i praktičan uređaj za upravljanje helikopterom nije odmah stvoren. Nije se odmah pojavio ni uređaj za kontrolu pravca leta.

Naravno, znate da helikopter nema kormilo. Da, ne treba mu rotorkraft. Zamijenjen je malim propelerom postavljenim na repu. Pilot bi pokušao da ga isključi - helikopter bi se sam okrenuo. Da, okrenuo se tako da bi se počeo okretati sve brže i brže u smjeru suprotnom rotaciji glavnog rotora. To je posljedica reaktivnog momenta koji nastaje kada se rotor okreće. Repni rotor ne dozvoljava da se rep helikoptera okrene pod uticajem reaktivnog momenta, on ga balansira. A ako je potrebno, pilot će povećati ili smanjiti potisak repnog rotora. Tada će se helikopter okrenuti u pravom smjeru.

Ponekad u potpunosti rade bez repnog rotora, ugrađujući dva rotora na helikoptere koji se okreću jedan prema drugom. Reaktivni momenti u ovom slučaju su, naravno, uništeni.

Ovako lete "vazdušni terensko vozilo" i neumorni radnik - helikopter.

I

Pogon i potisak za translatorno kretanje helikoptera stvara glavni rotor. Po tome se razlikuje od aviona i jedrilice, kod kojih silu dizanja pri kretanju u zraku stvara noseća površina - krilo, čvrsto povezano s trupom, a potisak - propeler ili mlazni motor(Sl. 6).

U principu, let aviona i helikoptera se može porediti. U oba slučaja sila dizanja nastaje interakcijom dvaju tijela: zraka i zrakoplova (avion ili helikopter).

Prema zakonu jednakosti akcije i reakcije proizilazi da sa kojom silom vazduhoplov deluje na vazduh (težinom ili gravitacijom), istom silom deluje vazduh na vazduhoplov (sila podizanja).

Tokom leta aviona dolazi do sljedećeg fenomena: nadolazeći tok zraka struji oko krila i kosi se iza krila. Ali zrak je neodvojivi, prilično viskozni medij, a ne samo sloj zraka koji se nalazi u neposrednoj blizini površine krila, već i njegovi susjedni slojevi sudjeluju u ovoj košnji. Dakle, pri strujanju oko krila, svake sekunde se pokosi prilično značajna zapremina vazduha unazad, približno jednaka zapremini cilindra, u kome je poprečni presek krug prečnika jednak rasponu krila, a dužina je brzina leta u sekundi. Ovo nije ništa drugo do drugi tok vazduha uključen u stvaranje sile podizanja krila (slika 7).

Rice. 7. Zapremina vazduha uključena u stvaranje sile podizanja aviona

Iz teorijske mehanike je poznato da je promjena impulsa u jedinici vremena jednaka sili koja djeluje:

gdje R - sila djelovanja;

kao rezultat interakcije sa krilom aviona. Posljedično, sila uzgona krila će biti jednaka drugom povećanju momenta po vertikali u izlaznom mlazu.

i -vertikalna kosa brzina iza krila unutra m/sec. Na isti način, ukupna aerodinamička sila glavnog rotora helikoptera može se izraziti u smislu protoka zraka u sekundi i nagibne brzine (indukovane brzine izlazne struje zraka).

Rotirajući glavni rotor briše površinu, koja se može zamisliti kao nosač, sličan krilu aviona (slika 8). Zrak koji struji kroz površinu koju briše glavni rotor, kao rezultat interakcije s rotirajućim lopaticama, izbacuje se induktivnom brzinom i. U slučaju vodoravnog ili kosog leta, zrak struji na površinu koju glavni rotor briše pod određenim uglom (koso puhanje). Poput aviona, zapremina vazduha uključena u stvaranje ukupne aerodinamičke sile glavnog rotora može se predstaviti kao cilindar, u kojem je površina baze jednaka površini koju odnese glavni rotor, a dužina je jednak brzini leta, izraženoj u m/sec.

Kada je glavni rotor na mjestu ili u vertikalnom letu (direktno puhanje), smjer strujanja zraka poklapa se sa osom glavnog rotora. U ovom slučaju, vazdušni cilindar će biti postavljen okomito (slika 8, b). Ukupna aerodinamička sila glavnog rotora izražava se kao proizvod mase zraka koja struji kroz površinu koju glavni rotor u jednoj sekundi odnese induktivnom brzinom izlaznog mlaza:

induktivna brzina izlaznog mlaza m/sec. Potrebno je rezervisati da u razmatranim slučajevima i za krilo aviona i za glavni rotor helikoptera za indukovanu brzinu i induktivna brzina izlaznog mlaza uzima se na određenoj udaljenosti od površine nosača. Induktivna brzina vazdušnog mlaza koji se javlja na samoj površini ležaja je dvostruko manja.

Ovakvo tumačenje porijekla sile uzgona krila ili ukupne aerodinamičke sile glavnog rotora nije potpuno točno i vrijedi samo u idealnom slučaju. To je samo fundamentalno ispravno i jasno objašnjava fizičko značenje fenomena. Ovdje je primjereno napomenuti jednu vrlo važnu okolnost koja slijedi iz analiziranog primjera.

Ako se ukupna aerodinamička sila glavnog rotora izrazi kao umnožak mase zraka koji struji kroz površinu koju obrađuje glavni rotor i induktivne brzine, a zapremina te mase je cilindar čija je osnova površina koju obrađuje glavni rotor. glavni rotor, a dužina je brzina leta, onda je apsolutno jasno da bi se stvorio potisak konstantne vrijednosti (npr. jednak težini helikoptera) pri većoj brzini leta, a samim tim i pri većoj potrebni su volumen izbačenog zraka, manja induktivna brzina i, posljedično, manja snaga motora.

Naprotiv, da bi helikopter držao u zraku dok „lebdi“ u mjestu, potrebna je veća snaga nego tokom leta određenom brzinom naprijed, pri kojoj dolazi do suprotnog strujanja zraka zbog kretanja helikoptera.

Drugim riječima, uz utrošak iste snage (na primjer, nazivne snage motora), u slučaju kosog leta pri dovoljno velikoj brzini, može se postići veći plafon nego kod vertikalnog uspona, kada se ukupna brzina kretanja

ima manje helikoptera nego u prvom slučaju. Dakle, helikopter ima dva plafona: statički prilikom penjanja u vertikalnom letu, i dinamičan, kada se visina postiže kosim letom, a dinamički plafon je uvek veći od statičkog.

Postoji mnogo zajedničkog između rada glavnog rotora helikoptera i propelera aviona, ali postoje i fundamentalne razlike, o kojima će biti riječi kasnije.

Upoređujući njihov rad, može se vidjeti da ukupna aerodinamička sila, a samim tim i potisak glavnog rotora helikoptera, koji je sastavni dio sile

Ru smjeru ose glavčine, uvijek više (5-8 puta) za istu snagu motora i istu težinu aviona zbog činjenice da je prečnik glavnog rotora helikoptera nekoliko puta veći od prečnika propelera aviona. U ovom slučaju, brzina izbacivanja zraka glavnog rotora je manja od brzine izbacivanja propelera.

Količina potiska glavnog rotora u velikoj mjeri ovisi o njegovom promjeru.

Di broj obrtaja. Ako se promjer propelera udvostruči, njegov potisak će se povećati za približno 16 puta; ako se broj okretaja udvostruči, potisak će se povećati za približno 4 puta. Pored toga, potisak glavnog rotora zavisi i od gustine vazduha ρ, ugla lopatice φ (nagib glavnog rotora),geometrijski i aerodinamičke karakteristike ovog zavrtnja, kao i na režimu letenja. Utjecaj posljednja četiri faktora obično se izražava u formulama potiska propelera kroz koeficijent potiska a t . .

Dakle, potisak glavnog rotora helikoptera će biti proporcionalan:

- koeficijent potiska............. a r

Treba napomenuti da na vrijednost potiska tokom letova u blizini zemlje utiče takozvani „vazdušni jastuk”, zbog kojeg helikopter može poletjeti sa zemlje i uzdići se nekoliko metara uz potrošnju energije manju od one potrebne za „lebdenje”. ” na visini od 10-15 m. Dostupnost " vazdušni jastuk”objašnjava se činjenicom da zrak izbačen propelerom udara o tlo i donekle je komprimiran, odnosno povećava njegovu gustoću. Uticaj „vazdušnog jastuka“ je posebno jak kada propeler radi blizu tla. Zbog kompresije zraka, potisak glavnog rotora u ovom slučaju, uz istu potrošnju energije, raste za 30-

40%. Međutim, sa udaljenošću od tla, ovaj uticaj brzo opada, a na visini leta koja je jednaka polovini prečnika propelera, „zračni jastuk“ povećava potisak za samo 15- 20%. Visina "zračnog jastuka" približno je jednaka promjeru glavnog rotora. Nadalje, povećanje vuče nestaje.

Za grubo izračunavanje potiska glavnog rotora u režimu lebdenja koristi se sljedeća formula:

koeficijent koji karakteriše aerodinamički kvalitet glavnog rotora i uticaj „zračnog jastuka“. Ovisno o karakteristikama glavnog rotora, vrijednost koeficijenta a kada lebdi blizu tla, može imati vrijednosti ​​od 15 - 25.

Glavni rotor helikoptera ima izuzetno važno svojstvo - mogućnost stvaranja uzgona u režimu samorotacije (autorotacije) u slučaju zaustavljanja motora, što omogućava helikopteru da izvede sigurno klizanje ili padobransko spuštanje i spuštanje.

Rotirajući glavni rotor održava potreban broj okretaja pri planiranju ili spuštanju padobranom, ako su njegove lopatice pomaknute pod malim uglom ugradnje

(l--5 0) 1 . Istovremeno, sila dizanja je očuvana, što osigurava spuštanje konstantnom vertikalnom brzinom (6-10 m/s), s njegovo naknadno smanjenje tokom poravnanja prije slijetanja na l--1.5 m/sec.

Postoji značajna razlika u radu glavnog rotora u slučaju leta motora, kada se snaga iz motora prenosi na propeler, i u slučaju leta u režimu samorotacije, kada on prima energiju za rotirati propeler od nadolazeće struje zraka, postoji značajna razlika.

U letu motora nadolazeći zrak ulazi u glavni rotor odozgo ili odozgo pod kutom. Kada propeler radi u režimu samorotacije, vazduh ulazi u ravan rotacije odozdo ili pod uglom odozdo (slika 9). Kosina strujanja iza rotora će u oba slučaja biti usmjerena naniže, budući da će inducirana brzina, prema teoremi o momentu kretanja, biti usmjerena direktno suprotno od potiska, odnosno približno dolje duž ose rotora.

Ovdje govorimo o efektivnom kutu ugradnje, za razliku od konstruktivnog.