Obliczenie śruby można warunkowo podzielić na trzy kolejne etapy.

Celem pierwszego etapu obliczeń jest wyznaczenie szacunkowego promienia, ciągu i sprawności śmigła.

Wstępne dane pierwszego etapu to:

Wskazane jest przeprowadzenie obliczeń za pomocą międzynarodowy system Jednostki SI.

Jeśli prędkość wirnika jest ustawiona w obrotach na minutę, to korzystając ze wzoru

Musi zostać przekonwertowany na radiany na sekundę.

Prędkość projektową śruby V dobiera się w zależności od przeznaczenia ALS i wartości

gdzie K jest obliczoną maksymalną jakością aerodynamiczną ultralekkiego statku powietrznego; m to masa startowa.

Jedli
Przy wartościach E od 1000 do 1500 dla prędkości projektowej śmigła V o wskazane jest przyjęcie prędkości przelotowej V cr.

A przy wartościach E powyżej 1500 dla prędkości projektowej można wziąć prędkość obliczoną według wzoru

Wybierając V o należy wziąć pod uwagę fakt, że dla danej mocy silnika spadek prędkości projektowej V prowadzi do spadku maksymalnej prędkości lotu, a jej wzrost prowadzi do pogorszenia charakterystyk startowych ALS.

Na podstawie warunku uniknięcia przepływów transsonicznych, prędkość wierzchołka łopatki u. nie powinna przekraczać 230 ... 250 m / s i tylko w indywidualne przypadki gdy skrzynia biegów nie ma być montowana, a śmigło nie może odbierać pełnej mocy silnika, dopuszcza się prędkość do 260 m/s.

Niepraktyczne jest wybieranie początkowej wartości pożądanej sprawności powyżej 0,8 dla ALS o dużej prędkości i powyżej 0,75 dla ALS o niskiej prędkości, ponieważ w praktyce jest to niepraktyczne. Krok jej zmniejszania można początkowo przyjąć równy 0,05, a następnie zmniejszać w miarę zbliżania się do rzeczywistej wartości sprawności.

Na podstawie danych początkowych sekwencyjnie określa się:

Jeżeli wymagany promień R okaże się większy niż granica R GR, oznacza to, że nie można uzyskać początkowo określonej wydajności. Czy konieczne jest zmniejszenie o wybraną wartość i powtórzenie cyklu zaczynając od definicji nowej wartości? ...

Cykl jest powtarzany aż do spełnienia warunku RR ГР. Jeżeli ten warunek jest spełniony, to sprawdza się, czy prędkość obwodowa wierzchołka łopatki u K nie przekracza dopuszczalnej wartości u K.GR.

Jeżeli u K u K. GR, to nowa wartość jest ustalana o wartość mniejszą niż poprzednia i cykl się powtarza.

Po ustaleniu wartości promienia R, ciągu P i sprawności śmigła można przystąpić do drugiego etapu obliczeń.

Drugi etap obliczania śmigła

Celem drugiego etapu obliczeń jest określenie ciągu, poboru mocy i wymiarów geometrycznych śmigło.

Początkowe dane dla drugiego etapu obliczeń to:

Do obliczeń łopata śmigła (rys. 6.7)

Rysunek 6.7 Siła działania przepływu na elementy łopaty śruby napędowej

Dzieli się ona na skończoną liczbę odcinków o wymiarach bR.. W tym przypadku zakłada się, że na każdym wybranym odcinku nie występuje zawirowanie łopatki, a prędkości i kąty padania wzdłuż promienia nie zmieniają się. Wraz ze spadkiem R, czyli ze wzrostem liczby rozpatrywanych odcinków, błąd spowodowany przyjętym założeniem maleje. Praktyka pokazuje, że jeśli dla każdej sekcji weźmiemy prędkości i kąty właściwe jej sekcji środkowej, to błąd staje się nieistotny, gdy ostrze zostanie podzielone na 10 sekcji o R = 0,1 r. Można założyć, że pierwsze trzy sekcje, liczone od oś śruby, nie dają ciągu, zużywając 4 ... 5% mocy silnika. Dlatego wskazane jest wykonanie obliczeń dla siedmiu przekrojów od = 0,3 do = 1,0.

Dodatkowo zestaw:

Zaleca się ustawić początkową maksymalną względną szerokość łopatek dla śmigieł drewnianych na 0,08.

Prawo zmienności szerokości łopaty i względnej grubości można określić w postaci wzoru, tabeli lub rysunku śmigła (rys. 6.1).

Rys 6.1 Śmigło o stałym skoku

Wartości kątów natarcia wybranych odcinków ustala projektant z uwzględnieniem odwrotnej jakości aerodynamicznej. Wartości współczynników Cy i K = 1 / są pobierane z wykresów na ryc. 6.4 i 6.5 z uwzględnieniem wybranego profilu oraz wartości i.

Rys 6.4 Zależność współczynnika siły nośnej i odwrotnej jakości aerodynamicznej od kąta natarcia i względnej grubości profilu ВС-2

Rys 6.5 Zależność współczynnika siły nośnej i odwróconej jakości aerodynamicznej od kąta natarcia i względnej grubości profilu RAF-6

Pierwszym krokiem w drugim etapie obliczeń jest wyznaczenie prędkości przepływu V w płaszczyźnie ślimaka. Ta prędkość jest określona wzorem

Uzyskane ze wspólnego rozwiązania równań ciągu i przepływu powietrza przechodzącego przez obszar omiatany przez śmigło.

Założone wartości ciągu P, promienia R i powierzchni S om pochodzą z pierwszego etapu obliczeń.

Jeżeli w wyniku obliczeń okaże się, że moc pobierana przez śmigło różni się od dostępnej o nie więcej niż 5 ... 10%, to drugi etap obliczeń można uznać za zakończony.

Jeżeli moc pobierana przez śmigło różni się od mocy dostępnej o 10...20%, to konieczne jest zwiększenie lub zmniejszenie szerokości łopaty, biorąc pod uwagę, że pobór mocy i ciąg wirnika zmieniają się w przybliżeniu proporcjonalnie do akord ostrza. Średnica, względne grubości i kąty montażu kształtowników pozostają bez zmian.

W niektórych przypadkach może się okazać, że moc pobierana przez śmigło i jego ciąg różnią się o ponad 20% od założonych na podstawie wyników pierwszego etapu obliczeń. W tym przypadku według stosunku pojemności zużytych do dostępnych

Za pomocą wykresu (ryc. 6. 10) określa się wartości współczynników k R i k P. Współczynniki te pokazują, ile razy konieczna jest zmiana założonego promienia i ciągu śruby, które są wartościami początkowymi dla drugiego etapu obliczeń. Następnie powtarza się drugi etap obliczeń.

Rysunek 6.10 Zależność współczynników korekcyjnych od stosunku mocy pobieranej do mocy dyspozycyjnej

Pod koniec drugiego etapu obliczeń wymiary geometryczne śruby (R, r, b, c i) niezbędne do produkcji w jednostkach dogodnych do jej produkcji są podsumowane w tabeli.

Trzeci etap obliczania śmigła

Celem trzeciego etapu jest sprawdzenie wytrzymałości śmigła. Ten etap obliczeń sprowadza się do określenia obciążeń działających w różnych przekrojach łopatek i porównania ich z dopuszczalnymi z uwzględnieniem geometrii i materiału, z którego łopaty są wykonane.

Aby określić obciążenia, ostrze dzieli się na oddzielne elementy, tak jak w drugim etapie obliczeń, zaczynając od przekroju = 0,3 z krokiem od 0,1 do = 1.

Na każdy wybrany element łopaty o masie m przy promieniu r (rys. 6.11) działa siła bezwładności

Rysunek 6.11 Działanie sił sił aerodynamicznych na element łopatki śruby napędowej

I elementarna siła aerodynamiczna F. Pod wpływem tych sił ze wszystkich elementarnych odcinków ostrze jest rozciągane i wyginane. W rezultacie w materiale łopatki powstają naprężenia rozciągająco-ściskające. Najbardziej obciążony (ryc. 6.12)

Rysunek 6.12 Rozkład naprężeń w przekroju łopaty śruby napędowej

Pojawiają się włókna tylnej strony łopatki, ponieważ w tych włóknach sumują się naprężenia od sił bezwładności i momentu zginającego. Aby zapewnić określoną wytrzymałość, konieczne jest, aby rzeczywiste naprężenia w tych obszarach najbardziej oddalonych od osi przekroju łopatki były mniejsze niż dopuszczalne dla wybranego materiału.

Wymagane do obliczeń wartości promieni r, na których znajdują się rozpatrywane odcinki łopaty, cięciwy b, względne grubości i siły F, pobiera się z tabel drugiego etapu obliczeń. Następnie dla każdej sekcji ustala się kolejno:

Współczynnik wypełnienia k 3 zależy od profilu użytego do wkrętu. Dla najpopularniejszych profili śrubowych wynosi on: Clark-Y- k 3 = 0,73; BC-2-k3 = 0,7 i RAF-6-k3 = 0,74.

Po obliczeniu wartości P w każdej oddzielnej sekcji sumuje się je od wolnego końca ostrza do rozpatrywanej sekcji. Dzieląc całkowitą siłę działającą w każdym rozpatrywanym przekroju przez powierzchnię tego przekroju można uzyskać naprężenia rozciągające od sił bezwładności.

Naprężenia zginające łopaty pod działaniem sił aerodynamicznych F określa się jak dla belki wspornikowej z nierównomiernie rozłożonym obciążeniem.

Jak zauważono wcześniej, maksymalne naprężenia będą występować we włóknach spływających łopaty i są definiowane jako suma naprężeń wywołanych siłami bezwładności i sił aerodynamicznych. Wielkość tych naprężeń nie powinna przekraczać 60 ... 70% ostatecznej wytrzymałości materiału ostrza.

Jeśli zapewniona jest wytrzymałość łopaty, obliczenia śmigła można uznać za kompletne.

Jeśli wytrzymałość ostrza nie jest zapewniona, należy albo wybrać inny, trwalszy materiał, albo, zwiększając względną szerokość ostrza, powtórzyć wszystkie trzy etapy obliczeń.

Jeżeli względna szerokość ostrza przekracza 0,075 dla wkrętów z twardego drewna i 0,09 dla wkrętów z miękkiego drewna, to trzeci etap obliczeń jest zbędny, ponieważ wymagana wytrzymałość będzie z pewnością zapewniona.

na podstawie materiałów: PI Chumak, VF Krivokrysenko „Obliczanie i projektowanie ALS”

Wstęp

Projektowanie śmigłowca to złożony, ewoluujący w czasie proces, podzielony na powiązane ze sobą etapy i etapy projektowania. Tworzony samolot musi spełniać wymagania techniczne i są zgodne z właściwościami technicznymi i ekonomicznymi określonymi w specyfikacji projektowej. SIWZ zawiera wstępny opis śmigłowca oraz jego charakterystyki osiągów, które zapewniają wysoką wydajność ekonomiczna oraz konkurencyjność projektowanej maszyny, a mianowicie: nośność, prędkość lotu, zasięg, pułap statyczny i dynamiczny, zasoby, trwałość i koszt.

Zakres zadań określany jest na etapie opracowań przedprojektowych, podczas których prowadzone są poszukiwania patentowe, analiza istniejących rozwiązań technicznych, prace badawczo-rozwojowe. Głównym zadaniem badań przedprojektowych jest poszukiwanie i eksperymentalna weryfikacja nowych zasad funkcjonowania projektowanego obiektu i jego elementów.

Na etapie wstępnego projektu dobierany jest schemat aerodynamiczny, kształtowany jest wygląd śmigłowca, a główne parametry są obliczane w celu zapewnienia osiągnięcia określonych charakterystyk lotu. Te parametry to: masa śmigłowca, moc układ napędowy, wymiary wirnika głównego i ogonowego, masa paliwa, masa wyposażenia instrumentalnego i specjalnego. Wyniki obliczeń są wykorzystywane w opracowaniu schemat układuśmigłowca i sporządzenie arkusza centrującego w celu określenia położenia środka masy.

Projektowanie poszczególnych jednostek i zespołów śmigłowca z uwzględnieniem wybranych rozwiązań technicznych jest realizowane na etapie opracowywania projektu technicznego. W takim przypadku parametry projektowanych jednostek muszą odpowiadać wartościom odpowiadającym projektowi projektowemu. Niektóre parametry można dopracować w celu optymalizacji projektu. Podczas projektowania technicznego, obliczeń aerodynamicznych wytrzymałościowych i kinematycznych zespołów, doboru materiałów konstrukcyjnych i schematów konstrukcyjnych.

Na etapie projektu roboczego projekt rysunków wykonawczych i montażowych śmigłowca, specyfikacje, listy kompletacyjne i inne dokumentacja techniczna zgodnie z przyjętymi standardami

W artykule przedstawiono metodykę obliczania parametrów śmigłowca na etapie projektowania wstępnego, która służy do realizacji projektu kursu w dyscyplinie „Projektowanie śmigłowców”.

Pierwsze przybliżenie obliczenia masy startowej śmigłowca

gdzie jest masa ładunku, kg;

Waga załogi, kg.

Zasięg lotu

Obliczanie parametrów wirnika głównego śmigłowca

2.1 Promień R, m wirnika głównego śmigłowca jednowirnikowego oblicza się ze wzoru:

gdzie jest masa startowa śmigłowca, kg;

g - przyspieszenie grawitacyjne równe 9,81 m / s2;

p jest obciążeniem właściwym obszaru omiatanego przez wirnik,

Wartość obciążenia właściwego p na powierzchni zmiatanej przez ślimak dobiera się zgodnie z zaleceniami przedstawionymi w pracy /1/: gdzie p = 280

Przyjmujemy promień wirnika równy R = 7,9

Prędkość kątowa s-1 obrotu wirnika głównego jest ograniczona wartością prędkości obwodowej R końców łopat, która zależy od masy startowej śmigłowca i wynosi R = 232 m / s.

2.2 Względne gęstości powietrza na sufitach statycznych i dynamicznych

2.3 Obliczanie prędkości ekonomicznej przy ziemi i na pułapie dynamicznym

Określa się względny obszar równoważnej szkodliwej płytki:

Gdzie Se = 2,5

Wartość prędkości ekonomicznej na ziemi Vz, km/h oblicza się:

Wartość prędkości ekonomicznej przy pułapie dynamicznym Vdin, km/h oblicza się:

gdzie I = 1,09 ... 1,10 jest współczynnikiem indukcji.

2.4 Oblicza się względne wartości maksymalnych i ekonomicznych na pułapie dynamicznym prędkości lotu poziomego:

gdzie Vmax = 250 km / h i Vdin = 182,298 km / h - prędkość lotu;

R=232 m/s - prędkość obwodowa łopat.

Śmigłowiec to wiropłat, w którym siła nośna i ciąg są generowane przez śmigło. Główny wirnik służy do podtrzymywania i przemieszczania helikoptera w powietrzu. Obracając się w płaszczyźnie poziomej, główny wirnik wytwarza ciąg (T) skierowany do góry i działa jako siła nośna (Y). Gdy ciąg wirnika głównego jest większy niż masa śmigłowca (G), śmigłowiec wystartuje z ziemi bez biegu i rozpocznie pionowe wznoszenie. Jeśli masa śmigłowca i ciąg wirnika głównego są równe, śmigłowiec zawiśnie nieruchomo w powietrzu. Do pionowego zniżania wystarczy, aby ciąg wirnika głównego był nieco mniejszy niż masa śmigłowca. Ruch postępowy śmigłowca (P) zapewnia nachylenie płaszczyzny obrotu wirnika głównego za pomocą układu sterowania wirnikiem. Nachylenie płaszczyzny obrotu śmigła powoduje odpowiednie nachylenie całkowitej siły aerodynamicznej, podczas gdy jej składowa pionowa będzie utrzymywała śmigłowiec w powietrzu, a pozioma spowoduje ruch śmigłowca w odpowiednim kierunku.

Rys 1. Schemat rozkładu sił

Projekt helikoptera

Kadłub jest główną częścią konstrukcji śmigłowca, która służy do połączenia wszystkich jego części w jedną całość, a także do pomieszczenia załogi, pasażerów, ładunku i wyposażenia. Ma ogon i wysięgnik końcowy, aby umieścić śmigło ogonowe poza strefą obrotu wirnik główny, oraz skrzydło (w niektórych śmigłowcach skrzydło jest montowane w celu zwiększenia maksymalnej prędkości lotu poprzez częściowe odciążenie wirnika głównego (MI-24)).jest źródłem energii mechanicznej do napędzania obrotowego wirnika głównego i ogonowego. Obejmuje silniki i systemy zapewniające ich działanie (paliwo, olej, układ chłodzenia, układ rozruchowy silnika itp.). Główny wirnik (HB) służy do podtrzymywania i przemieszczania helikoptera w powietrzu i składa się z łopat wirnika oraz piasty. Śmigło ogonowe służy do równoważenia momentu reaktywnego wynikającego z obrotu wirnika głównego oraz do kierunkowego sterowania śmigłowcem. Ciąg śmigła ogonowego wytwarza moment względem środka ciężkości helikoptera, który równoważy reaktywny moment wirnika głównego. Aby skręcić śmigłowcem wystarczy zmienić wartość ciągu śmigła ogonowego. Wirnik ogonowy również składa się z łopatek i piasty. Główny wirnik sterowany jest przez specjalne urządzenie zwane tarczą skośną. Wirnik ogonowy jest sterowany za pomocą pedałów. Urządzenia do startu i lądowania służą jako podparcie dla śmigłowca podczas zaparkowania i umożliwiają śmigłowiec poruszanie się po ziemi, start i lądowanie. Są wyposażone w amortyzatory, które amortyzują wstrząsy i uderzenia. Urządzenia do startu i lądowania mogą być wykonywane w postaci podwozia kołowego, pływaków i nart

Rys. 2 Główne części śmigłowca:

1 - kadłub; 2 - silniki lotnicze; 3 - wirnik (układ nośny); 4 - transmisja; 5 - śmigło ogonowe; 6 - belka końcowa; 7 - stabilizator; 8 - bom ogonowy; 9 - podwozie

Zasada podnoszenia śmigła i system sterowania śmigłem

W locie pionowym, nCałkowita siła aerodynamiczna wirnika głównego wyrażona jest jako iloczyn masy powietrza przepływającego przez powierzchnię wymiataną przez wirnik główny w ciągu jednej sekundy przez prędkość wylatującego strumienia:

gdzie πD 2/ 4 - powierzchnia omiatana przez wirnik;V—prędkość lotu w SM; ρ - gęstość powietrza;ty -prędkość strumienia wylatującego w m / sek.

W rzeczywistości siła ciągu śmigła jest równa sile reakcji, gdy przepływ powietrza jest przyspieszany.

Aby śmigłowiec poruszał się progresywnie, potrzebne jest pochylenie płaszczyzny obrotu wirnika, a zmianę płaszczyzny obrotu uzyskuje się nie przez przechylanie głównej piasty wirnika (choć efekt wizualny może być właśnie taki), ale poprzez zmianę położenia ostrza w różnych częściach obwodu.

Łopatki wirnika głównego, zataczające pełny okrąg wokół osi podczas jego obrotu, są omiatane przez przeciwprąd w różny sposób. Pełne koło to 360º. Następnie ustawmy łopatkę w tylnej pozycji na 0º, a następnie co 90º pełny obrót. Zatem ostrze w zakresie od 0º do 180º jest ostrzem wysuwającym się, a od 180º do 360º jest ostrzem cofającym się. Myślę, że zasada takiej nazwy jest jasna. Posuwająca się łopatka porusza się w kierunku napływającego strumienia powietrza, a całkowita prędkość jego ruchu względem tego strumienia wzrasta, ponieważ sam strumień z kolei porusza się w jego kierunku. W końcu helikopter leci do przodu. Siła podnoszenia również odpowiednio rośnie.

Rys. 3 Zmiany prędkości przepływu padającego podczas obrotu śmigła dla śmigłowca MI-1 (średnie prędkości lotu).

W przypadku wycofującego się ostrza jest odwrotnie. Prędkość, z jaką to ostrze niejako „ucieka” jest odejmowana od prędkości nadchodzącego strumienia. W rezultacie mamy mniejszą siłę podnoszenia. Okazuje się poważna różnica sił po prawej i lewej stronie śruby, a co za tym idzie oczywistość przerzucając moment... W takim stanie rzeczy helikopter będzie miał tendencję do przewracania się podczas próby poruszania się do przodu. Takie rzeczy miały miejsce podczas pierwszych doświadczeń z tworzeniem wiropłatów.

Aby temu zapobiec, projektant zastosował jedną sztuczkę. Faktem jest, że łopaty wirnika są zamocowane w piaście (jest to tak masywna jednostka, zamontowana na wale wyjściowym), ale nie sztywno. Połączone są z nim za pomocą specjalnych zawiasów (lub podobnych do nich urządzeń). Istnieją trzy rodzaje zawiasów: poziome, pionowe i osiowe.

Zobaczmy teraz, co stanie się z ostrzem, które jest odchylone do osi obrotu. Więc nasze ostrze obraca się z stała prędkość bez zewnętrznej kontroli.

Ryż. 4 Siły działające na łopatę zawieszoną na zawiasowej piaście śruby napędowej.

Z 0º do 90º zwiększa się prędkość przepływu wokół łopaty, co oznacza, że ​​wzrasta również siła podnoszenia. Ale! Ostrze jest teraz zawieszone na poziomym zawiasie. W wyniku nadmiernej siły udźwigu, obracając się w poziomym zawiasie, zaczyna się unosić (eksperci mówią „zamiata”). Jednocześnie ze względu na wzrost oporu (w końcu wzrosła prędkość przepływu) łopatka odchyla się do tyłu, pozostając w tyle za obrotem osi wirnika. Do tego właśnie służy pionowa kula-nir.

Jednak podczas wymachu okazuje się, że powietrze względem łopaty również porusza się w dół, a tym samym zmniejsza się kąt natarcia względem napływającego strumienia. Oznacza to, że wzrost nadmiaru windy spowalnia. Na to spowolnienie dodatkowo wpływa brak działania sterującego. Oznacza to, że pchnięcie tarczy sterującej przymocowane do łopatki zachowuje niezmienione położenie, a łopatka, kołysząc się, jest zmuszona do obracania się w swoim osiowym zawiasie, utrzymywana przez pchnięcie, a tym samym zmniejsza swój kąt ustawienia lub kąt natarcia w stosunku do przepływ przychodzący. (Obraz tego, co się dzieje na rysunku. Tutaj Y to siła nośna, X to siła oporu, Vy to pionowy ruch powietrza, α to kąt natarcia.)

Rys. 5 Obraz zmiany prędkości i kąta natarcia napływającego strumienia podczas obrotu łopaty wirnika głównego.

Do momentu Nadmiar podnoszenia o 90º będzie jednak nadal rósł ze względu na powyższe, wraz ze wzrostem zwalniania. Po 90º siła ta zmniejszy się, ale ze względu na jej obecność ostrze będzie nadal poruszać się w górę, choć coraz wolniej. Swoją maksymalną wysokość wymachu osiągnie już po przejściu punktu 180º. Dzieje się tak, ponieważ ostrze ma pewną wagę i działają na nią siły bezwładności.

Wraz z dalszym obrotem ostrze cofa się i działają na niego wszystkie te same procesy, ale w przeciwnym kierunku. Siła nośna maleje, a siła odśrodkowa wraz z siłą ciężaru zaczyna go obniżać. Jednocześnie jednak zwiększają się kąty natarcia dla padającego strumienia (teraz powietrze porusza się już w górę w stosunku do łopatki), a kąt ustawienia łopatki wzrasta z powodu bezruchu prętów. helikopter z tarczą kalibrową ... Wszystko, co się dzieje, utrzymuje uniesienie wycofującego się ostrza na wymaganym poziomie. Ostrze nadal opada, a minimalna wysokość wychylenia sięga już gdzieś za punktem 0º, ponownie z powodu sił bezwładności.

Tak więc, gdy główny wirnik się obraca, łopaty helikoptera wydają się „falować”, a nawet mówić „trzepotać”. Jednak gołym okiem prawie nie zauważysz tego trzepotania, że ​​tak powiem. Uniesienie ostrzy do góry (a także ich wygięcie do tyłu w zawiasie pionowym) jest bardzo nieznaczne. Faktem jest, że siła odśrodkowa ma bardzo silny wpływ stabilizujący na ostrza. Na przykład siła podnoszenia jest 10 razy większa niż ciężar ostrza, a siła odśrodkowa jest 100 razy większa. To właśnie siła odśrodkowa przekształca pozornie „miękkie” uginanie się łopaty w pozycji stacjonarnej w sztywny, wytrzymały i doskonale pracujący element wirnika głównego helikoptera.

Jednak mimo swojej nieznaczności występuje pionowe ugięcie łopatek, a główny wirnik obracając się, zakreśla stożek, chociaż jest bardzo płytki. Podstawą tego stożka jest płaszczyzna obrotu śruby(patrz rys. 1.)

Aby nadać śmigłowcowi ruch translacyjny, płaszczyzna ta musi być pochylona tak, aby pojawiła się pozioma składowa całkowitej siły aerodynamicznej, czyli pozioma siła ciągu śmigła. Innymi słowy, musisz przechylić cały wyimaginowany stożek obrotu śruby. Jeśli śmigłowiec musi ruszyć do przodu, stożek musi być przechylony do przodu.

Bazując na opisie ruchu łopatki podczas obrotu śmigła oznacza to, że łopatka w pozycji 180º powinna się opuścić, a w pozycji 0º (360º) unieść. Oznacza to, że w punkcie 180º winda powinna się zmniejszyć, a w punkcie 0º (360º) powinna wzrosnąć. A to z kolei można zrobić zmniejszając kąt ustawienia ostrza o 180º i zwiększając go o 0º (360º). Podobnie powinno dziać się, gdy helikopter porusza się w innych kierunkach. Tylko w tym przypadku oczywiście podobne zmiany położenia ostrzy wystąpią w innych punktach kątowych.

Oczywiste jest, że w pośrednich kątach obrotu śmigła pomiędzy wskazanymi punktami kąty ustawienia łopaty powinny zajmować położenia pośrednie, to znaczy kąt ustawienia łopaty zmienia się w miarę poruszania się po okręgu stopniowo, cyklicznie. To się nazywa cykliczny kąt montażu ostrza ( cykliczny skok śmigła). Podkreślam tę nazwę, ponieważ istnieje również wspólny skok śmigła (wspólny kąt łopat). Zmienia się jednocześnie na wszystkich ostrzach o tę samą ilość. Zwykle robi się to w celu zwiększenia ogólnego udźwigu głównego wirnika.

Takie działania są wykonywane tarcza wahadłowa helikoptera ... Zmienia kąt ustawienia łopat wirnika (skok śmigła) poprzez obracanie ich w zawiasach osiowych za pomocą przymocowanych do nich prętów. Zwykle są zawsze dwa kanały sterujące: skok i przechylenie, a także kanał do zmiany ogólnego skoku głównego wirnika.

Poziom oznacza położenie kątowe statku powietrznego w stosunku do jego osi poprzecznej (dziób w górę i w dół), odpowiednio akr w stosunku do jego osi podłużnej (pochylenie w lewo i prawo).

Formalnie tarcza wahadłowa helikoptera Jest to dość skomplikowane, ale jego budowę można wyjaśnić na przykładzie podobnej jednostki modelu śmigłowca. Modelowa maszyna jest oczywiście prostsza niż jej starszy brat, ale zasada jest taka sama.

Ryż. 6 Tarcza wahadłowa do modelu helikoptera

To jest helikopter dwułopatowy. Pozycja kątowa każdego ostrza jest kontrolowana za pomocą prętów6. Pręty te są połączone z tzw. płytą wewnętrzną2 (wykonaną z białego metalu). Obraca się razem ze ślimakiem iw stanie ustalonym jest równoległy do ​​płaszczyzny obrotu ślimaka. Może jednak zmienić swoje położenie kątowe (pochylenie), ponieważ jest zamocowany na osi śruby za pomocą przegubu kulowego 3. Gdy zmienia się jego nachylenie (położenie kątowe), działa na pręty6, które z kolei oddziałują na łopaty, obracając je w zawiasach osiowych i tym samym zmieniając cykliczny skok śruby.

Płyta wewnętrzna jednocześnie jest bieżnią wewnętrzną łożyska, której bieżnia zewnętrzna jest płytką zewnętrzną śruby1. Nie obraca się, ale może zmieniać swoje nachylenie (położenie kątowe) pod wpływem sterowania wzdłuż kanału skoku4 i kanału obrotu5. Zmieniając swoje nachylenie pod wpływem sterowania, spodek zewnętrzny zmienia nachylenie spodka wewnętrznego i w efekcie nachylenie płaszczyzny obrotu wirnika głównego. Dzięki temu helikopter leci we właściwym kierunku.

Całkowity skok śruby zmienia się poprzez przesuwanie płytki wewnętrznej2 wzdłuż osi śruby za pomocą mechanizmu7. W takim przypadku kąt montażu zmienia się od razu na obu łopatkach.

Dla lepszego zrozumienia umieszczam jeszcze kilka ilustracji piasty śrubowej z tarczą krzywkową.

Ryż. 7 Tuleja śrubowa z tarczą krzywkową (schemat).

Ryż. 8 Obrót łopaty w zawiasie pionowym piasty wirnika głównego.

Ryż. 9 Główna piasta wirnika śmigłowca MI-8

FIZYKA ŚMIGŁA nośnego

Świetny samochód - helikopter! Niezwykłe właściwości sprawiają, że jest niezastąpiony w tysiącach przypadków. Tylko helikopter jest w stanie wystartować i wylądować pionowo, zawisnąć nieruchomo w powietrzu, poruszać się na boki, a nawet ogonem do przodu.

Czy są tak wielkie możliwości? Jaka jest fizyka jego lotu Spróbujmy krótko odpowiedzieć na te pytania.

Wirnik helikoptera tworzy siłę nośną. Łopaty śmigła to te same skrzydła. Zainstalowane pod pewnym kątem do horyzontu zachowują się jak skrzydło w strumieniu napływającego powietrza: ciśnienie powstaje pod dolną płaszczyzną łopatek, a nad nią próżnia. Im większa ta różnica, tym większe podnoszenie. Gdy podnośnik przekracza masę helikoptera, startuje, jeśli jest odwrotnie, helikopter opada.

Jeżeli na skrzydle samolotu pojawia się tylko wtedy, gdy samolot jest w ruchu, to na „skrzydle” śmigłowca pojawia się nawet wtedy, gdy śmigłowiec jest nieruchomy: „skrzydło” jest w ruchu. To jest najważniejsze.

Ale wtedy helikopter nabrał wysokości. Teraz musi lecieć do przodu. Jak to zrobić? Śruba wytwarza tylko docisk do góry! Zajrzyjmy w tej chwili do kokpitu. Odsunął od siebie drążek sterowy. Helikopter przechylił się lekko na dziobie i poleciał do przodu. Czemu?

Rączka sterująca jest połączona z pomysłowym urządzeniem - automatyczną maszyną transferową. Ten mechanizm, niezwykle wygodny do sterowania helikopterem, został wymyślony w latach studenckich przez akademika B.N.Yurieva. Jego urządzenie jest dość skomplikowane, a jego przeznaczenie jest następujące: umożliwienie pilotowi dowolnej zmiany kąta nachylenia łopat do horyzontu.

Łatwo zrozumieć, że podczas lotu poziomego helikoptera wypychanie jego łopat porusza się względem otaczającego powietrza z inna prędkość... Ostrze, które porusza się do przodu, porusza się w kierunku przepływu powietrza, a obracające się do tyłu porusza się wraz z przepływem. Dlatego prędkość ostrza, a wraz z nim siła podnoszenia, będzie wyższa, gdy ostrze porusza się do przodu. Śmigło będzie miało tendencję do przewracania helikoptera na bok.

Aby temu zapobiec, nie-konstruktorzy połączyli łopaty z osią ruchomo, na zawiasach. Następnie przednie ostrze z większą ilością siła podnoszenia zaczął wznosić się, machać. Ale ten ruch nie był już przesyłany do helikoptera, leciał spokojnie. Ze względu na ruch wahadłowy ostrza, jego siła podnoszenia pozostawała stała przez cały obrót.

Nie rozwiązało to jednak problemu posuwania się naprzód. W końcu musisz zmienić kierunek siły ciągu śmigła, aby helikopter poruszał się poziomo. Było to możliwe dzięki tarczy sterującej. W sposób ciągły zmienia kąt montażu każdej łopaty śmigła, tak aby największa siła nośna występowała w przybliżeniu w tylnym sektorze jego obrotu. Wynikowy ciąg wirnika przechyla się, a helikopter również przechyla się do przodu.

Tak niezawodne i wygodne urządzenie do sterowania helikopterem nie zostało stworzone od razu. Urządzenie do kontrolowania kierunku lotu nie pojawiło się od razu.

Wiesz oczywiście, że helikopter nie ma steru. A wiropłat tego nie potrzebuje. Zastąpiono go małym śmigłem montowanym na ogonie. Gdyby pilot próbował go wyłączyć, helikopter sam by się włączył. Tak, skręcał tak, aby obracał się coraz szybciej w kierunku przeciwnym do obrotu głównego wirnika. Wynika to z reaktywnego momentu obrotowego powstającego w wyniku obrotu głównego wirnika. Śmigło ogonowe nie pozwala ogonowi śmigłowca obracać się pod wpływem momentu reaktywnego, równoważy go. A w razie potrzeby pilot wzmocni lub osłabi ciąg śmigła ogonowego. Wtedy helikopter skręci w żądanym kierunku.

Czasami całkowicie rezygnują z śmigła ogonowego, instalując dwa śmigła główne na śmigłowcach, obracając się do siebie. Momenty reaktywne w tym przypadku są oczywiście niszczone.

Tak leci „lotniczy pojazd terenowy” i niestrudzony robotnik – helikopter.

i

Siła nośna i ciąg dla ruchu śmigłowca do przodu są generowane przez wirnik główny. Tym różni się od samolotu i szybowca, w którym siłę nośną podczas ruchu w powietrzu tworzy powierzchnia nośna – skrzydło sztywno połączone z kadłubem, a ciąg – śmigło lub silnik odrzutowy(rys. 6).

W zasadzie lot samolotu i śmigłowca może być analogiczny. W obu przypadkach siła nośna powstaje w wyniku interakcji dwóch ciał: powietrza i samolotu (samolotu lub śmigłowca).

Zgodnie z prawem równości akcji i reakcji wynika z tego, z jaką siłą samolot działa na powietrze (ciężar lub grawitacja), z taką samą siłą powietrze działa na samolot (siła udźwigu).

Podczas lotu samolotu dochodzi do zjawiska: nadlatujący strumień powietrza opływa skrzydło i opada w dół za skrzydłem. Powietrze jest jednak nierozpuszczalnym, raczej lepkim ośrodkiem i w koszeniu tym uczestniczy nie tylko warstwa powietrza znajdująca się w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni skrzydła, ale także jej warstwy sąsiednie. Tak więc podczas opływania skrzydła dość znaczna objętość powietrza jest odchylana w dół do tyłu na każdą sekundę, w przybliżeniu równa objętości cylindra, którego przekrój jest kołem o średnicy równej rozpiętości skrzydeł, a długość to prędkość lotu na sekundę. To nic innego jak drugie natężenie przepływu powietrza zaangażowane w wytworzenie wzniosu skrzydła (rys. 7).

Ryż. 7. Objętość powietrza zaangażowana w tworzenie windy samolotu

Z mechaniki teoretycznej wiadomo, że zmiana ilości ruchu na jednostkę czasu jest równa działającej sile:

gdzie R - siła działająca;

w wyniku interakcji ze skrzydłem samolotu. W konsekwencji uniesienie skrzydła będzie równe drugiemu wzrostowi ilości ruchu pionowego w strumieniu wychodzącym.

oraz -prędkość skosu przepływu za skrzydłem w pionie in m / sek. W ten sam sposób całkowitą siłę aerodynamiczną wirnika głównego śmigłowca można wyrazić w postaci drugiego natężenia przepływu powietrza oraz natężenia przepływu powietrza (indukcyjnej prędkości wylatującego strumienia powietrza).

Obracający się wirnik główny zmiata powierzchnię, którą można sobie wyobrazić jako nośnik, podobny do skrzydła samolotu (rys. 8). Powietrze przepływające przez powierzchnię zmiecioną przez wirnik w wyniku interakcji z obracającymi się łopatkami jest wyrzucane w dół z prędkością indukcyjną oraz. W przypadku lotu poziomego lub pochyłego powietrze wypływa na powierzchnię zmiataną przez wirnik pod pewnym kątem (nadmuch skośny). Podobnie jak w samolocie, objętość powietrza zaangażowana w wytworzenie pełnej siły aerodynamicznej wirnika głównego można przedstawić jako cylinder, którego powierzchnia podstawy jest równa powierzchni wymiatanej przez wirnik główny, a długość jest równa prędkości lotu , wyrażone w m / sek.

Gdy wirnik główny pracuje w miejscu lub w locie pionowym (nadmuch do przodu), kierunek przepływu powietrza pokrywa się z osią wirnika głównego. W takim przypadku cylinder powietrzny zostanie ustawiony pionowo (ryc. 8, b). Całkowita siła aerodynamiczna wirnika głównego wyrażona jest jako iloczyn masy powietrza przepływającego przez powierzchnię wymiataną przez wirnik główny w ciągu jednej sekundy przez prędkość indukcyjną wylatującego strumienia:

prędkość indukcyjna wychodzącego strumienia in m / sek. Należy zauważyć, że w rozpatrywanych przypadkach zarówno dla skrzydła samolotu, jak i dla wirnika głównego śmigłowca dla prędkości indukcyjnej oraz mierzona jest prędkość indukcyjna wychodzącego strumienia w pewnej odległości od powierzchni łożyska. Indukcyjna prędkość strumienia powietrza powstającego na samej powierzchni łożyska jest o połowę mniejsza od wartości.

Ta interpretacja pochodzenia wzniosu skrzydła lub całkowitej siły aerodynamicznej wirnika głównego nie jest do końca dokładna i obowiązuje tylko w idealnym przypadku. Tylko zasadniczo poprawnie i jasno wyjaśnia fizyczne znaczenie tego zjawiska. W tym miejscu należy zwrócić uwagę na jedną bardzo ważną okoliczność wynikającą z analizowanego przykładu.

Jeżeli całkowita siła aerodynamiczna wirnika jest wyrażona jako iloczyn masy powietrza przepływającego przez powierzchnię omiataną przez wirnik przez prędkość indukcyjną, a objętością tej masy jest walec, którego podstawą jest pole powierzchni omiatanej przez wirnik wirnika, a długość to prędkość lotu, to absolutnie jasne jest, że aby stworzyć stały ciąg (na przykład równy ciężarowi śmigłowca) przy większej prędkości lotu, a więc przy większej objętości wyrzucanego powietrza, wymagana jest niższa prędkość indukcyjna, a tym samym mniejsza moc silnika.

Wręcz przeciwnie, utrzymanie śmigłowca w powietrzu podczas „zawisu” w miejscu wymaga większej mocy niż podczas lotu z określoną prędkością do przodu, przy której występuje przeciwprąd w wyniku ruchu śmigłowca.

Innymi słowy, przy wydatku tej samej mocy (np. mocy znamionowej silnika) w przypadku lotu pochyłego z odpowiednio dużą prędkością można osiągnąć wyższy pułap niż przy wznoszeniu pionowym, gdy całkowita prędkość

helikopter jest mniejszy niż w pierwszym przypadku. Dlatego helikopter ma dwa pułapy: statyczny gdy wysokość zostaje osiągnięta w locie pionowym, oraz dynamiczny gdy wysokość jest osiągana w locie pochyłym, a pułap dynamiczny jest zawsze wyższy niż statyczny.

W działaniu głównego wirnika śmigłowca i śmigła samolotu istnieje wiele podobieństw, ale są też zasadnicze różnice, które zostaną omówione później.

Porównując ich pracę można zauważyć, że całkowita siła aerodynamiczna, a w konsekwencji ciąg wirnika głównego śmigłowca, będący składową siły

rw kierunku osi piasty, zawsze więcej (5-8 razy) przy tej samej mocy silnika i tej samej masie samolot ze względu na fakt, że średnica wirnika głównego śmigłowca jest kilkakrotnie większa niż średnica śmigła samolotu. W tym przypadku prędkość odrzutu powietrza na wirniku głównym jest mniejsza niż prędkość odrzutu na śmigle.

Wielkość ciągu wirnika głównego zależy w bardzo dużym stopniu od jego średnicy.

Di liczbę obrotów. Gdy średnica śmigła podwoi się, jego ciąg wzrośnie około 16 razy; jeśli liczba obrotów podwoi się, ciąg wzrośnie około 4 razy. Ponadto opór wirnika głównego zależy również od gęstości powietrza ρ, kąta łopaty φ (skok wirnika głównego),geometryczny i właściwości aerodynamiczne tego śmigła, a także w trybie lotu. Wpływ czterech ostatnich czynników wyrażany jest zwykle we wzorach na napór śruby przez współczynnik ciągu oraz T . .

Zatem ciąg głównego wirnika śmigłowca będzie proporcjonalny do:

- współczynnik ciągu............. α r

Należy zauważyć, że na wielkość ciągu podczas lotu blisko ziemi wpływa tzw. „poduszka powietrzna”, dzięki której śmigłowiec może wystartować z ziemi i wznieść się na kilka metrów przy mniejszym od wymaganego poborze mocy zawisać na wysokości 10 15 m. Dostępność " poduszka powietrzna„Wyjaśnia to fakt, że powietrze wyrzucane przez śmigło uderza w ziemię i jest nieco skompresowane, to znaczy zwiększa jego gęstość. Efekt „poduszki powietrznej” jest szczególnie silny, gdy śmigło pracuje blisko ziemi. Ze względu na sprężenie powietrza ciąg wirnika w tym przypadku, przy tym samym poborze mocy, wzrasta o 30

40%. Jednak wraz z odległością od ziemi efekt ten gwałtownie maleje, a na wysokości lotu równej połowie średnicy śmigła „poduszka powietrzna” zwiększa ciąg tylko o 15 20%. Wysokość „poduszki powietrznej” jest w przybliżeniu równa średnicy wirnika głównego. Co więcej, wzrost ciągu znika.

Do zgrubnego obliczenia ciągu wirnika w trybie zawisu stosuje się następujący wzór:

współczynnik charakteryzujący jakość aerodynamiczną wirnika głównego oraz działanie „poduszki powietrznej”. W zależności od charakterystyki wirnika wartość współczynnika a zawisając nad ziemią może mieć wartości 15 - 25.

Główny wirnik śmigłowca posiada niezwykle ważną właściwość - zdolność do tworzenia siły nośnej w trybie samoobrotu (autorotacji) w przypadku zatrzymania silnika, co pozwala śmigłowcowi na bezpieczne szybowanie lub zniżanie i lądowanie na spadochronie.

Obrotowy wirnik główny utrzymuje wymaganą liczbę obrotów podczas szybowania lub skoku spadochronowego, jeśli jego łopaty są przesunięte pod małym kątem nachylenia

(l - 5 0) 1. Jednocześnie zachowana jest siła nośna, zapewniając zjazd ze stałą prędkością pionową (6-10 m / s), s późniejsza jego redukcja podczas wyrównywania przed sadzeniem do l - 1,5 m / sek.

Znacząca różnica w pracy wirnika głównego występuje w przypadku lotu silnikowego, gdy moc z silnika jest przekazywana na śmigło, a w przypadku lotu samoobrotowego, gdy otrzymuje on energię do obrotu śmigła. wirnik z nadchodzącego strumienia powietrza.

W locie silnika nadlatujące powietrze wpada do wirnika z góry lub z góry pod kątem. Gdy śmigło pracuje w trybie samoobrotu, powietrze na płaszczyznę obrotu napływa od dołu lub pod kątem od dołu (rys. 9). Nachylenie przepływu za wirnikiem w obu przypadkach będzie skierowane w dół, ponieważ prędkość indukcyjna, zgodnie z twierdzeniem o wielkości ruchu, będzie skierowana bezpośrednio przeciwnie do ciągu, tj. w przybliżeniu w dół wzdłuż osi wirnika.

Tutaj mówimy o efektywnym kącie montażu, w przeciwieństwie do konstrukcyjnego.