Calculul șurubului poate fi împărțit condiționat în trei etape succesive.

Scopul primei etape a calculului este de a determina raza așteptată, forța și randamentul elicei.

Datele inițiale ale primei etape sunt:

Este recomandabil să efectuați calculul folosind sistem international unități SI.

Dacă viteza șurubului este dată în rotații pe minut, atunci folosind formula

Trebuie convertit în radiani pe secundă.

Viteza calculată a elicei V este selectată în funcție de scopul ALS și de valoare

Unde K este raportul maxim calculat de susținere la tracțiune al unei aeronave ultraușoare; m - greutatea la decolare.

Când E
Cu valori de E de la 1000 la 1500, este recomandabil să se ia viteza de zbor de croazieră V cr ca viteza calculată a elicei V o.

Și pentru valorile E mai mari de 1500, viteza calculată poate fi luată ca viteza calculată prin formula

Atunci când alegeți V o, trebuie să țineți cont de faptul că, pentru o anumită putere a motorului, o scădere a vitezei calculate V duce la o scădere a vitezei maxime de zbor, iar creșterea acesteia duce la o deteriorare a caracteristicilor de decolare. a aeronavei.

Pe baza condiției de prevenire a fluxurilor transonice, viteza capătului lamei u . nu trebuie să depășească 230 ... 250 m/s și numai în cazuri individuale atunci când nu trebuie să instaleze o cutie de viteze și șurubul nu poate elimina întreaga putere a motorului, este permisă până la 260 m / s.

Valoarea inițială a eficienței dorite peste 0,8 pentru viteză mare și peste 0,75 pentru ALS cu viteză mică este inadecvată, deoarece în practică acest lucru nu este fezabil. Treapta de scădere a acestuia poate fi făcută inițial egală cu 0,05 și apoi redusă pe măsură ce se apropie de valoarea reală a eficienței.

Pe baza datelor inițiale, se determină secvenţial următoarele:

Dacă raza necesară R se dovedește a fi mai mare decât limita R GR, atunci aceasta înseamnă că eficiența specificată inițial nu poate fi obținută. Trebuie să reduceți cu cantitatea selectată și să repetați ciclul, începând cu definirea unei noi valori? .

Ciclul se repetă până când condiția RR GR este îndeplinită. Dacă această condiție este îndeplinită, atunci se verifică dacă viteza circumferențială a capătului lamei u K nu depășește valoarea admisă u K.GR.

Dacă u K u K.GR, atunci o nouă valoare este setată cu o valoare mai mică decât cea anterioară, iar ciclul se repetă.

După determinarea valorilor razei R, împingerii P și eficiența elicei, puteți trece la a doua etapă a calculului.

A doua etapă a calculului elicei

Scopul celei de-a doua etape a calculului este de a determina tracțiunea, consumul de energie și dimensiunile geometrice elice.

Datele inițiale pentru a doua etapă a calculului sunt:

Pentru calcule, paleta elicei (Fig. 6. 7)

Figura 6.7 Efectul de forță al curgerii asupra elementelor palei elicei

Este împărțit într-un număr finit de secțiuni cu dimensiuni bR.. Se presupune că în fiecare secțiune selectată nu există nicio răsucire a lamei, iar vitezele și unghiurile curgerii de-a lungul razei nu se modifică. Cu o scădere a lui R, adică cu o creștere a numărului de secțiuni luate în considerare, eroarea cauzată de ipoteza acceptată scade. Practica arată că dacă pentru fiecare secțiune luăm vitezele și unghiurile inerente secțiunii sale centrale, atunci eroarea devine nesemnificativă atunci când lama este împărțită în 10 secțiuni cu R = 0,1r. În acest caz, putem presupune că primele trei secțiuni numărat de la axa elicei nu se dă tracțiunea, în timp ce se consumă 4 ... 5% din puterea motorului. Astfel, este recomandabil să efectuați calculul pentru șapte secțiuni de la =0,3 la =1,0.

Setați suplimentar:

Inițial, este recomandabil să setați lățimea relativă maximă a lamei pentru elicele din lemn la 0,08.

Legea de modificare a lățimii palei și a grosimii relative poate fi stabilită sub forma unei formule, tabel sau desen al elicei (Fig. 6. 1).

Figura 6.1 Elice cu pas fix

Unghiurile de atac ale secțiunilor selectate sunt stabilite de proiectant, ținând cont de raportul invers de ridicare-tragere. Valorile coeficienților Su și K=1/ sunt preluate din graficele din fig. 6.4 și 6.5, ținând cont de profilul selectat și de valorile și .

Fig. 6.4 Dependența coeficientului forței de susținere și a raportului de ridicare la tracțiune inversă de unghiul de atac și grosimea relativă a profilului aerodinamic VS-2

Figura 6.5 Dependența coeficientului de portanță și a raportului invers de ridicare la tracțiune de unghiul de atac și grosimea relativă a profilului aerodinamic RAF-6

Primul pas al celei de-a doua etape a calculului este determinarea vitezei de curgere V în planul elicei. Această viteză este determinată de formulă

Obținut din soluția comună a ecuațiilor de forță și debit de aer care trece prin zona măturată de elice.

Valorile estimate ale forței P, razei R și aria S ohm sunt luate din prima etapă a calculului.

Dacă, în urma calculului, se dovedește că puterea consumată de șurub diferă de puterea disponibilă cu cel mult 5 ... 10%, atunci a doua etapă a calculului poate fi considerată finalizată.

Dacă puterea consumată de elice diferă de puterea disponibilă cu 10 ... 20%, atunci este necesară creșterea sau micșorarea lățimii palei, având în vedere că puterea consumată și forța elicei se modifică aproximativ proporțional cu coarda lamei. Diametrul, grosimile relative și unghiurile de instalare ale secțiunilor rămân neschimbate.

În unele cazuri, se poate dovedi că puterea consumată de elice și împingerea acesteia diferă cu mai mult de 20% de cele așteptate din rezultatele primei etape a calculului. În acest caz, în funcție de raportul dintre capacități consumate și disponibile

Cu ajutorul graficului (Fig. 6. 10), se determină valorile coeficienților k R și k P. Acești coeficienți arată de câte ori este necesară modificarea razei și a forței estimate a elicei, care sunt cele inițiale pentru a doua etapă a calculului. După aceea, a doua etapă a calculului se repetă.

Figura 6.10 Dependența factorilor de corecție de raportul dintre capacități consumate și disponibile

La sfârșitul celei de-a doua etape a calculului, dimensiunile geometrice ale șurubului necesare pentru fabricare (R, r, b, c și ) în unități convenabile pentru fabricarea acestuia sunt rezumate într-un tabel.

A treia etapă a calculului elicei

Scopul celei de-a treia etape este de a testa rezistența elicei. Această etapă a calculului se reduce la determinarea sarcinilor care acționează în diferite secțiuni ale paletelor și compararea acestora cu cele admisibile, ținând cont de geometria și materialul din care sunt realizate paletele.

Pentru a determina sarcinile, lama este împărțită în elemente separate, ca în a doua etapă a calculului, începând de la secțiunea =0,3 cu un pas de la 0,1 la =1.

Fiecare element selectat al lamei cu o masă m pe o rază r (Fig. 6. 11) este supus unei forțe de inerție

Figura 6.11 Efectul de forță al forțelor aerodinamice asupra elementului paletei elicei

Și forța aerodinamică elementară F. Sub influența acestor forțe, din toate secțiunile elementare, lama se întinde și se îndoaie. Ca urmare, în materialul lamei apar tensiuni de tracțiune-compresie. Cel mai încărcat (Fig. 6. 12)

Figura 6.12 Distribuția tensiunilor în secțiunea palei elicei

Fibrele părții posterioare a lamei se dovedesc a fi, deoarece în aceste fibre tensiunile din forțele de inerție și momentul încovoietor se adună. Pentru a asigura o rezistență dată, este necesar ca tensiunile reale în aceste zone, care sunt cele mai îndepărtate de axa secțiunii lamei, să fie mai mici decât cele admise pentru materialul selectat.

Valorile razelor r necesare calculelor, pe care se află secțiunile lamei luate în considerare, coardele b, grosimi relative și forțele F, sunt preluate din tabelele din a doua etapă a calculului. Apoi, pentru fiecare secțiune sunt determinate secvenţial:

Factorul de umplere k 3 depinde de profilul utilizat pentru șurub. Pentru cele mai comune profile de șuruburi, este: Clark-Y-k 3 =0,73; BC-2-k 3 = 0,7 și RAF-6-k 3 = 0,74.

După calcularea valorilor lui P pe fiecare secțiune individuală, acestea sunt însumate de la capătul liber al lamei la secțiunea considerată. Împărțind forța totală care acționează în fiecare secțiune luată în considerare la aria acestei secțiuni, se pot obține solicitări de tracțiune din forțele inerțiale.

Tensiunile de încovoiere ale lamei sub influența forțelor aerodinamice F sunt determinate ca pentru o grindă în consolă cu o sarcină distribuită neuniform.

După cum sa menționat mai devreme, tensiunile maxime vor fi în fibrele din spate ale lamei și sunt definite ca suma tensiunilor din forțele inerțiale și aerodinamice. Mărimea acestor tensiuni nu trebuie să depășească 60 ... 70% din rezistența la tracțiune a materialului lamei.

Dacă rezistența lamei este asigurată, atunci calculul elicei poate fi considerat complet.

Dacă rezistența lamei nu este asigurată, atunci este necesar fie să alegeți un alt material, mai durabil, fie, prin creșterea lățimii relative a lamei, repetați toate cele trei etape ale calculului.

Dacă lățimea relativă a lamei depășește 0,075 pentru elicele din lemn de esență tare și 0,09 pentru elicele din lemn de moale, atunci nu este nevoie să efectuați a treia etapă a calculului, deoarece rezistența necesară va fi cu siguranță asigurată.

pe baza materialelor: P.I. Chumak, V.F Krivokrysenko „Calcul și proiectarea ALS”

Introducere

Proiectarea elicopterului este un proces complex care se dezvoltă în timp, împărțit în etape și etape de proiectare interdependente. Aeronava creată trebuie să se întâlnească cerinte tehniceși să respecte caracteristicile tehnice și economice specificate în termenii de referință pentru proiectare. Termenii de referință conțin descrierea inițială a elicopterului și caracteristicile sale de performanță, oferind un nivel ridicat eficiență economicăși competitivitatea mașinii proiectate, și anume: capacitatea de transport, viteza de zbor, raza de acțiune, plafonul static și dinamic, resursa, durabilitatea și costul.

Termenii de referință sunt precizați în etapa cercetării pre-proiect, în cadrul căreia se efectuează o căutare de brevet, analiza soluțiilor tehnice existente, lucrări de cercetare și dezvoltare. Sarcina principală a cercetării pre-proiectare este căutarea și verificarea experimentală a noilor principii de funcționare a obiectului proiectat și a elementelor acestuia.

În etapa de proiectare preliminară, se selectează o schemă aerodinamică, se formează aspectul elicopterului și se efectuează calculul parametrilor principali pentru a asigura atingerea performanței de zbor specificate. Acești parametri includ: masa elicopterului, puterea sistem de propulsie, dimensiunile rotorului principal și de coadă, masa combustibilului, masa instrumentelor și echipamentelor speciale. Rezultatele calculului sunt utilizate în dezvoltare diagrama de dispunere elicopter și întocmirea unui bilanţ pentru a determina poziția centrului de masă.

Proiectarea unităților și componentelor individuale ale elicopterului, ținând cont de soluțiile tehnice selectate, se realizează în etapa de dezvoltare a unui proiect tehnic. În același timp, parametrii unităților proiectate trebuie să satisfacă valorile corespunzătoare proiectului de proiect. Unii dintre parametrii pot fi rafinați pentru a optimiza designul. În timpul proiectării tehnice, se efectuează calculele de rezistență aerodinamică și cinematică ale unităților, precum și alegerea materialelor structurale și a schemelor structurale.

În etapa de proiectare detaliată, execuția desenelor de lucru și de asamblare ale elicopterului, specificații, liste de alegere și alte documentatie tehnicaîn conformitate cu standardele acceptate

Această lucrare prezintă o metodologie de calcul a parametrilor unui elicopter în stadiul de proiectare preliminară, care este utilizată pentru finalizarea unui proiect de curs la disciplina „Proiectare elicopter”.

Calculul greutății la decolare a unui elicopter de prima aproximare

unde este masa sarcinii utile, kg;

Greutatea echipajului, kg.

Raza de zbor

Calculul parametrilor rotorului principal al unui elicopter

2.1 Raza R, m, a rotorului principal al unui elicopter cu un singur rotor se calculează prin formula:

unde este greutatea la decolare a elicopterului, kg;

g - accelerația de cădere liberă egală cu 9,81 m/s2;

p - sarcina specifică pe zona măturată de rotorul principal,

Valoarea sarcinii specifice p pe zona măturată de elice se selectează conform recomandărilor prezentate în lucrarea /1/: unde p=280

Luăm raza rotorului egală cu R=7,9

Viteza unghiulară, s-1, de rotație a rotorului principal este limitată de viteza circumferențială R a capetelor palelor, care depinde de masa la decolare a elicopterului și se ridică la R=232 m/s.

2.2 Densitățile relative ale aerului pe tavane statice și dinamice

2.3 Calculul vitezei economice în apropierea solului și pe plafonul dinamic

Aria relativă a plăcii dăunătoare echivalente este determinată:

Unde Se=2,5

Se calculează valoarea vitezei economice în apropierea solului Vz, km/h:

Se calculează valoarea vitezei economice pe plafonul dinamic Vdyn, km/h:

unde I \u003d 1,09 ... 1,10 este coeficientul de inducție.

2.4 Se calculează valorile relative ale vitezelor maxime și economice ale zborului orizontal pe plafonul dinamic:

unde Vmax=250 km/h si Vdyn=182,298 km/h - viteza de zbor;

R=232 m/s - viteza periferica a palelor.

Un elicopter este o mașină cu aripi rotative în care elicea creează portanță și tracțiune. Rotorul principal este folosit pentru a menține și deplasa elicopterul în aer. Când se rotește într-un plan orizontal, rotorul principal creează o forță (T) îndreptată în sus, acționând ca o forță de ridicare (Y). Când tracțiunea rotorului principal este mai mare decât greutatea elicopterului (G), elicopterul se va ridica de pe sol fără o cursă de decolare și va începe o urcare verticală. Dacă greutatea elicopterului și forța rotorului principal sunt egale, elicopterul va atârna nemișcat în aer. Pentru coborârea verticală, este suficient să faceți împingerea rotorului principal ceva mai mică decât greutatea elicopterului. Mișcarea de translație a elicopterului (P) este asigurată prin înclinarea planului de rotație al rotorului principal folosind sistemul de control al rotorului. Înclinarea planului de rotație al elicei determină o înclinare corespunzătoare a forței aerodinamice totale, în timp ce componenta verticală a acesteia va menține elicopterul în aer, iar componenta orizontală va determina translația elicopterului în direcția corespunzătoare.

Fig 1. Schema distribuției forțelor

Design elicopter

Fuzelajul este partea principală a structurii elicopterului, care servește la conectarea tuturor părților sale într-un singur întreg, precum și pentru a găzdui echipajul, pasagerii, mărfurile și echipamentele. Are un braț de coadă și de capăt pentru a găzdui rotorul de coadă în afara zonei de rotație. rotorul și aripă (la unele elicoptere, aripa este instalată pentru a crește viteza maximă de zbor din cauza descărcării parțiale a rotorului principal (MI-24)). Centrală electrică (motoare)este o sursă de energie mecanică pentru antrenarea în rotație a elicei principale și a celei de coadă. Include motoarele și sistemele care asigură funcționarea acestora (combustibil, ulei, sistem de răcire, sistem de pornire a motorului etc.). Rotorul principal (HB) este folosit pentru a menține și deplasa elicopterul în aer și este format din pale și un butuc al rotorului principal. Rotorul de coadă servește la echilibrarea momentului reactiv care apare în timpul rotației rotorului principal și pentru controlul direcțional al elicopterului. Forța de împingere a rotorului de coadă creează un moment relativ la centrul de greutate al elicopterului, echilibrând momentul reactiv al rotorului principal. Pentru a întoarce elicopterul, este suficient să modificați valoarea forței rotorului de coadă. Rotorul de coadă este, de asemenea, format din lame și bucșe. Rotorul principal este controlat de un dispozitiv special numit platou oscilant. Rotorul de coadă este controlat de pedale. Dispozitivele de decolare si aterizare servesc drept suport pentru elicopterul la parcare si asigura miscarea elicopterului la sol, decolarea si aterizarea. Pentru a atenua șocurile și șocurile, acestea sunt echipate cu amortizoare. Dispozitivele de decolare și aterizare pot fi realizate sub formă de tren de aterizare cu roți, flotoare și schiuri

Fig.2 Principalele părți ale elicopterului:

1 - fuzelaj; 2 - motoare de aeronave; 3 — rotor (sistem purtător); 4 - transmisie; 5 — rotor de coadă; 6 - grindă de capăt; 7 - stabilizator; 8 — braț de coadă; 9 - șasiu

Principiul creării forței de ridicare de către elice și sistemul de control al elicei

În zbor verticalForța aerodinamică totală a rotorului principal este exprimată ca produsul dintre masa de aer care curge prin suprafața măturată de rotorul principal într-o secundă și viteza jetului de ieșire:

Unde πD 2/4 - suprafața măturată de rotorul principal;V—viteza de zbor in Domnișoară; ρ - densitatea aerului;tu-viteza jetului de ieșire m/sec.

De fapt, forța de împingere a șurubului este egală cu forța de reacție atunci când fluxul de aer este accelerat

Pentru ca elicopterul să avanseze, este necesară o înclinare a planului de rotație al rotorului, iar schimbarea planului de rotație nu se realizează prin înclinarea butucului rotorului principal (deși efectul vizual poate fi doar atât), ci prin modificarea poziţiei lamei în diferite părţi ale cadranelor cercului circumscris.

Palele rotorului principal, care descriu un cerc complet în jurul axei în timpul rotației sale, sunt curgate de fluxul de aer care se apropie în moduri diferite. Un cerc complet este de 360º. Apoi luăm poziția din spate a lamei ca 0º și apoi la fiecare tură completă de 90º. Deci, lama în intervalul de la 0º la 180º este lama care avansează, iar de la 180º la 360º este cea care se retrage. Principiul unui astfel de nume, cred, este clar. Lama care avansează se deplasează spre fluxul de aer de intrare, iar viteza totală a mișcării sale în raport cu acest flux crește deoarece fluxul însuși, la rândul său, se deplasează către acesta. La urma urmei, elicopterul zboară înainte. În consecință, crește și forța de ridicare.

Fig. 3 Modificarea vitezelor de flux liber în timpul rotației elicei pentru elicopterul MI-1 (viteze medii de zbor).

Lama care se retrage are imaginea opusă. Viteza cu care această lamă, așa cum spune, „fuge” de ea este scăzută din viteza fluxului care se apropie. Ca rezultat, avem mai puțină forță de ridicare. Se dovedește o diferență serioasă de forțe pe partea dreaptă și stângă a șurubului și, prin urmare, este evident moment de răsturnare. În această stare de fapt, elicopterul, atunci când încearcă să avanseze, va tinde să se răstoarne. Asemenea lucruri au avut loc în timpul primei experiențe de creare a aeronavelor cu giratori.

Pentru a preveni acest lucru, designerul a folosit un singur truc. Faptul este că paletele rotorului principal sunt fixate pe manșon (acesta este un ansamblu atât de masiv montat pe arborele de ieșire), dar nu rigid. Ele sunt conectate la acesta cu ajutorul unor balamale speciale (sau dispozitive similare acestora). Balamalele sunt de trei tipuri: orizontal, vertical si axial.

Acum să vedem ce se va întâmpla cu lama, care este articulată pe axa de rotație. Deci, lama noastră se rotește cu viteza constanta fără niciun control extern.

Orez. 4 Forțe care acționează asupra unei lame suspendate de un butuc de elice cu balamale.

Din De la 0º la 90º, viteza fluxului în jurul lamei crește, ceea ce înseamnă că crește și forța de ridicare. Dar! Acum lama este suspendată pe o balama orizontală. Ca urmare a ridicării în exces, acesta, rotindu-se într-o balama orizontală, începe să se ridice în sus (expertii spun că „face un leagăn”). În același timp, din cauza creșterii rezistenței (la urma urmei, viteza de curgere a crescut), lama deviază înapoi, rămânând în urma rotației axei elicei. Pentru aceasta, ball-nir-ul vertical servește la fel de bine.

Cu toate acestea, la balansare, se dovedește că aerul în raport cu lama capătă și o anumită mișcare în jos și, astfel, unghiul de atac față de fluxul care se apropie scade. Adică, creșterea liftului în exces încetinește. Această decelerare este afectată suplimentar de absența unei acțiuni de control. Aceasta înseamnă că articulația plăcii oscilătoare atașată de lamă își menține poziția neschimbată, iar lama, balansându-se, este forțată să se rotească în balamaua sa axială, ținută de articulație, reducându-și astfel unghiul de instalare sau unghiul de atac față de cel care se apropie. curgere. (Imaginea a ceea ce se întâmplă în figură. Aici Y este forța de ridicare, X este forța de rezistență, Vy este mișcarea verticală a aerului, α este unghiul de atac.)

Fig.5 Imaginea modificării vitezei și unghiului de atac al fluxului care se apropie în timpul rotației palei rotorului principal.

Până la punctul Excesul de ridicare de 90º va continua să crească, dar cu o decelerare crescândă din cauza celor de mai sus. După 90º, această forță va scădea, dar datorită prezenței sale, lama va continua să se miște în sus, deși mai lent. Va atinge înălțimea maximă de balansare deja de câteva ori peste punctul de 180º. Acest lucru se datorează faptului că lama are o anumită greutate, iar asupra ei acționează și forțele de inerție.

Odată cu o rotație suplimentară, lama se retrage și toate aceleași procese acționează asupra ei, dar în direcția opusă. Mărimea forței de ridicare scade și forța centrifugă, împreună cu forța greutății, încep să o coboare. Totuși, în același timp, unghiurile de atac pentru fluxul care se apropie cresc (acum aerul se mișcă deja în sus față de lamă), iar unghiul de instalare al lamei crește datorită imobilității tijelor. placa oscilanta pentru elicopter . Tot ceea ce se întâmplă menține ridicarea lamei care se retrage la nivelul necesar. Lama continuă să coboare și atinge înălțimea de cursă minimă undeva după punctul 0º, din nou din cauza forțelor de inerție.

Astfel, palele unui elicopter, atunci când rotorul principal se rotește, par să „unduiască” sau chiar să spună „fâlfâie”. Cu toate acestea, este puțin probabil să observați acest fluturat, ca să spunem așa, cu ochiul liber. Ridicarea lamelor în sus (precum și abaterea lor înapoi în balamaua verticală) este foarte mică. Cert este că forța centrifugă are un efect de stabilizare foarte puternic asupra lamelor. Forța de ridicare, de exemplu, este de 10 ori mai mare decât greutatea lamei, iar forța centrifugă este de 100 de ori. Este forța centrifugă care transformă la prima vedere o lamă „moale” care se îndoaie într-o poziție staționară într-un element rigid, durabil și perfect funcțional al rotorului principal al unui elicopter elicopter.

Cu toate acestea, în ciuda nesemnificației sale, deviația verticală a palelor este prezentă, iar rotorul principal descrie un con în timpul rotației, deși este foarte blând. Baza acestui con este planul de rotație al șurubului(Vezi imaginea 1.)

Pentru a da mișcare de translație elicopterului, trebuie să înclinați acest plan, astfel încât să apară componenta orizontală a forței aerodinamice totale, adică împingerea orizontală a elicei. Cu alte cuvinte, trebuie să înclinați întregul con imaginar de rotație al șurubului. Dacă elicopterul trebuie să se deplaseze înainte, atunci conul trebuie înclinat înainte.

Pe baza descrierii mișcării palei în timpul rotației elicei, aceasta înseamnă că lama în poziția de 180º ar trebui să coboare, iar în poziția 0º (360º) ar trebui să se ridice. Adică, în punctul 180º, forța de ridicare ar trebui să scadă, iar în punctul 0º (360º) ar trebui să crească. Și acest lucru, la rândul său, se poate face prin reducerea unghiului de instalare al lamei în punctul de 180º și mărirea acestuia în punctul 0º (360º). Lucruri similare ar trebui să se întâmple atunci când elicopterul se mișcă în alte direcții. Numai în acest caz, desigur, schimbări similare ale poziției lamelor vor avea loc în alte puncte de colț.

Este clar că la unghiurile intermediare de rotație ale elicei între punctele indicate, unghiurile de instalare ale palei ar trebui să ocupe poziții intermediare, adică unghiul de instalare al palei se modifică pe măsură ce se deplasează în cerc treptat, ciclic. numit unghiul de instalare ciclic al lamei ( pas ciclic). Subliniez acest nume pentru că există și un pas comun al elicei (unghiul de pas total). Se schimbă simultan pe toate lamele cu aceeași cantitate. Acest lucru se face de obicei pentru a crește ridicarea totală a rotorului principal.

Astfel de acțiuni sunt efectuate placa oscilanta pentru elicopter . Modifică unghiul de instalare al palelor rotorului principal (pasul elicei), rotindu-le în balamalele axiale prin intermediul unor tije atașate acestora. De obicei, există întotdeauna două canale de control: pitch și ruliu, precum și un canal pentru modificarea pasului total al rotorului principal.

Pas înseamnă poziția unghiulară a aeronavei în raport cu axa sa transversală (nasul sus și în jos), akren, respectiv, față de axa sa longitudinală (înclinare stânga-dreapta).

Structural placa oscilanta pentru elicopter este destul de dificil, dar este destul de posibil să explicăm structura sa folosind exemplul unei unități similare a unui model de elicopter. Mașina model, desigur, este mai simplă decât fratele ei mai mare, dar principiul este absolut același.

Orez. 6 Placă oscilantă model elicopter

Acesta este un elicopter cu două pale. Poziția unghiulară a fiecărei lame este controlată prin tijele6. Aceste tije sunt conectate la așa-numita placă interioară2 (din metal alb). Se rotește împreună cu șurubul și în regim de echilibru este paralel cu planul de rotație al șurubului. Dar își poate schimba poziția unghiulară (înclinația), deoarece este fixată pe axa șurubului printr-un rulment cu bile3. Atunci când își schimbă înclinarea (poziția unghiulară), acesta acționează asupra tijelor6, care, la rândul lor, acționează asupra palelor, rotindu-le în balamale axiale și astfel modificând pasul ciclic al elicei.

Placa interioara în același timp este și pista interioară a rulmentului, a cărei cursă exterioară este placa exterioară a șurubului1. Nu se rotește, dar își poate modifica înclinarea (poziția unghiulară) sub influența controlului prin canalul de pas4 și prin canalul de rulare5. Schimbându-și înclinația sub influența controlului, antena exterioară modifică înclinarea plăcii interioare și, ca urmare, înclinația planului de rotație al rotorului principal. Drept urmare, elicopterul zboară în direcția corectă.

Pasul total al șurubului este modificat prin deplasarea plăcii interioare2 de-a lungul axei șurubului folosind un mecanism7. În acest caz, unghiul de instalare se modifică imediat pe ambele lame.

Pentru o mai bună înțelegere, am mai pus câteva ilustrații ale butucului șurubului cu plată oscilantă.

Orez. 7 Butuc șurub cu plată oscilătoare (diagrama).

Orez. 8 Rotirea lamei în balamaua verticală a butucului rotorului principal.

Orez. 9 Rotorul principal al elicopterului MI-8

FIZICA ROTORULUI

Super mașină - elicopter! Calitățile remarcabile îl fac indispensabil în mii de cazuri. Doar un elicopter este capabil să decoleze și să aterizeze pe verticală, atârnând nemișcat în aer, mișcându-se lateral și chiar coada mai întâi.

De ce astfel de oportunități minunate? Care este fizica zborului său? Să încercăm să răspundem pe scurt la aceste întrebări.

Elicea unui elicopter creează portanță. Palele elicei sunt aceleași boturi. Instalate la un anumit unghi față de orizont, ele se comportă ca o aripă în fluxul de aer care intră: presiunea apare sub planul inferior al palelor și are loc rarefărirea deasupra acesteia. Cu cât această diferență este mai mare, cu atât este mai mare forța de ridicare. Când forța de ridicare depășește greutatea elicopterului, acesta decolează, dacă se întâmplă contrariul, elicopterul coboară.

Dacă ridicarea aripii unei aeronave are loc numai atunci când aeronava se mișcă, atunci pe „aripa” unui elicopter apare chiar și atunci când elicopterul stă nemișcat: „aripa” se mișcă. Acesta este principalul lucru.

Dar apoi elicopterul a câștigat altitudine. Acum trebuie să zboare înainte. Cum să o facă? Șurubul creează împingere numai în sus! Să aruncăm o privire la acest moment în cockpit. A împins maneta de la el. Elicopterul s-a înclinat ușor pe nas și a zburat înainte. De ce?

Stick-ul de control este conectat la un dispozitiv ingenios - un transfer automat. Acest mecanism, extrem de convenabil pentru controlul elicopterului, a fost inventat de academicianul B. N. Yuryev în anii studenției. Dispozitivul său este destul de complicat, iar scopul este următorul: să permită pilotului să modifice după bunul plac unghiul de înclinare a palelor față de orizont.

Este ușor de înțeles că în timpul zborului orizontal al unui elicopter, împingerea de la palele acestuia se mișcă în raport cu aerul din jur cu viteză diferită. Acea lamă, care merge înainte, se mișcă spre fluxul de aer și se întoarce înapoi - de-a lungul fluxului. Prin urmare, viteza lamei și, odată cu aceasta, forța de ridicare, va fi mai mare atunci când lama se deplasează înainte. Elicea va tinde să întoarcă elicopterul pe o parte.

Pentru a preveni acest lucru, nonstruntorii au conectat lamele de axă mobil, pe balamale. Apoi lama merge înainte cu o mai mare forta de ridicare a început să se înalțe, să fluture. Dar această mișcare nu a mai fost transmisă elicopterului, a zburat calm. Datorită mișcării de clătire a lamei, forța sa de ridicare a rămas constantă pe toată durata revoluției.

Cu toate acestea, acest lucru nu a rezolvat problema de a merge mai departe. La urma urmei, trebuie să schimbați direcția forței de împingere a elicei, să faceți elicopterul să se miște orizontal. Acest lucru a făcut posibilă realizarea unei plăci oscilante. Schimbă continuu unghiul fiecărei pale elice, astfel încât cea mai mare ridicare să aibă loc aproximativ în sectorul din spate al rotației sale. Forța de împingere rezultată a rotorului principal se înclină, iar elicopterul, de asemenea, înclinându-se, începe să se miște înainte.

Un astfel de aparat de control al elicopterului fiabil și convenabil nu a fost creat imediat. Nici un dispozitiv pentru controlul direcției de zbor nu a apărut imediat.

Desigur, știți că un elicopter nu are cârmă. Da, nu are nevoie de aeronavă. Este inlocuita cu o elice mica montata pe coada. Pilotul ar fi încercat să o oprească - elicopterul s-ar fi întors singur. Da, s-a întors astfel încât să înceapă să se rotească din ce în ce mai repede în direcția opusă rotației rotorului principal. Aceasta este o consecință a momentului reactiv care apare atunci când rotorul se rotește. Rotorul de coadă nu permite cozii elicopterului să se întoarcă sub influența momentului reactiv, îl echilibrează. Și dacă este necesar, pilotul va crește sau micșora forța rotorului de coadă. Apoi elicopterul se va întoarce în direcția corectă.

Uneori se descurcă complet fără un rotor de coadă, instalând două rotoare pe elicoptere care se rotesc unul spre celălalt. Momentele reactive în acest caz, desigur, sunt distruse.

Așa zboară un „vehicul aerian de teren” și un muncitor neobosit - un elicopter.

eu

Susținerea și forța pentru mișcarea de translație a elicopterului sunt generate de rotorul principal. Prin aceasta, diferă de un avion și un planor, în care forța de ridicare atunci când se mișcă în aer este creată de suprafața portantă - aripa, conectată rigid la fuzelaj, iar împingerea - de o elice sau motor turboreactor(Fig. 6).

În principiu, zborul unui avion și al unui elicopter poate fi comparat. În ambele cazuri, forța de ridicare este creată datorită interacțiunii a două corpuri: aer și o aeronavă (avion sau elicopter).

Conform legii egalității de acțiune și reacție, rezultă că cu ce forță aeronava acționează asupra aerului (greutate sau gravitație), cu aceeași forță aerul acționează asupra aeronavei (forța de ridicare).

În timpul zborului unei aeronave, are loc următorul fenomen: un flux de aer care se apropie curge în jurul aripii și se înclină în jos în spatele aripii. Dar aerul este un mediu inseparabil, destul de vâscos, și nu numai stratul de aer situat în imediata apropiere a suprafeței aripii, ci și straturile învecinate participă la această cosire. Astfel, atunci când curge în jurul unei aripi, un volum destul de semnificativ de aer este teșit înapoi în fiecare secundă, aproximativ egal cu volumul unui cilindru, în care secțiunea transversală este un cerc cu un diametru egal cu anvergura aripilor, iar lungimea este viteza de zbor pe secundă. Acesta nu este altceva decât un al doilea flux de aer implicat în crearea forței de susținere a aripii (Fig. 7).

Orez. 7. Volumul de aer implicat în crearea forței de susținere a aeronavei

Din mecanica teoretică se știe că modificarea impulsului pe unitatea de timp este egală cu forța care acționează:

Unde R - forța de acțiune;

ca urmare a interacţiunii cu aripa aeronavei. În consecință, forța de susținere a aripii va fi egală cu a doua creștere a impulsului de-a lungul verticalei în jetul de ieșire.

și -viteza de inclinare verticala in spatele aripii in m/sec.În același mod, forța aerodinamică totală a rotorului principal al unui elicopter poate fi exprimată în termeni de al doilea flux de aer și viteza oblică (viteza indusă a fluxului de aer de ieșire).

Rotorul principal care se rotește mătură suprafața, care poate fi imaginată ca un purtător, similar cu aripa unui avion (Fig. 8). Aerul care curge prin suprafața măturată de rotorul principal, ca rezultat al interacțiunii cu paletele rotative, este aruncat în jos cu viteză inductivă și.În cazul zborului orizontal sau înclinat, aerul curge către suprafața măturată de rotorul principal la un anumit unghi (suflare oblică). La fel ca o aeronavă, volumul de aer implicat în crearea forței aerodinamice totale a rotorului principal poate fi reprezentat ca un cilindru, în care aria de bază este egală cu suprafața măturată de rotorul principal, iar lungimea este egală cu viteza de zbor, exprimată în m/sec.

Când rotorul principal este pe loc sau în zbor vertical (suflare directă), direcția fluxului de aer coincide cu axa rotorului principal. În acest caz, cilindrul de aer va fi amplasat vertical (Fig. 8, b). Forța aerodinamică totală a rotorului principal este exprimată ca produsul dintre masa de aer care curge prin suprafața măturată de rotorul principal într-o secundă și viteza inductivă a jetului de ieșire:

viteza inductivă a jetului de ieșire în interior m/sec. Este necesar sa facem o rezerva ca in cazurile luate in considerare atat pentru aripa aeronavei cat si pentru rotorul principal al elicopterului pentru viteza indusa și viteza inductivă a jetului de ieșire este luată la o anumită distanță de suprafața purtătoare. Viteza inductivă a jetului de aer care apare pe suprafața portantă este de două ori mai mică.

O astfel de interpretare a originii porții aripii sau a forței aerodinamice totale a rotorului principal nu este complet exactă și este valabilă doar în cazul ideal. Ea corectează doar fundamental și explică clar sensul fizic al fenomenului. Aici este oportun să remarcăm o circumstanță foarte importantă care decurge din exemplul analizat.

Dacă forța aerodinamică totală a rotorului principal este exprimată ca produsul dintre masa de aer care curge prin suprafața măturată de rotorul principal și viteza inductivă, iar volumul acestei mase este un cilindru a cărui bază este aria suprafeței măturată de rotorul principal și lungimea este viteza de zbor, atunci este absolut clar că pentru a crea tracțiune cu o valoare constantă (de exemplu, egală cu greutatea unui elicopter) la o viteză de zbor mai mare și, prin urmare, cu un volum mai mare de aer ejectat, sunt necesare o viteză inductivă mai mică și, în consecință, o putere mai mică a motorului.

Dimpotrivă, pentru a menține elicopterul în aer în timp ce „planează” pe loc, este necesară mai multă putere decât în ​​timpul zborului la o anumită viteză înainte, la care există un contra-flux de aer datorită mișcării elicopterului.

Cu alte cuvinte, cu cheltuirea aceleiași puteri (de exemplu, puterea nominală a motorului), în cazul unui zbor înclinat la o viteză suficient de mare, se poate obține un plafon mai mare decât cu o urcare verticală, când viteza totala de miscare

sunt mai puține elicoptere decât în ​​primul caz. Prin urmare, elicopterul are două plafoane: static la urcarea în zbor vertical și dinamic, când altitudinea se câștigă în zbor înclinat, iar plafonul dinamic este întotdeauna mai mare decât cel static.

Există multe în comun între funcționarea rotorului principal al unui elicopter și elicea unei aeronave, dar există și diferențe fundamentale, care vor fi discutate mai târziu.

Comparând activitatea lor, se poate observa că forța aerodinamică totală și, prin urmare, împingerea rotorului principal al elicopterului, care este o componentă a forței

Rîn direcția axei butucului, întotdeauna mai mult (de 5-8 ori) pentru aceeași putere a motorului și aceeași greutate aeronave datorită faptului că diametrul rotorului principal al elicopterului este de câteva ori mai mare decât diametrul elicei aeronavei. În acest caz, viteza de evacuare a aerului a rotorului principal este mai mică decât viteza de evacuare a elicei.

Cantitatea de forță a rotorului principal depinde în mare măsură de diametrul acestuia.

Dși numărul de revoluții. Dacă diametrul elicei este dublat, tracțiunea acesteia va crește de aproximativ 16 ori; dacă numărul de rotații este dublat, tracțiunea va crește de aproximativ 4 ori. În plus, forța rotorului principal depinde și de densitatea aerului ρ, unghiul paletei φ (pasul rotorului principal),geometrice şi caracteristici aerodinamice al acestui șurub, precum și asupra modului de zbor. Influența ultimilor patru factori este de obicei exprimată în formulele de tracțiune a elicei prin coeficientul de tracțiune un t . .

Astfel, tracțiunea rotorului principal al elicopterului va fi proporțională cu:

- coeficientul de tracțiune............. a r

Trebuie remarcat faptul că valoarea de tracțiune în timpul zborurilor în apropierea solului este influențată de așa-numita „pernă de aer”, datorită căreia elicopterul poate decola de la sol și poate ridica câțiva metri cu o putere mai mică decât cea necesară pentru „planare” la o înălțime de 10-15 m. Disponibilitate" pernă de aer”se explică prin faptul că aerul aruncat de elice lovește pământul și este oarecum comprimat, adică îi crește densitatea. Efectul „pernei de aer” este deosebit de puternic atunci când elicea funcționează în apropierea solului. Datorită compresiei aerului, forța rotorului principal în acest caz, cu același consum de energie, crește cu 30-

40%. Cu toate acestea, odată cu distanța de la sol, această influență scade rapid, iar la o altitudine de zbor egală cu jumătate din diametrul elicei, „perna de aer” crește împingerea cu doar 15- 20%. Înălțimea „pernei de aer” este aproximativ egală cu diametrul rotorului principal. În plus, creșterea tracțiunii dispare.

Pentru un calcul aproximativ al forței rotorului principal în modul hover, se utilizează următoarea formulă:

coeficient care caracterizează calitatea aerodinamică a rotorului principal și influența „pernei de aer”. În funcție de caracteristicile rotorului principal, valoarea coeficientului A atunci când plutește lângă pământ, poate avea valori de 15 - 25.

Rotorul principal al unui elicopter are o proprietate extrem de importantă - capacitatea de a crea portanță în modul de auto-rotație (autorotație) în cazul unei opriri a motorului, ceea ce permite elicopterului să efectueze o coborâre și aterizare sigură cu alunecare sau parașutism.

Un rotor principal rotativ menține numărul necesar de rotații atunci când planificați sau parașutați, dacă lamele sale sunt mutate la un unghi mic de instalare

(l--5 0) 1 . În același timp, se păstrează forța de ridicare, ceea ce asigură coborârea cu o viteză verticală constantă (6-10 m/s), s scăderea sa ulterioară în timpul alinierii înainte de aterizare la l--1,5 m/sec.

Există o diferență semnificativă în funcționarea rotorului principal în cazul unui zbor cu motor, când puterea de la motor este transferată către elice, iar în cazul unui zbor cu auto-rotire, când primește energia pentru a se roti. elicea din fluxul de aer care se apropie, există o diferență semnificativă.

Într-un zbor cu motor, aerul care se apropie intră în rotorul principal de sus sau de sus într-un unghi. Când șurubul funcționează în modul de auto-rotire, aerul curge în planul de rotație de dedesubt sau la un unghi de jos (Fig. 9). Teșirea curgerii din spatele rotorului în ambele cazuri va fi îndreptată în jos, deoarece viteza indusă, conform teoremei impulsului, va fi direcționată direct opus împingerii, adică aproximativ în jos de-a lungul axei rotorului.

Aici vorbim despre unghiul efectiv de instalare, spre deosebire de cel constructiv.