Izračun vijaka lahko pogojno razdelimo na tri zaporedne stopnje.

Namen prve stopnje izračuna je določiti ocenjeni polmer, potisk in izkoristek propelerja.

Začetni podatki prve stopnje so:

Priporočljivo je, da izračun izvedete z uporabo mednarodni sistem SI enote.

Če je hitrost rotorja nastavljena v vrtljajih na minuto, potem uporabite formulo

Treba ga je pretvoriti v radiane na sekundo.

Oblikovna hitrost vijaka V je izbrana glede na namen ALS in vrednost

kjer je K izračunana največja aerodinamična kakovost ultralahkega letala; m je vzletna teža.

Pri E
Pri vrednostih E od 1000 do 1500 za konstrukcijsko hitrost propelerja V o je priporočljivo vzeti potovalno hitrost V cr.

In z vrednostmi E več kot 1500 za konstrukcijsko hitrost, lahko vzamete hitrost, izračunano po formuli

Pri izbiri V o je treba upoštevati dejstvo, da za dano moč motorja zmanjšanje konstrukcijske hitrosti V vodi do zmanjšanja največje hitrosti leta, njeno povečanje pa do poslabšanja vzletnih značilnosti ALS.

Glede na pogoj izogibanja transsoničnim tokovom je hitrost konice rezila u. ne sme presegati 230 ... 250 m / s in samo v posameznih primerih ko menjalnik naj ne bi bil nameščen in propeler ne more sneti celotne moči motorja, je dovoljeno do 260 m / s.

Nepraktično je izbrati začetno vrednost želene učinkovitosti nad 0,8 za visoke hitrosti in nad 0,75 za nizkohitrostno ALS, saj je to v praksi neizvedljivo. Korak zmanjševanja lahko sprva vzamemo za 0,05 in nato zmanjšamo, ko se približa dejanski vrednosti učinkovitosti.

Na podlagi začetnih podatkov se zaporedoma določijo:

Če se izkaže, da je zahtevani polmer R večji od meje R GR, potem to pomeni, da prvotno določene učinkovitosti ni mogoče doseči. Ali je treba zmanjšati za izbrano vrednost in ponoviti cikel, začenši z določitvijo nove vrednosti? ...

Cikel se ponavlja, dokler ni izpolnjen pogoj RR ГР. Če je ta pogoj izpolnjen, se preveri, ali obodna hitrost konice rezila u K ne presega dovoljene vrednosti u K.GR.

Če u K u K. GR, se nova vrednost nastavi za znesek, manjši od prejšnje, in cikel se ponovi.

Po določitvi vrednosti polmera R, potiska P in učinkovitosti propelerja lahko nadaljujete na drugo stopnjo izračuna.

Druga faza izračuna propelerja

Namen druge stopnje izračuna je določitev potiska, porabe energije in geometrijskih dimenzij propeler.

Začetni podatki za drugo stopnjo izračuna so:

Za izračune rezilo propelerja (slika 6.7)

Slika 6.7 Delovanje sile toka na elemente lopatice propelerja

Razdeljen je na končno število odsekov z dimenzijami bR .. V tem primeru se predpostavlja, da na vsakem izbranem odseku ni vrtinčenja rezila, hitrosti in koti toka vzdolž polmera pa se ne spreminjajo. Z zmanjšanjem R, to je s povečanjem števila obravnavanih odsekov, se napaka, ki jo povzroči sprejeta predpostavka, zmanjša. Praksa kaže, da če za vsak odsek vzamemo hitrosti in kote, ki so lastni njegovemu osrednjemu odseku, potem napaka postane nepomembna, ko se rezilo razdeli na 10 odsekov z R = 0,1r. Domneva se lahko, da so prvi trije odseki, šteti od osi vijaka, ne dajejo potiska, medtem ko porabijo 4 ... 5% moči motorja. Zato je priporočljivo izvesti izračun za sedem odsekov od = 0,3 do = 1,0.

Dodatno nastavljeno:

Priporočljivo je, da začetno največjo relativno širino rezila za lesene propelerje nastavite na 0,08.

Zakon variacije širine in relativne debeline lopatice lahko določimo v obliki formule, tabele ali risbe propelerja (slika 6.1).

Slika 6.1 Propeler s fiksnim naklonom

Vrednosti vpadnih kotov izbranih odsekov določi oblikovalec ob upoštevanju inverzne aerodinamične kakovosti. Vrednosti koeficientov Cy in K = 1 / so vzete iz grafov na sl. 6.4 in 6.5, ob upoštevanju izbranega profila in vrednosti in.

Slika 6.4 Odvisnost koeficienta vzgona in inverzne aerodinamične kakovosti od vpadnega kota in relativne debeline zračnega profila ВС-2

Slika 6.5 Odvisnost koeficienta dviga in povratne aerodinamične kakovosti od vpadnega kota in relativne debeline zračnega profila RAF-6

Prvi korak v drugi fazi izračuna je določitev hitrosti toka V v ravnini vijaka. Ta hitrost je določena s formulo

Dobljeno iz skupne rešitve enačb potiska in toka zraka, ki poteka skozi območje, ki ga pometa propeler.

Predpostavljene vrednosti potiska P, polmera R in površine S ohm so vzete iz prve stopnje izračuna.

Če se kot rezultat izračuna izkaže, da se moč, ki jo porabi propeler, razlikuje od razpoložljive za največ 5 ... 10%, potem se lahko druga faza izračuna šteje za zaključeno.

Če se moč, ki jo porabi propeler, razlikuje od razpoložljive moči za 10 ... 20%, je potrebno povečati ali zmanjšati širino rezila, pri čemer je treba upoštevati, da se poraba energije in potisk rotorja razlikujeta približno sorazmerno z tetiva rezila. Premer, relativne debeline in koti vgradnje odsekov ostanejo nespremenjeni.

V nekaterih primerih se lahko izkaže, da se moč, ki jo porabi propeler, in njegov potisk za več kot 20 % razlikujeta od tistih, ki se domnevajo na podlagi rezultatov prve stopnje izračuna. V tem primeru glede na razmerje med porabljenimi in razpoložljivimi zmogljivostmi

Z uporabo grafa (slika 6.10) se določijo vrednosti koeficientov k R in k P. Ti koeficienti kažejo, kolikokrat je treba spremeniti predpostavljeni polmer in potisk propelerja, ki sta začetna za drugo stopnjo izračuna. Po tem se ponovi druga faza izračuna.

Slika 6.10 Odvisnost korekcijskih faktorjev od razmerja porabljene in razpoložljive moči

Na koncu druge stopnje izračuna so geometrijske dimenzije vijaka (R, r, b, c in), potrebne za izdelavo v enotah, ki so primerne za njegovo izdelavo, povzete v tabeli.

Tretja faza izračuna propelerja

Namen tretje stopnje je preveriti moč propelerja. Ta stopnja izračuna je zmanjšana na določanje obremenitev, ki delujejo na različnih odsekih rezil, in njihovo primerjavo z dovoljenimi, ob upoštevanju geometrije in materiala, iz katerega so izdelana rezila.

Za določitev obremenitev je rezilo razdeljeno na ločene elemente, kot v drugi fazi izračuna, začenši z odsekom = 0,3 s korakom od 0,1 do = 1.

Na vsak izbrani element rezila z maso m pri polmeru r (slika 6.11) deluje vztrajna sila

Slika 6.11 Delovanje sile aerodinamičnih sil na element lopatice propelerja

In elementarna aerodinamična sila F. Pod vplivom teh sil se iz vseh osnovnih odsekov rezilo raztegne in upogne. Posledično v materialu rezila nastanejo natezno-tlačne napetosti. Najbolj obremenjen (slika 6.12)

Slika 6.12 Porazdelitev napetosti v prerezu lopatice propelerja

Pojavijo se vlakna zadnje strani rezila, saj se v teh vlaknih seštevajo napetosti zaradi inercialnih sil in upogibnega momenta. Za zagotovitev navedene trdnosti je potrebno, da so dejanske napetosti na teh območjih, ki so najbolj oddaljena od osi prereza rezila, manjše od dovoljenih za izbrani material.

Vrednosti polmerov r, potrebnih za izračune, na katerih se nahajajo obravnavani odseki rezila, tetive b, relativne debeline in sile F, so vzete iz tabel druge stopnje izračuna. Nato se za vsak odsek zaporedoma določi naslednje:

Faktor polnjenja k 3 je odvisen od profila, uporabljenega za vijak. Za najpogostejše vijačne profile je enak: Clark-Y- k 3 = 0,73; BC-2- k 3 = 0,7 in RAF-6- k 3 = 0,74.

Po izračunu vrednosti P in na vsakem ločenem odseku se seštejejo od prostega konca rezila do obravnavanega odseka. Če skupno silo, ki deluje v vsakem obravnavanem odseku, delimo s površino tega odseka, je mogoče dobiti natezne napetosti iz inercialnih sil.

Upogibne napetosti rezila pod delovanjem aerodinamičnih sil F so določene kot za konzolni nosilec z neenakomerno porazdeljeno obremenitvijo.

Kot smo že omenili, bodo največje napetosti v slednjih vlaknih rezila in so opredeljene kot vsota napetosti inercialnih in aerodinamičnih sil. Velikost teh napetosti ne sme presegati 60 ... 70% končne trdnosti materiala rezila.

Če je moč rezila zagotovljena, se lahko izračun propelerja šteje za dokončan.

Če trdnost rezila ni zagotovljena, je treba bodisi izbrati drug, bolj trpežen material ali pa s povečanjem relativne širine rezila ponoviti vse tri stopnje izračuna.

Če relativna širina rezila presega 0,075 za vijake iz trdega lesa in 0,09 za vijake iz mehkega lesa, potem je tretja stopnja izračuna nepotrebna, saj bo zahtevana trdnost zagotovo zagotovljena.

na podlagi materialov: P.I. Chumak, V.F. Krivokrysenko "Izračun in načrtovanje ALS"

Uvod

Zasnova helikopterja je zapleten, razvijajoč se proces skozi čas, razdeljen na med seboj povezane faze in faze načrtovanja. Letalo, ki se ustvarja, mora zadovoljiti tehnične zahteve in so v skladu s tehničnimi in ekonomskimi značilnostmi, določenimi v projektni specifikaciji. Opis naloge vsebuje začetni opis helikopterja in njegove zmogljivosti, ki zagotavljajo visoko ekonomska učinkovitost in konkurenčnost oblikovanega stroja, in sicer: nosilnost, hitrost leta, doseg, statični in dinamični strop, vir, vzdržljivost in stroški.

Projektni projekti so določeni v fazi predprojektantskih študij, med katerimi se izvaja patentno iskanje, analiza obstoječih tehničnih rešitev, raziskovalno-razvojna dela. Glavna naloga predprojektne raziskave je iskanje in eksperimentalno preverjanje novih principov delovanja projektiranega objekta in njegovih elementov.

V fazi idejnega načrtovanja se izbere aerodinamična shema, oblikuje videz helikopterja in izračunajo se glavni parametri, ki zagotavljajo doseganje določenih lastnosti letenja. Ti parametri vključujejo: težo helikopterja, moč pogonski sistem, dimenzije glavnega in repnega rotorja, masa goriva, masa instrumentalne in posebne opreme. Rezultati izračuna se uporabljajo pri razvoju diagram postavitve helikopter in sestavi centrirni list za določitev položaja središča mase.

Zasnova posameznih enot in sklopov helikopterja se ob upoštevanju izbranih tehničnih rešitev izvaja v fazi izdelave tehnične zasnove. V tem primeru morajo parametri načrtovanih enot izpolnjevati vrednosti, ki ustrezajo osnutku. Nekatere parametre je mogoče izboljšati, da bi optimizirali zasnovo. Pri tehničnem načrtovanju se izvajajo aerodinamični trdnostni in kinematični izračuni enot, izbor konstrukcijskih materialov in konstrukcijskih shem.

V fazi delovnega projekta načrtovanje delovnih in montažnih risb helikopterja, specifikacije, izbirne liste in drugo tehnično dokumentacijo v skladu s sprejetimi standardi

V prispevku je predstavljena metodologija za izračun parametrov helikopterja v fazi idejnega projekta, ki se uporablja za izvedbo tečajnega projekta iz discipline "Projektiranje helikopterjev".

Izračun vzletne teže helikopterja prvega približka

kjer je masa koristnega tovora, kg;

Teža posadke, kg.

Domet letenja

Izračun parametrov glavnega rotorja helikopterja

2.1 Polmer R, m glavnega rotorja helikopterja z enim rotorjem se izračuna po formuli:

kjer je vzletna teža helikopterja, kg;

g - pospešek zaradi gravitacije, enak 9,81 m / s2;

p je specifična obremenitev na območju, ki ga pomete rotor,

Vrednost specifične obremenitve p na površini, ki jo vijak odnese, je izbrana v skladu s priporočili, predstavljenimi v delu / 1 /: kjer je p = 280

Vzamemo polmer rotorja R = 7,9

Kotna hitrost, s-1, vrtenja glavnega rotorja je omejena z vrednostjo obodne hitrosti R koncev lopatic, ki je odvisna od vzletne mase helikopterja in je znašala R = 232 m/ s.

2.2 Relativna gostota zraka na statičnih in dinamičnih stropih

2.3 Izračun ekonomske hitrosti pri tleh in pri dinamičnem stropu

Relativna površina enakovredne škodljive plošče se določi:

Kjer je Se = 2,5

Vrednost ekonomske hitrosti na tleh Vz, km / h se izračuna:

Vrednost ekonomske hitrosti pri dinamičnem stropu Vdin, km / h se izračuna:

kjer je I = 1,09 ... 1,10 indukcijski koeficient.

2.4 Izračunajo se relativne vrednosti največje in ekonomske na dinamičnem stropu horizontalnih hitrosti leta:

kjer je Vmax = 250 km / h in Vdin = 182,298 km / h - hitrost leta;

R = 232 m / s - obodna hitrost rezil.

Helikopter je rotorcraft, pri katerem dvig in potisk ustvarja propeler. Glavni rotor se uporablja za podporo in premikanje helikopterja v zraku. Pri vrtenju v vodoravni ravnini glavni rotor ustvarja potisk (T), usmerjen navzgor, in deluje kot dvižna sila (Y). Ko je potisk glavnega rotorja večji od teže helikopterja (G), bo helikopter brez zaleta vzletel s tal in začel navpično vzpenjanje. Če sta teža helikopterja in potisk glavnega rotorja enaki, bo helikopter nepremično visel v zraku. Za navpični spust je dovolj, da je potisk glavnega rotorja nekoliko manjši od teže helikopterja. Translacijsko gibanje helikopterja (P) je zagotovljeno z naklonom ravnine vrtenja glavnega rotorja s pomočjo krmilnega sistema rotorja. Naklon ravnine vrtenja propelerja povzroči ustrezen naklon celotne aerodinamične sile, medtem ko bo njegova navpična komponenta držala helikopter v zraku, vodoravna pa bo povzročila premikanje helikopterja v ustrezni smeri.

Slika 1. Diagram porazdelitve sil

Dizajn helikopterja

Trup je glavni del konstrukcije helikopterja, ki služi za povezovanje vseh njegovih delov v eno celoto, pa tudi za namestitev posadke, potnikov, tovora in opreme. Ima repno in končno ogrodje za namestitev repnega rotorja izven območja vrtenja glavni rotor in krilo (pri nekaterih helikopterjih je krilo nameščeno za povečanje največje hitrosti leta z delnim razbremenitvijo glavnega rotorja (MI-24)).je vir mehanske energije za pogon glavnega in repnega rotorja v vrtenju. Vključuje motorje in sisteme, ki zagotavljajo njihovo delovanje (gorivo, olje, hladilni sistem, sistem za zagon motorja itd.). Glavni rotor (HB) se uporablja za podporo in premikanje helikopterja v zraku in je sestavljen iz lopatic rotorja in pesta. Repni rotor služi za uravnoteženje reaktivnega momenta, ki nastane zaradi vrtenja glavnega rotorja, in za krmiljenje smeri helikopterja. Potisk repnega rotorja ustvari moment glede na težišče helikopterja, ki uravnoteži reaktivni moment glavnega rotorja. Za obračanje helikopterja je dovolj, da spremenite vrednost potiska repnega rotorja. Repni rotor je sestavljen tudi iz lopatic in pesta. Glavni rotor krmili posebna naprava, imenovana pregibna plošča. Zadnji rotor se krmili s pedalom. Naprave za vzletanje in pristajanje služijo kot podpora helikopterju pri parkiranju in omogočajo premikanje helikopterja po tleh, vzlet in pristajanje. Opremljeni so z amortizerji za blaženje udarcev in udarcev. Naprave za vzlet in pristajanje so lahko izvedene v obliki kolesnega podvozja, plovcev in smuči

Slika 2 Glavni deli helikopterja:

1 - trup; 2 - letalski motorji; 3 - rotor (nosilni sistem); 4 - prenos; 5 - repni rotor; 6 - končni žarek; 7 - stabilizator; 8 - repni okvir; 9 - šasija

Načelo dviga propelerja in sistem za krmiljenje propelerja

V navpičnem letu, nSkupna aerodinamična sila glavnega rotorja je izražena kot zmnožek mase zraka, ki teče skozi površino, ki jo glavni rotor v eni sekundi odnese s hitrostjo izhodnega curka:

kje πD 2/ 4 - površina, ki jo pometa rotor;V—hitrost leta v gospa; ρ - gostota zraka;u -izhodna hitrost curka v m / sek.

Dejansko je potisna sila propelerja enaka reakcijski sili, ko se zračni tok pospeši.

Da bi se helikopter lahko premikal postopno, je potreben nagib ravnine vrtenja rotorja, sprememba ravnine vrtenja pa se ne doseže z nagibanjem pesta glavnega rotorja (čeprav je vizualni učinek lahko ravno to), ampak s spreminjanjem položaja rezila na različnih delih oboda oboda.

Glavne lopatice rotorja, ki med vrtenjem opisujejo polni krog okoli osi, se s nasprotnim zračnim tokom na različne načine vrtijo. Cel krog je 360º. Nato zavzamemo zadnji položaj rezila za 0º in nato vsakih 90º polnega obrata. Torej je rezilo v območju od 0º do 180º napredujoče rezilo, od 180º do 360º pa je rezilo, ki se umika. Načelo takega imena je po mojem mnenju jasno. Napredna lopatica se premika proti dohodnemu zračnemu toku, skupna hitrost njegovega gibanja glede na ta tok pa se poveča, ker se sam tok po drugi strani premika proti njemu. Konec koncev helikopter leti naprej. Temu primerno raste tudi dvižna sila.

Slika 3 Spremembe hitrosti vpadnega toka med vrtenjem propelerja za helikopter MI-1 (povprečne hitrosti leta).

Nasprotno velja za umikajoče se rezilo. Hitrost, s katero to rezilo tako rekoč "beži", se odšteje od hitrosti prihajajočega toka. Posledično imamo manj dvižne sile. Izkazalo se je resna razlika v silah na desni in levi strani vijaka in s tem očitna preobratni trenutek... V tem stanju se bo helikopter ob poskusu premika naprej nagibal k prevrnitvi. Takšne stvari so se zgodile med prvimi izkušnjami ustvarjanja rotacijskih vozil.

Da se to ne bi zgodilo, je oblikovalec uporabil en trik. Dejstvo je, da so lopatice rotorja pritrjene v pestu (to je tako masivna enota, nameščena na izhodni gredi), vendar ne togo. Nanj so povezani s posebnimi tečaji (ali njim podobnimi napravami). Obstajajo tri vrste tečajev: vodoravno, navpično in aksialno.

Zdaj pa poglejmo, kaj se bo zgodilo z rezilom, ki je tečajno pritrjen na os vrtenja. Torej, naše rezilo se vrti s konstantna hitrost brez zunanjega nadzora.

riž. 4 Sile, ki delujejo na rezilo, obešeno na pesto propelerja.

Od Od 0º do 90º se poveča hitrost toka okoli rezila, kar pomeni, da se poveča tudi dvižna sila. Ampak! Rezilo je zdaj obešeno na vodoravnem tečaju. Zaradi prevelike dvižne sile se začne dvigovati v vodoravnem tečaju (strokovnjaki pravijo "pometanje"). Hkrati se zaradi povečanega upora (navsezadnje se je povečala hitrost pretoka) rezilo odkloni nazaj in zaostaja za vrtenjem osi rotorja. Prav za to je navpična žogica-nir.

Vendar se med zamahom izkaže, da se zrak glede na rezilo tudi nekoliko premakne navzdol in tako se napadni kot glede na dohodni tok zmanjša. To pomeni, da se rast odvečnega dviga upočasni. Na ta pojemek dodatno vpliva tudi odsotnost krmilnega delovanja. To pomeni, da potiska pregibne plošče, pritrjena na rezilo, ohrani svoj položaj nespremenjen, rezilo pa se pri nihanju prisili, da se vrti v svojem aksialnem tečaju, ki ga drži potiska, in s tem zmanjša svoj nastavni kot ali napadni kot glede na dohodni tok. (Slika dogajanja na sliki. Tukaj je Y dvižna sila, X uporna sila, Vy navpično gibanje zraka, α vpadni kot.)

Slika 5 Slika spremembe hitrosti in vpadnega kota vhodnega toka med vrtenjem lopatice glavnega rotorja.

Do točke Presežni dvig za 90° se bo zaradi zgoraj navedenega še naprej povečeval z naraščajočim pojemkom. Po 90º se bo ta sila zmanjšala, vendar se bo zaradi njene prisotnosti rezilo še naprej premikalo navzgor, čeprav vse počasneje. Svojo največjo višino nihanja bo dosegel že po prehodu točke 180º. To je zato, ker ima rezilo določeno težo in nanj delujejo vztrajnostne sile.

Z nadaljnjim vrtenjem se rezilo umika in nanj delujejo vsi isti procesi, vendar v nasprotni smeri. Velikost dvižne sile se zmanjša in centrifugalna sila jo skupaj s silo uteži začne spuščati navzdol. Vendar pa se hkrati povečajo vpadni koti za vpadni tok (zdaj se zrak že premika navzgor glede na rezilo), nastavitev kota rezila pa se poveča zaradi nepremičnosti palic. pregibni helikopter ... Vse, kar se zgodi, ohranja dvig umikajočega se rezila na zahtevani ravni. Rezilo se še naprej spušča in minimalna višina zamaha doseže že nekje za točko 0º, spet zaradi inercialnih sil.

Tako se pri vrtenju glavnega rotorja zdi, da lopatice helikopterja "mahajo" ali celo rečejo "plapolajo". Tega plapolanja pa tako rekoč s prostim očesom skoraj ne boste opazili. Dvig rezil navzgor (kot tudi njihov odklon nazaj v navpičnem tečaju) je zelo nepomemben. Dejstvo je, da ima centrifugalna sila zelo močan stabilizacijski učinek na rezila. Dvižna sila je na primer 10-krat večja od teže rezila, centrifugalna sila pa 100-krat. To je centrifugalna sila, ki spremeni navidezno "mehko" rezilo, ki se upogiba v mirujočem položaju, v tog, vzdržljiv in popolnoma delujoč element glavnega rotorja helikopterja.

Vendar pa je kljub svoji nepomembnosti prisoten navpični upogib lopatic, glavni rotor pa pri vrtenju opisuje stožec, čeprav je zelo plitek. Osnova tega stožca je ravnina vrtenja vijaka(glej sliko 1.)

Da bi helikopter dobil translacijsko gibanje, je treba to ravnino nagniti tako, da se pojavi horizontalna komponenta skupne aerodinamične sile, to je vodoravni potisk propelerja. Z drugimi besedami, morate nagniti celoten namišljeni stožec vrtenja vijaka. Če se mora helikopter premakniti naprej, mora biti stožec nagnjen naprej.

Glede na opis premikanja lopatice med vrtenjem propelerja to pomeni, da se mora lopatica v položaju 180° spustiti, v položaju 0° (360°) pa dvigniti. To pomeni, da bi se pri točki 180 ° dvig moral zmanjšati, pri točki 0 ° (360 °) pa bi se moral povečati. To pa lahko storite tako, da zmanjšate kot nastavitve rezila na 180º in ga povečate za 0º (360º). Podobne stvari bi se morale zgoditi, ko se helikopter premika v druge smeri. Samo v tem primeru se bodo seveda podobne spremembe v položaju rezil pojavile na drugih kotnih točkah.

Jasno je, da bi morali pri vmesnih kotih vrtenja propelerja med navedenimi točkami nastavitveni koti rezila zasedati vmesne položaje, to je, da se kot namestitve lopatice spreminja, ko se premika po krogu postopoma, ciklično. je tisto, kar imenujemo ciklični kot namestitve rezila ( ciklični nagib propelerja). To ime poudarjam, ker obstaja tudi skupni nagib propelerja (skupni kot rezila). Spreminja se istočasno na vseh rezilih za enako količino. To se običajno naredi za povečanje celotnega dviga glavnega rotorja.

Takšna dejanja se izvajajo pregibna plošča helikopterja ... Spreminja kot namestitve lopatic rotorja (nagib propelerja) tako, da jih vrti v aksialnih tečajih s pomočjo palic, pritrjenih nanje. Običajno sta vedno dva krmilna kanala: naklon in naklon ter kanal za spreminjanje splošnega naklona glavnega rotorja.

Višina tona pomeni kotni položaj zrakoplova glede na njegovo prečno os (nos navzgor in navzdol), akren glede na njegovo vzdolžno os (nagib levo in desno).

Strukturno pregibna plošča helikopterja Je precej zapleten, vendar je njegovo strukturo mogoče razložiti na primeru podobne enote helikopterskega modela. Model stroja je seveda enostavnejši od starejšega brata, vendar je princip popolnoma enak.

riž. 6 Pregibna plošča za model helikopterja

To je dvokraki helikopter. Kotni položaj vsakega rezila se nadzoruje preko palic6. Te palice so povezane s tako imenovano notranjo ploščo2 (iz bele kovine). Vrti se skupaj z vijakom in je v ustaljenem stanju vzporedna z ravnino vrtenja vijaka. Lahko pa spremeni svoj kotni položaj (nagib), saj je pritrjen na os vijaka skozi kroglični zglob 3. Ko se njegov naklon (kotni položaj) spremeni, deluje na palice6, ki pa delujejo na lopatice, jih obračajo v aksialnih tečajih in s tem spreminjajo ciklični korak propelerja.

Notranja plošča hkrati je notranji obroč ležaja, katerega zunanji obroč je zunanja plošča vijaka1. Ne vrti se, lahko pa spremeni svoj nagib (kotni položaj) pod vplivom krmiljenja vzdolž nagibnega kanala4 in kotalnega kanala5. S spreminjanjem nagiba pod vplivom nadzora zunanji krožnik spremeni nagib notranjega krožnika in posledično nagib ravnine vrtenja glavnega rotorja. Posledično helikopter leti v pravo smer.

Celoten naklon vijaka se spremeni s premikanjem notranje plošče2 vzdolž osi vijaka s pomočjo mehanizma7. V tem primeru se kot namestitve na obeh rezilih spremeni naenkrat.

Za boljše razumevanje postavljam še nekaj ilustracij pesta vijaka s pregibno ploščo.

riž. 7 Puša za vijake s pregibno ploščo (slika).

riž. 8 Vrtenje rezila v navpičnem tečaju pesta glavnega rotorja.

riž. 9 Pesto glavnega rotorja helikopterja MI-8

FIZIKA NOSILNEGA PROPELERA

Odličen avto - helikopter! Izjemne lastnosti ga naredijo nenadomestljivega v tisočih priložnostih. Samo helikopter lahko vzleti in pristane navpično, nepremično visi v zraku, se premika vstran in celo z repom naprej.

Ali obstajajo tako velike priložnosti? Kakšna je fizika njegovega leta? Poskusimo na kratko odgovoriti na ta vprašanja.

Rotor helikopterja ustvarja dvig. Lopatice propelerja so enaka krila. Nameščeni pod določenim kotom proti obzorju, se v toku dohodnega zraka obnašajo kot krilo: tlak nastane pod spodnjo ravnino lopatic, nad njo pa vakuum. Večja kot je ta razlika, večji je dvig. Ko dvigalo preseže težo helikopterja, ta vzleti, če je obratno, se helikopter spusti.

Če na letalu dvig kril nastane le, ko se letalo premika, se na "krilu" helikopterja pojavi tudi, ko helikopter miruje: "krilo" se premika. To je glavna stvar.

Potem pa je helikopter pridobil višino. Zdaj mora leteti naprej. Kako narediti? Vijak ustvarja samo potisk navzgor! Poglejmo ta trenutek v pilotsko kabino. Potegnil je krmilno palico stran od sebe. Helikopter se je rahlo nagnil na nos in poletel naprej. zakaj?

Krmilni ročaj je povezan z genialno napravo - avtomatskim prenosnim strojem. Ta mehanizem, izjemno priročen za krmiljenje helikopterja, je v študentskih letih izumil akademik B.N.Yuriev. Njegova naprava je precej zapletena, njen namen pa je naslednji: omogočiti pilotu, da poljubno spreminja kot nagiba lopatic proti obzorju.

Preprosto je razumeti, da se med vodoravnim letom helikopterja stiskanje njegovih lopatic premakne glede na okoliški zrak z drugačna hitrost... Rezilo, ki gre naprej, se premika proti toku zraka, tisto, ki se obrne nazaj, pa se premika vzdolž toka. Zato bo hitrost rezila in s tem tudi dvižna sila višja, ko se rezilo premakne naprej. Propeler bo obrnil helikopter na bok.

Da se to ne bi zgodilo, so nekonstruktorji lopatice povezovali z osjo premično, na tečajih. Nato naprej rezilo z več dvižna sila začela vzpenjati, mahati. Toda to gibanje se ni več prenašalo na helikopter, letel je mirno. Zaradi nihajnega gibanja rezila je njegova dvižna sila ostala konstantna ves čas obrata.

Vendar to ni rešilo problema napredovanja. Konec koncev morate spremeniti smer potisne sile propelerja, tako da se helikopter premika vodoravno. To je omogočila pregibna plošča. Nenehno spreminja kot namestitve vsake lopatice propelerja, tako da se največja dvižna sila pojavi približno v zadnjem delu njegovega vrtenja. Nastali potisk rotorja se nagne in helikopter se nagne tudi naprej.

Tako zanesljiva in priročna naprava za krmiljenje helikopterja ni bila ustvarjena takoj. Naprava za nadzor smeri leta se ni pojavila takoj.

Seveda veste, da helikopter nima krmila. In rotorcraft ga ne potrebuje. Zamenja ga majhen propeler na repu. Če bi ga pilot poskusil izklopiti, bi se helikopter sam obrnil. Da, obrnil se je tako, da bi se vse hitreje vrtel v smeri, nasprotni vrtenju glavnega rotorja. To je posledica reaktivnega navora, ki nastane zaradi vrtenja glavnega rotorja. Repni rotor ne dovoli, da bi se rep helikopterja obrnil pod vplivom reaktivnega momenta, ga uravnoteži. In če je potrebno, bo pilot okrepil ali oslabil potisk repnega rotorja. Nato se bo helikopter obrnil v želeno smer.

Včasih popolnoma opustijo repni rotor in na helikopterje namestijo dva glavna rotorja, ki se vrtita drug proti drugemu. Reaktivni momenti v tem primeru so seveda uničeni.

Tako leti "zračni terenec" in neutrudni delavec - helikopter.

jaz

Dvig in potisk za gibanje helikopterja naprej ustvarja glavni rotor. V tem se razlikuje od letala in jadralnega letala, pri katerem dvižno silo pri gibanju v zraku ustvarja nosilna površina - krilo, ki je togo povezano s trupom, in potisk - propeler oz. reaktivni motor(slika 6).

V principu letenja letala in helikopterja je mogoče potegniti analogijo. V obeh primerih se dvižna sila ustvari zaradi interakcije dveh teles: zraka in letala (letala ali helikopterja).

Po zakonu enakosti delovanja in reakcije sledi, da s kakšno silo letalo deluje na zrak (teža ali gravitacija), z enako silo deluje zrak na letalo (dvižna sila).

Med letom letala se pojavi naslednji pojav: nasproti prihajajoči zračni tok teče okoli krila in se za krilom nagne navzdol. Toda zrak je netopen, precej viskozen medij in pri tej košnji ne sodeluje le zračna plast, ki se nahaja v neposredni bližini površine kril, temveč tudi njene sosednje plasti. Tako se pri pretoku okoli krila vsako sekundo nagne dokaj pomembna prostornina zraka nazaj nazaj, približno enaka prostornini valja, katerega prerez je krog s premerom, enakim razponu kril, in dolžino je hitrost letenja na sekundo. To ni nič drugega kot drugi pretok zraka, ki sodeluje pri ustvarjanju dviga krila (slika 7).

riž. 7. Prostornina zraka, ki sodeluje pri ustvarjanju dviga letala

Iz teoretične mehanike je znano, da je sprememba količine gibanja na enoto časa enaka delujoči sili:

kje R - delujoča sila;

kot posledica interakcije z letalskim krilom. Posledično bo dvig krila enak drugemu povečanju količine navpičnega gibanja v odhajajočem curku.

in -hitrost nagiba toka za krilom navpično v m / sek. Na enak način je mogoče skupno aerodinamično silo glavnega rotorja helikopterja izraziti z drugo stopnjo pretoka zraka in hitrostjo pretoka zraka (induktivna hitrost odhajajočega zračnega toka).

Vrtljivi glavni rotor pometa površino, ki si jo lahko predstavljamo kot nosilec, podobno kot krilo letala (slika 8). Zrak, ki teče skozi površino, ki jo rotor odnese, zaradi interakcije z vrtljivimi lopaticami, se vrže navzdol z induktivno hitrostjo in. Pri vodoravnem ali nagnjenem letu teče zrak na površino, ki jo rotor odnese pod določenim kotom (poševno pihanje). Tako kot letalo lahko prostornino zraka, ki sodeluje pri ustvarjanju polne aerodinamične sile glavnega rotorja, predstavimo kot cilinder, katerega osnovna površina je enaka površini, ki jo odnese glavni rotor, dolžina pa je enaka hitrosti leta. , izraženo v m / sek.

Ko glavni rotor deluje na mestu ali v navpičnem letu (pihanje naprej), smer zračnega toka sovpada z osjo glavnega rotorja. V tem primeru bo zračni valj postavljen navpično (slika 8, b). Skupna aerodinamična sila glavnega rotorja je izražena kot zmnožek mase zraka, ki teče skozi površino, ki jo glavni rotor v eni sekundi odnese z induktivno hitrostjo izhodnega curka:

induktivna hitrost izhodnega curka v m / sek. Opozoriti je treba, da v obravnavanih primerih tako za krilo letala kot za glavni rotor helikopterja za induktivno hitrost in vzame se induktivna hitrost odhajajočega curka na neki oddaljenosti od nosilne površine. Induktivna hitrost zračnega toka, ki nastane na sami nosilni površini, je polovica vrednosti.

Ta razlaga izvora dviga kril oziroma skupne aerodinamične sile glavnega rotorja ni povsem točna in velja le v idealnem primeru. Le načeloma pravilno in jasno pojasnjuje fizični pomen pojava. Tukaj je primerno opozoriti na eno zelo pomembno okoliščino, ki izhaja iz analiziranega primera.

Če je skupna aerodinamična sila rotorja izražena kot zmnožek mase zraka, ki teče skozi površino, ki jo rotor pomete z induktivno hitrostjo, in je prostornina te mase valj, katerega osnova je površina, ki jo pomete rotor rotorja, dolžina pa je hitrost leta, potem je popolnoma jasno, da ustvariti stalen potisk (na primer enak teži helikopterja) pri višji hitrosti leta in s tem z večjo količino vrženega zraka, potrebna je nižja induktivna hitrost in zato manjša moč motorja.

Nasprotno, za vzdrževanje helikopterja v zraku med "lebdenjem" na mestu je potrebna večja moč kot med letom z določeno hitrostjo naprej, pri kateri je zaradi premikanja helikopterja nasprotni tok zraka.

Z drugimi besedami, z porabo enake moči (na primer nazivne moči motorja) v primeru nagnjenega leta z dovolj visoko hitrostjo je mogoče doseči višji strop kot pri navpičnem vzponu, ko je skupna potovalna hitrost

helikopter je manjši kot v prvem primeru. Zato ima helikopter dva stropa: statična ko se višina pridobi v navpičnem letu, in dinamično ko se višina pridobi v nagnjenem letu in je dinamični strop vedno višji od statičnega.

Pri delovanju glavnega rotorja helikopterja in propelerja letala je veliko podobnosti, obstajajo pa tudi temeljne razlike, o katerih bo govora kasneje.

Če primerjamo njihovo delo, je razvidno, da je skupna aerodinamična sila in posledično potisk glavnega rotorja helikopterja, ki je sestavni del sile

Rv smeri osi pesta, vedno več (5-8 krat) z enako močjo motorja in enako težo letalo zaradi dejstva, da je premer glavnega rotorja helikopterja nekajkrat večji od premera propelerja letala. V tem primeru je hitrost zavrnitve zraka pri glavnem rotorju manjša od hitrosti zavrnitve pri propelerju.

Velikost potiska glavnega rotorja je v zelo veliki meri odvisna od njegovega premera.

Din število vrtljajev. Ko se premer propelerja podvoji, se bo njegov potisk povečal približno 16-krat; če se število vrtljajev podvoji, se bo potisk povečal približno 4-krat. Poleg tega je potisk glavnega rotorja odvisen tudi od gostote zraka ρ, kota lopatic φ (nagiba glavnega rotorja),geometrijske in aerodinamične lastnosti tega propelerja, kot tudi v načinu letenja. Vpliv zadnjih štirih dejavnikov je običajno izražen v formulah potiska propelerja skozi koeficient potiska in t . .

Tako bo potisk glavnega rotorja helikopterja sorazmeren:

- koeficient potiska............. α r

Upoštevati je treba, da na velikost potiska pri letenju blizu tal vpliva tako imenovana "zračna blazina", zaradi katere lahko helikopter vzleti s tal in se dvigne za nekaj metrov pri porabi energije, ki je manjša od tiste, ki je potrebna za "lebdi" na višini 10 15 m. Razpoložljivost " zračna blazina"To je razloženo z dejstvom, da zrak, ki ga vrže propeler, udari ob tla in je nekoliko stisnjen, torej poveča njegovo gostoto. Učinek "zračne blazine" je še posebej močan, ko propeler deluje blizu tal. Zaradi stiskanja zraka se potisk rotorja v tem primeru ob enaki porabi energije poveča za 30

40%. Vendar se z oddaljenostjo od tal ta učinek hitro zmanjšuje in na višini leta, ki je enaka polovici premera propelerja, "zračna blazina" poveča potisk le za 15 20%. Višina "zračne blazine" je približno enaka premeru glavnega rotorja. Nadalje povečanje potiska izgine.

Za grob izračun potiska rotorja v lebdečem načinu se uporablja naslednja formula:

koeficient, ki označuje aerodinamično kakovost glavnega rotorja in učinek "zračne blazine". Odvisno od značilnosti rotorja je vrednost koeficienta a ko lebdi blizu tal, ima lahko vrednosti 15 - 25.

Glavni rotor helikopterja ima izjemno pomembno lastnost – sposobnost ustvarjanja dviga v samorotacijskem (avtorotacijskem) načinu v primeru zaustavitve motorja, kar omogoča helikopterju varno drsenje ali padalski spust in pristanek.

Vrtljivi glavni rotor vzdržuje zahtevano število vrtljajev pri drsenju ali padalu, če so njegova rezila premaknjena na majhen nagibni kot

(l - 5 0) 1. Hkrati se ohrani dvižna sila, ki zagotavlja spust s konstantno navpično hitrostjo (6-10 m/s), s naknadno zmanjšanje le-tega pri izravnavi pred sajenjem do l - 1,5 m / sek.

Bistvena razlika je v delovanju glavnega rotorja v primeru letenja motorja, ko se moč motorja prenaša na propeler, in v primeru samorotacijskega leta, ko prejme energijo za vrtenje motorja. rotorja iz prihajajočega zračnega toka.

Pri letu motorja prihajajoči zrak teče v rotor od zgoraj ali od zgoraj pod kotom. Ko propeler deluje v načinu samorotiranja, zrak teče na ravnino vrtenja od spodaj ali pod kotom od spodaj (slika 9). Naklon toka za rotorjem bo v obeh primerih usmerjen navzdol, saj bo induktivna hitrost po izreku o količini gibanja usmerjena neposredno nasprotno potisku, torej približno navzdol vzdolž osi rotorja.

Tukaj govorimo o učinkovitem kotu namestitve v nasprotju s konstruktivnim.