การคำนวณสกรูสามารถแบ่งตามเงื่อนไขได้เป็นสามขั้นตอนติดต่อกัน

จุดประสงค์ของขั้นตอนแรกของการคำนวณคือการกำหนดรัศมี แรงขับ และประสิทธิภาพของใบพัดที่คาดหวัง

ข้อมูลเริ่มต้นของขั้นตอนแรกคือ:

ขอแนะนำให้ทำการคำนวณโดยใช้ ระบบสากลหน่วย SI

หากกำหนดความเร็วของสกรูเป็นรอบต่อนาทีให้ใช้สูตร

ต้องแปลงเป็นเรเดียนต่อวินาที

ความเร็วใบพัดที่คำนวณได้ V จะถูกเลือกขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของ ALS และค่า

โดยที่ K คืออัตราส่วนการยกต่อการลากสูงสุดที่คำนวณได้ของเครื่องบินน้ำหนักเบาพิเศษ ม. - น้ำหนักเครื่องขึ้น

เมื่อ E
ด้วยค่า E ตั้งแต่ 1,000 ถึง 1500 ขอแนะนำให้ใช้ความเร็วในการบิน V cr เป็นความเร็วใบพัดที่คำนวณได้ V o

และสำหรับค่า E ที่มากกว่า 1500 สามารถคำนวณความเร็วเป็นความเร็วที่คำนวณได้จากสูตร

เมื่อเลือก V o เราควรคำนึงถึงความจริงที่ว่าสำหรับกำลังเครื่องยนต์ที่กำหนด การลดลงของความเร็วที่คำนวณได้ V จะทำให้ความเร็วในการบินสูงสุดลดลง และการเพิ่มขึ้นจะทำให้ลักษณะการขึ้นบินลดลง ของเครื่องบิน

ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการป้องกันกระแส transonic ความเร็วของปลายเบลด ยู . ไม่ควรเกิน 230 ... 250 m / s และเฉพาะใน แต่ละกรณีเมื่อไม่ควรติดตั้งกระปุกเกียร์และสกรูไม่สามารถถอดกำลังเครื่องยนต์ได้เต็มที่ อนุญาตให้ใช้ได้ถึง 260 m / s

ค่าเริ่มต้นของประสิทธิภาพที่ต้องการที่สูงกว่า 0.8 สำหรับความเร็วสูงและสูงกว่า 0.75 สำหรับ ALS ความเร็วต่ำนั้นไม่เหมาะสมที่จะเลือก เนื่องจากในทางปฏิบัติไม่สามารถทำได้ ขั้นตอนของการลดลงในขั้นต้นสามารถทำได้เท่ากับ 0.05 แล้วจึงลดลงเมื่อเข้าใกล้มูลค่าที่แท้จริงของประสิทธิภาพ

จากข้อมูลเบื้องต้น ข้อมูลต่อไปนี้จะถูกกำหนดตามลำดับ:

หากรัศมี R ที่ต้องการปรากฏว่ามากกว่าขอบเขต R GR แสดงว่าไม่สามารถรับประสิทธิภาพที่ระบุในตอนแรกได้ ต้องการลดลงตามจำนวนที่เลือกและทำซ้ำรอบโดยเริ่มจากคำจำกัดความของค่าใหม่หรือไม่? .

วนซ้ำจนกว่าจะเป็นไปตามเงื่อนไข RR GR หากตรงตามเงื่อนไขนี้ ให้ตรวจสอบว่าความเร็วรอบนอกของปลายใบมีด u K ไม่เกินค่าที่อนุญาต u K.GR หรือไม่

หาก u K u K.GR ค่าใหม่จะถูกกำหนดโดยค่าที่น้อยกว่าค่าก่อนหน้า และวัฏจักรจะเกิดซ้ำ

หลังจากกำหนดค่ารัศมี R, แรงขับ P และประสิทธิภาพของใบพัดแล้ว คุณสามารถไปยังขั้นตอนที่สองของการคำนวณได้

ขั้นตอนที่สองของการคำนวณใบพัด

จุดประสงค์ของขั้นตอนที่สองของการคำนวณคือการกำหนดแรงขับ การใช้พลังงาน และมิติทางเรขาคณิต ใบพัด.

ข้อมูลเริ่มต้นสำหรับขั้นตอนที่สองของการคำนวณคือ:

สำหรับการคำนวณ ใบพัด (รูปที่ 6. 7)

รูปที่ 6.7 ผลของแรงที่ไหลต่อองค์ประกอบของใบพัด

มันถูกแบ่งออกเป็นส่วนจำนวนจำกัดด้วยขนาด bR. สันนิษฐานว่าในแต่ละส่วนที่เลือกไม่มีการบิดของใบมีด และความเร็วและมุมของการไหลตามรัศมีจะไม่เปลี่ยนแปลง ด้วยการลดลงของ R นั่นคือจำนวนส่วนที่อยู่ระหว่างการพิจารณาเพิ่มขึ้น ข้อผิดพลาดที่เกิดจากสมมติฐานที่ยอมรับจะลดลง การปฏิบัติแสดงให้เห็นว่าถ้าสำหรับแต่ละส่วนเราใช้ความเร็วและมุมโดยธรรมชาติในส่วนตรงกลางจากนั้นข้อผิดพลาดจะไม่มีความสำคัญเมื่อใบมีดแบ่งออกเป็น 10 ส่วนด้วย R = 0.1r ในกรณีนี้เราสามารถสรุปได้ว่าสามส่วนแรก นับจากแรงขับของแกนใบพัดจะไม่ให้ในขณะที่กิน 4 ... 5% ของกำลังเครื่องยนต์ ดังนั้นจึงแนะนำให้ทำการคำนวณเจ็ดส่วนตั้งแต่ =0.3 ถึง =1.0

ตั้งค่าเพิ่มเติม:

เริ่มแรก แนะนำให้ตั้งค่าความกว้างใบมีดสัมพัทธ์สูงสุดสำหรับใบพัดไม้เป็น 0.08

กฎของการเปลี่ยนแปลงความกว้างของใบมีดและความหนาสัมพัทธ์สามารถกำหนดได้ในรูปแบบของสูตร ตาราง หรือรูปวาดของใบพัด (รูปที่ 6. 1)

รูปที่ 6.1 ใบพัดระยะพิทช์คงที่

มุมของการโจมตีของส่วนที่เลือกถูกกำหนดโดยนักออกแบบ โดยคำนึงถึงอัตราส่วนการยกต่อการลากแบบผกผัน ค่าสัมประสิทธิ์ Su และ K=1/ นำมาจากกราฟในรูป 6.4 และ 6.5 โดยคำนึงถึงโปรไฟล์ที่เลือกและค่าของ และ .

รูปที่ 6.4 การขึ้นต่อกันของค่าสัมประสิทธิ์แรงยกและอัตราส่วนการยกต่อการลากแบบผกผันกับมุมของการโจมตีและความหนาสัมพัทธ์สำหรับ airfoil VS-2

รูปที่ 6.5 การพึ่งพาสัมประสิทธิ์การยกและอัตราส่วนการยกต่อการลากแบบผกผันกับมุมของการโจมตีและความหนาสัมพัทธ์สำหรับ airfoil RAF-6

ขั้นตอนแรกของขั้นตอนที่สองของการคำนวณคือการกำหนดความเร็วการไหล V ในระนาบของใบพัด ความเร็วนี้ถูกกำหนดโดยสูตร

ได้จากการแก้สมการของแรงขับและการไหลของอากาศที่ผ่านบริเวณที่ใบพัดกวาด

ค่าโดยประมาณของแรงขับ P รัศมี R และพื้นที่ S โอห์ม นำมาจากขั้นตอนแรกของการคำนวณ

หากผลจากการคำนวณปรากฏว่าพลังงานที่ใช้โดยสกรูแตกต่างจากพลังงานที่มีอยู่ไม่เกิน 5 ... 10% ถือว่าขั้นตอนที่สองของการคำนวณเสร็จสมบูรณ์

หากพลังงานที่ใช้โดยใบพัดแตกต่างจากพลังงานที่มีอยู่ 10 ... 20% จำเป็นต้องเพิ่มหรือลดความกว้างของใบมีดเนื่องจากการใช้พลังงานและแรงผลักดันของใบพัดเปลี่ยนไปตามสัดส่วนโดยประมาณกับ คอร์ดของใบมีด เส้นผ่านศูนย์กลาง ความหนาสัมพัทธ์ และมุมการติดตั้งของส่วนต่างๆ ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ในบางกรณีอาจกลายเป็นว่าพลังงานที่ใช้โดยใบพัดและแรงขับต่างกันมากกว่า 20% จากที่คาดหวังจากผลลัพธ์ของขั้นตอนแรกของการคำนวณ ในกรณีนี้ตามอัตราส่วนของการบริโภคและกำลังการผลิตที่มีอยู่

ใช้กราฟ (รูปที่ 6. 10) กำหนดค่าสัมประสิทธิ์ k R และ k P ค่าสัมประสิทธิ์เหล่านี้แสดงว่าจำเป็นต้องเปลี่ยนรัศมีและแรงผลักดันโดยประมาณของใบพัดกี่ครั้ง ซึ่งเป็นค่าเริ่มต้นสำหรับขั้นตอนที่สองของการคำนวณ หลังจากนั้นจะทำซ้ำขั้นตอนที่สองของการคำนวณ

รูปที่ 6.10 การพึ่งพาปัจจัยการแก้ไขอัตราส่วนของปริมาณการใช้และกำลังการผลิตที่มีอยู่

ในตอนท้ายของขั้นตอนที่สองของการคำนวณ มิติทางเรขาคณิตของสกรูที่จำเป็นสำหรับการผลิต (R, r, b, c และ ) ในหน่วยที่สะดวกสำหรับการผลิตได้สรุปไว้ในตาราง

ขั้นตอนที่สามของการคำนวณใบพัด

จุดประสงค์ของขั้นตอนที่สามคือการทดสอบใบพัดเพื่อความแข็งแรง ขั้นตอนการคำนวณนี้ลดลงเพื่อกำหนดโหลดที่ทำในส่วนต่างๆ ของใบมีดและเปรียบเทียบกับส่วนที่อนุญาต โดยคำนึงถึงรูปทรงและวัสดุที่ใช้ทำใบมีด

ในการกำหนดน้ำหนัก ใบมีดจะถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบแยกกัน เช่นเดียวกับในขั้นตอนที่สองของการคำนวณ โดยเริ่มจากส่วน =0.3 โดยมีขั้นตอนที่ 0.1 ถึง =1

แต่ละองค์ประกอบที่เลือกของใบมีดที่มีมวล m ที่รัศมี r (รูปที่ 6. 11) อยู่ภายใต้แรงเฉื่อย

รูปที่ 6.11 ผลกระทบของแรงแอโรไดนามิกต่อชิ้นส่วนใบพัด

และแรงแอโรไดนามิกเบื้องต้น F. ภายใต้อิทธิพลของแรงเหล่านี้ ใบมีดจะยืดและโค้งงอจากส่วนพื้นฐานทั้งหมด เป็นผลให้เกิดความเค้นอัดแรงดึงในวัสดุของใบมีด โหลดมากที่สุด (รูปที่ 6. 12)

รูปที่ 6.12 การกระจายความเค้นในส่วนของใบพัด

เส้นใยด้านหลังของใบมีดปรากฏออกมา เนื่องจากความเค้นจากแรงเฉื่อยและโมเมนต์ดัดรวมกันในเส้นใยเหล่านี้ เพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงที่กำหนด ความเค้นจริงในพื้นที่เหล่านี้ซึ่งอยู่ห่างจากแกนของส่วนใบมีดมากที่สุดจะต้องน้อยกว่าที่อนุญาตสำหรับวัสดุที่เลือกไว้

ค่าของรัศมี r ที่จำเป็นสำหรับการคำนวณซึ่งส่วนของใบมีดที่อยู่ระหว่างการพิจารณา คอร์ด b ความหนาสัมพัทธ์และแรง F ถูกนำมาจากตารางของขั้นตอนที่สองของการคำนวณ จากนั้นสำหรับแต่ละส่วนจะถูกกำหนดตามลำดับ:

ปัจจัยการเติม k 3 ขึ้นอยู่กับโปรไฟล์ที่ใช้สำหรับสกรู สำหรับโปรไฟล์สกรูทั่วไป คือ: Clark-Y-k 3 =0.73; BC-2-k 3 =0.7 และ RAF-6-k 3 = 0.74

หลังจากคำนวณค่า P ในแต่ละส่วนแล้ว ค่าเหล่านี้จะถูกรวมจากปลายใบมีดที่ว่างไปยังส่วนที่พิจารณา โดยการแบ่งแรงทั้งหมดที่กระทำในแต่ละส่วนภายใต้การพิจารณาด้วยพื้นที่ของส่วนนี้ สามารถรับความเค้นดึงจากแรงเฉื่อยได้

ความเค้นดัดของใบมีดภายใต้อิทธิพลของแรงแอโรไดนามิก F ถูกกำหนดให้เป็นคานแบบคานยื่นที่มีการกระจายน้ำหนักไม่สม่ำเสมอ

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ความเค้นสูงสุดจะอยู่ที่เส้นใยด้านหลังของใบมีด และถูกกำหนดเป็นผลรวมของความเค้นจากแรงเฉื่อยและแอโรไดนามิก ขนาดของความเค้นเหล่านี้ไม่ควรเกิน 60 ... 70% ของความต้านทานแรงดึงของวัสดุใบมีด

หากมั่นใจในความแข็งแรงของใบมีด การคำนวณใบพัดก็ถือว่าสมบูรณ์

หากไม่มั่นใจในความแข็งแรงของใบมีด ก็จำเป็นต้องเลือกวัสดุอื่นที่มีความทนทานมากกว่า หรือโดยการเพิ่มความกว้างสัมพัทธ์ของใบมีด ให้ทำซ้ำทั้งสามขั้นตอนของการคำนวณ

หากความกว้างสัมพัทธ์ของใบมีดเกิน 0.075 สำหรับใบพัดที่ทำจากไม้เนื้อแข็งและ 0.09 สำหรับใบพัดที่ทำจากไม้เนื้ออ่อน ก็ไม่จำเป็นต้องทำการคำนวณในขั้นตอนที่สาม เนื่องจากจะต้องให้ความแข็งแรงที่จำเป็นอย่างแน่นอน

ขึ้นอยู่กับวัสดุ: P.I. Chumak, V.F Krivokrysenko "การคำนวณและการออกแบบ ALS"

บทนำ

การออกแบบเฮลิคอปเตอร์เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งพัฒนาขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป โดยแบ่งออกเป็นขั้นตอนและขั้นตอนการออกแบบที่เกี่ยวข้องกัน เครื่องบินที่สร้างขึ้นจะต้องตอบสนอง ความต้องการทางด้านเทคนิคและเป็นไปตามลักษณะทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่ระบุไว้ในข้อกำหนดอ้างอิงสำหรับการออกแบบ ข้อกำหนดในการอ้างอิงประกอบด้วยคำอธิบายเริ่มต้นของเฮลิคอปเตอร์และคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพโดยให้ค่าสูง ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจและความสามารถในการแข่งขันของเครื่องจักรที่ออกแบบ ได้แก่ ความสามารถในการบรรทุก ความเร็วในการบิน ระยะ เพดานสถิตและไดนามิก ทรัพยากร ความทนทาน และราคา

เงื่อนไขการอ้างอิงระบุไว้ในขั้นตอนของการวิจัยก่อนโครงการ ซึ่งในระหว่างนั้นจะมีการค้นหาสิทธิบัตร การวิเคราะห์โซลูชันทางเทคนิคที่มีอยู่ งานวิจัยและพัฒนา งานหลักของการวิจัยก่อนการออกแบบคือการค้นหาและการทดสอบยืนยันหลักการทำงานของวัตถุที่ออกแบบและองค์ประกอบของวัตถุใหม่

ในขั้นตอนของการออกแบบเบื้องต้นจะมีการเลือกรูปแบบแอโรไดนามิกลักษณะของเฮลิคอปเตอร์และการคำนวณพารามิเตอร์หลักจะดำเนินการเพื่อให้แน่ใจว่าบรรลุผลสำเร็จของประสิทธิภาพการบินที่ระบุ พารามิเตอร์เหล่านี้รวมถึง: มวลเฮลิคอปเตอร์ กำลัง ระบบขับเคลื่อน, ขนาดของใบพัดหลักและส่วนท้าย มวลเชื้อเพลิง มวลของเครื่องมือวัดและอุปกรณ์พิเศษ นำผลการคำนวณไปใช้ในการพัฒนา ไดอะแกรมเลย์เอาต์เฮลิคอปเตอร์และรวบรวมงบดุลเพื่อกำหนดตำแหน่งของจุดศูนย์กลางมวล

การออกแบบแต่ละหน่วยและส่วนประกอบของเฮลิคอปเตอร์โดยคำนึงถึงโซลูชันทางเทคนิคที่เลือกนั้นดำเนินการในขั้นตอนของการพัฒนาโครงการด้านเทคนิค ในขณะเดียวกัน พารามิเตอร์ของหน่วยที่ออกแบบจะต้องเป็นไปตามค่าที่สอดคล้องกับการออกแบบร่าง พารามิเตอร์บางตัวสามารถปรับแต่งได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ ในระหว่างการออกแบบทางเทคนิค จะทำการคำนวณความแข็งแรงตามหลักอากาศพลศาสตร์และจลนศาสตร์ของหน่วย รวมถึงการเลือกใช้วัสดุโครงสร้างและโครงร่างโครงสร้าง

ในขั้นตอนของการออกแบบโดยละเอียด การดำเนินการตามแบบการทำงานและการประกอบของเฮลิคอปเตอร์ ข้อมูลจำเพาะ รายการหยิบ และอื่นๆ เอกสารทางเทคนิคตามมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับ

เอกสารนี้นำเสนอวิธีการคำนวณพารามิเตอร์ของเฮลิคอปเตอร์ในขั้นตอนของการออกแบบเบื้องต้น ซึ่งใช้ในการทำโครงงานหลักสูตรในสาขาวิชา "การออกแบบเฮลิคอปเตอร์" ให้เสร็จสมบูรณ์

การคำนวณน้ำหนักบินขึ้นของเฮลิคอปเตอร์ของการประมาณครั้งแรก

น้ำหนักบรรทุกอยู่ที่ไหน kg;

น้ำหนักลูกเรือกก.

ช่วงของเที่ยวบิน

การคำนวณพารามิเตอร์ของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์

2.1 Radius R, m, ของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์แบบโรเตอร์เดี่ยวคำนวณโดยสูตร:

น้ำหนักขึ้นของเฮลิคอปเตอร์อยู่ที่ไหนกก;

g - ความเร่งการตกอย่างอิสระเท่ากับ 9.81 m/s2;

p - โหลดเฉพาะในพื้นที่ที่โรเตอร์หลักกวาด

ค่าของโหลดเฉพาะ p บนพื้นที่กวาดโดยใบพัดจะถูกเลือกตามคำแนะนำที่แสดงในงาน /1/: โดยที่ p=280

เราใช้รัศมีโรเตอร์เท่ากับ R=7.9

ความเร็วเชิงมุม s-1 ของการหมุนของโรเตอร์หลักถูกจำกัดโดยความเร็วรอบวง R ของปลายใบพัด ซึ่งขึ้นอยู่กับมวลการบินขึ้นของเฮลิคอปเตอร์และมีค่าเท่ากับ R=232 m/s

2.2 ความหนาแน่นของอากาศสัมพัทธ์บนเพดานสถิตและไดนามิก

2.3 การคำนวณความเร็วทางเศรษฐกิจใกล้พื้นดินและบนเพดานแบบไดนามิก

กำหนดพื้นที่สัมพัทธ์ของเพลตอันตรายที่เทียบเท่ากัน:

โดยที่ Se=2.5

คำนวณมูลค่าของความเร็วทางเศรษฐกิจใกล้พื้นดิน Vz, km/h:

มูลค่าของความเร็วทางเศรษฐกิจบนเพดานไดนามิก Vdyn, กม. / ชม. คำนวณ:

โดยที่ I \u003d 1.09 ... 1.10 คือสัมประสิทธิ์การเหนี่ยวนำ

2.4 คำนวณค่าสัมพัทธ์ของความเร็วสูงสุดและประหยัดของเที่ยวบินแนวนอนบนเพดานแบบไดนามิก:

โดยที่ Vmax=250 km/h และ Vdyn=182.298 km/h - ความเร็วในการบิน;

R=232 m/s - ความเร็วรอบนอกของใบมีด

เฮลิคอปเตอร์เป็นเครื่องจักรที่ใช้ปีกหมุนซึ่งใบพัดจะสร้างแรงยกและแรงขับ โรเตอร์หลักใช้ในการรักษาและเคลื่อนย้ายเฮลิคอปเตอร์ในอากาศ เมื่อหมุนในระนาบแนวนอน โรเตอร์หลักจะสร้างแรงขับ (T) พุ่งขึ้นไปข้างบน ทำหน้าที่เป็นแรงยก (Y) เมื่อแรงขับของโรเตอร์หลักมากกว่าน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์ (G) เฮลิคอปเตอร์จะยกขึ้นจากพื้นโดยไม่ต้องวิ่งขึ้นและเริ่มไต่ขึ้นในแนวดิ่ง หากน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์และแรงขับของใบพัดหลักเท่ากัน เฮลิคอปเตอร์ก็จะลอยนิ่งอยู่ในอากาศ สำหรับการโค่นลงในแนวตั้งก็เพียงพอที่จะทำให้แรงขับของโรเตอร์หลักน้อยกว่าน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์เล็กน้อย การเคลื่อนที่เชิงแปลของเฮลิคอปเตอร์ (P) เกิดจากการเอียงระนาบการหมุนของโรเตอร์หลักโดยใช้ระบบควบคุมโรเตอร์ ความเอียงของระนาบการหมุนของใบพัดทำให้เกิดความเอียงที่สอดคล้องกันของแรงแอโรไดนามิกทั้งหมด ในขณะที่องค์ประกอบแนวตั้งจะทำให้เฮลิคอปเตอร์อยู่ในอากาศ และองค์ประกอบแนวนอนจะทำให้เฮลิคอปเตอร์แปลไปในทิศทางที่สอดคล้องกัน

มะเดื่อ 1. แบบแผนการกระจายกำลัง

การออกแบบเฮลิคอปเตอร์

ลำตัวเครื่องบินเป็นส่วนหลักของโครงสร้างเฮลิคอปเตอร์ ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อทุกส่วนเข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียว เช่นเดียวกับเพื่อรองรับลูกเรือ ผู้โดยสาร สินค้า และอุปกรณ์ มีบูมส่วนท้ายและปลายเพื่อรองรับโรเตอร์ส่วนท้ายที่อยู่นอกโซนการหมุน โรเตอร์และปีก (ในเฮลิคอปเตอร์บางรุ่นมีการติดตั้งปีกเพื่อเพิ่มความเร็วในการบินสูงสุดเนื่องจากการขนถ่ายบางส่วนของโรเตอร์หลัก (MI-24)) โรงไฟฟ้า (เครื่องยนต์)เป็นแหล่งพลังงานกลสำหรับขับเคลื่อนใบพัดหลักและส่วนท้ายให้หมุน รวมถึงเครื่องยนต์และระบบที่รับรองการทำงาน (เชื้อเพลิง น้ำมัน ระบบระบายความร้อน ระบบสตาร์ทเครื่องยนต์ ฯลฯ) โรเตอร์หลัก (HB) ใช้สำหรับบำรุงรักษาและเคลื่อนย้ายเฮลิคอปเตอร์ไปในอากาศ โดยประกอบด้วยใบมีดและฮับโรเตอร์หลัก ใบพัดหางทำหน้าที่ปรับสมดุลของโมเมนต์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างการหมุนของโรเตอร์หลัก และสำหรับการควบคุมทิศทางของเฮลิคอปเตอร์ แรงขับของใบพัดหางจะสร้างโมเมนต์ที่สัมพันธ์กับจุดศูนย์ถ่วงของเฮลิคอปเตอร์ ทำให้โมเมนต์ปฏิกิริยาของโรเตอร์หลักสมดุล ในการหมุนเฮลิคอปเตอร์ก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนค่าแรงขับของใบพัดหาง ใบพัดหางยังประกอบด้วยใบมีดและบุชชิ่ง โรเตอร์หลักถูกควบคุมโดยอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่าสวอชเพลท ใบพัดหางถูกควบคุมโดยคันเหยียบ อุปกรณ์นำขึ้นและลงจอดทำหน้าที่เป็นตัวรองรับเฮลิคอปเตอร์เมื่อจอด และรับรองการเคลื่อนไหวของเฮลิคอปเตอร์บนพื้นดิน การขึ้นและลงจอด เพื่อลดแรงกระแทกและแรงกระแทก มีการติดตั้งโช้คอัพ อุปกรณ์ขึ้นและลงสามารถทำได้ในรูปของล้อ, ลอยและสกี

รูปที่ 2 ส่วนหลักของเฮลิคอปเตอร์:

1 - ลำตัว; 2 - เครื่องยนต์อากาศยาน; 3 — โรเตอร์ (ระบบขนส่ง); 4 - การส่ง; 5 — โรเตอร์หาง; 6 - ลำแสงสุดท้าย; 7 - โคลง; 8 — บูมหาง; 9 - แชสซี

หลักการสร้างแรงยกโดยใบพัดและระบบควบคุมใบพัด

ในการบินแนวตั้งแรงแอโรไดนามิกโดยรวมของโรเตอร์หลักแสดงเป็นผลคูณของมวลอากาศที่ไหลผ่านพื้นผิวที่โรเตอร์หลักกวาดออกไปในหนึ่งวินาทีและความเร็วของไอพ่นขาออก:

ที่ไหน พายดี2/4 - พื้นที่ผิวกวาดโดยโรเตอร์หลักวี—ความเร็วในการบินใน นางสาว; ρ — ความหนาแน่นของอากาศยู-ความเร็วเจ็ทขาออก เมตร/วินาที

ในความเป็นจริง แรงผลักของสกรูเท่ากับแรงปฏิกิริยาเมื่อเร่งการไหลของอากาศ

เพื่อให้เฮลิคอปเตอร์เคลื่อนที่ไปข้างหน้า จำเป็นต้องมีการเอียงของระนาบการหมุนของโรเตอร์ และการเปลี่ยนแปลงในระนาบการหมุนไม่ได้เกิดขึ้นจากการเอียงศูนย์กลางของโรเตอร์หลัก (แม้ว่าเอฟเฟกต์ภาพจะเป็นได้แค่นั้น) แต่โดยการเปลี่ยนตำแหน่งของใบมีดในส่วนต่าง ๆ ของจตุภาคของวงกลมที่ล้อมรอบ

ใบพัดของโรเตอร์หลักซึ่งอธิบายวงกลมเต็มรอบแกนระหว่างการหมุน จะถูกไหลเวียนไปรอบๆ โดยการไหลของอากาศที่กำลังจะมาถึงในรูปแบบต่างๆ วงกลมเต็มคือ360º จากนั้นเราใช้ตำแหน่งด้านหลังของใบมีดเป็น0º จากนั้นทุก ๆ รอบ 90º ดังนั้นใบมีดที่อยู่ในช่วง 0º ถึง 180º จึงเป็นใบมีดที่ขยับได้ และจาก 180º ถึง 360º จะเป็นใบมีดแบบถอย ฉันคิดว่าหลักการของชื่อนั้นชัดเจน ใบพัดที่เคลื่อนไปข้างหน้าจะเคลื่อนเข้าหากระแสลมที่เข้ามา และความเร็วรวมของการเคลื่อนที่ของมันสัมพันธ์กับกระแสนี้เพิ่มขึ้นเพราะในทางกลับกัน กระแสจะเคลื่อนเข้าหาตัวมันเอง ท้ายที่สุดเฮลิคอปเตอร์ก็บินไปข้างหน้า ดังนั้นแรงยกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

รูปที่ 3 การเปลี่ยนแปลงความเร็วของสตรีมอิสระระหว่างการหมุนของใบพัดสำหรับเฮลิคอปเตอร์ MI-1 (ความเร็วในการบินโดยเฉลี่ย)

ใบมีดถอยกลับมีภาพตรงกันข้าม ความเร็วที่ใบมีดนี้ "วิ่งหนี" จากมันจะถูกลบออกจากความเร็วของการไหลที่กำลังจะมาถึง ส่งผลให้เรามีแรงยกน้อยลง ปรากฎว่าแรงที่แตกต่างกันอย่างมากทางด้านขวาและด้านซ้ายของสกรู และด้วยเหตุนี้จึงชัดเจน พลิกคว่ำ. ในสถานการณ์เช่นนี้ เมื่อพยายามจะเคลื่อนไปข้างหน้า เฮลิคอปเตอร์จะพลิกคว่ำ สิ่งเหล่านี้เกิดขึ้นในช่วงประสบการณ์ครั้งแรกของการสร้างโรเตอร์คราฟต์

เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น นักออกแบบจึงใช้กลอุบายอย่างหนึ่ง ความจริงก็คือใบมีดโรเตอร์หลักยึดติดกับปลอกหุ้ม (นี่คือชุดประกอบขนาดใหญ่ที่ติดตั้งบนเพลาขาออก) แต่ไม่แน่นหนา พวกเขาเชื่อมต่อกับบานพับพิเศษ (หรืออุปกรณ์ที่คล้ายกัน) บานพับมีสามประเภท: แนวนอน แนวตั้ง และแนวแกน

ตอนนี้เรามาดูกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับใบมีดซึ่งถูกบานพับเข้ากับแกนหมุน ดังนั้นใบมีดของเราจึงหมุนด้วย ความเร็วคงที่โดยไม่มีการควบคุมจากภายนอก.

ข้าว. 4 แรงที่กระทำต่อใบมีดที่ห้อยลงมาจากศูนย์กลางใบพัดแบบบานพับ

จาก จาก 0º ถึง 90º ความเร็วของการไหลรอบใบมีดจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าแรงยกก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน แต่! ตอนนี้ใบมีดถูกแขวนไว้ที่บานพับแนวนอน เนื่องจากการยกที่มากเกินไปทำให้บานพับในแนวนอนเริ่มสูงขึ้น (ผู้เชี่ยวชาญพูดว่า " สร้างคลื่น") ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากการลากที่เพิ่มขึ้น (หลังจากทั้งหมด ความเร็วในการไหลเพิ่มขึ้น) ใบมีดจึงเบี่ยงไปข้างหลัง ซึ่งล้าหลังการหมุนของแกนใบพัด สำหรับสิ่งนี้ ball-nir แนวตั้งก็ทำหน้าที่เช่นกัน

อย่างไรก็ตาม เมื่อแกว่ง ปรากฎว่าอากาศที่สัมพันธ์กับใบมีดก็มีการเคลื่อนไหวลดลงด้วย ดังนั้นมุมของการโจมตีที่สัมพันธ์กับกระแสน้ำที่ไหลเข้ามาจะลดลง นั่นคือการเติบโตของลิฟท์ส่วนเกินช้าลง การชะลอตัวนี้ได้รับผลกระทบเพิ่มเติมจากการไม่มีการดำเนินการควบคุม ซึ่งหมายความว่าลิงก์สวอชเพลทที่ติดอยู่กับเบลดจะคงตำแหน่งไว้ไม่เปลี่ยนแปลง และใบมีดที่แกว่งไปมานั้นถูกบังคับให้หมุนในบานพับตามแนวแกนซึ่งยึดไว้โดยตัวเชื่อม และด้วยเหตุนี้จึงลดมุมการติดตั้งหรือมุมของการโจมตีในส่วนที่เกี่ยวกับที่กำลังจะมาถึง ไหล. (รูปภาพของสิ่งที่เกิดขึ้นในภาพ นี่คือ Y คือแรงยก X คือแรงลาก Vy คือการเคลื่อนที่ในแนวตั้งของอากาศ α คือมุมของการโจมตี)

รูปที่ 5 ภาพการเปลี่ยนแปลงความเร็วและมุมการโจมตีของกระแสน้ำที่ไหลเข้ามาระหว่างการหมุนของใบพัดหลัก

ถึงที่หมาย การยกที่เกิน 90º จะเพิ่มขึ้นต่อไป แต่ด้วยการชะลอตัวที่เพิ่มขึ้นเนื่องจากสาเหตุข้างต้น หลังจาก90º แรงนี้จะลดลง แต่เนื่องจากการมีอยู่ของมัน ใบมีดจะเคลื่อนขึ้นต่อไป แม้จะช้ากว่าก็ตาม มันจะถึงความสูงของวงสวิงสูงสุดแล้วหลายครั้งที่จุด180º เนื่องจากใบมีดมีน้ำหนักที่แน่นอน และแรงเฉื่อยก็กระทำกับใบมีดด้วย

เมื่อหมุนต่อไปใบมีดจะถอยกลับและกระบวนการเดียวกันทั้งหมดก็ทำหน้าที่นั้น แต่ไปในทิศทางตรงกันข้าม ขนาดของแรงยกตกลงมาและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางพร้อมกับแรงของน้ำหนักเริ่มลดระดับลง อย่างไรก็ตาม ในเวลาเดียวกัน มุมของการโจมตีสำหรับกระแสน้ำที่ไหลเข้ามาเพิ่มขึ้น (ขณะนี้อากาศเคลื่อนตัวสูงขึ้นเมื่อเทียบกับใบมีด) และมุมการติดตั้งของใบมีดเพิ่มขึ้นเนื่องจากความไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ของแท่งเหล็ก สวอชเพลทเฮลิคอปเตอร์ . ทุกสิ่งที่เกิดขึ้นจะรักษาการยกของใบมีดถอยที่ระดับที่ต้องการ ใบมีดยังคงเคลื่อนลงมาและไปถึงความสูงของระยะชักขั้นต่ำที่ใดที่หนึ่งหลังจากจุด0º อีกครั้งเนื่องจากแรงเฉื่อย

ดังนั้นใบมีดของเฮลิคอปเตอร์เมื่อโรเตอร์หลักหมุนดูเหมือนจะ "โบก" หรือแม้แต่พูดว่า "กระพือปีก" อย่างไรก็ตาม คุณไม่น่าจะสังเกตเห็นการกระพือปีกนี้ ดังนั้นหากจะพูดด้วยตาเปล่า การยกใบมีดขึ้น (รวมถึงการโก่งตัวกลับในบานพับแนวตั้ง) นั้นน้อยมาก ความจริงก็คือแรงเหวี่ยงมีผลทำให้ใบมีดมีเสถียรภาพมาก แรงยก เช่น มากกว่าน้ำหนักใบมีด 10 เท่า และแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ 100 เท่า เป็นแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เปลี่ยนใบมีด "อ่อน" ที่โค้งงอในตำแหน่งหยุดนิ่งในแวบแรกให้เป็นชิ้นส่วนที่แข็งแรง ทนทาน และทำงานได้อย่างสมบูรณ์ของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์เฮลิคอปเตอร์

อย่างไรก็ตาม แม้จะไม่มีนัยสำคัญ แต่ก็มีส่วนเบี่ยงเบนแนวตั้งของใบมีด และโรเตอร์หลักอธิบายรูปกรวยระหว่างการหมุน แม้ว่ามันจะอ่อนโยนมากก็ตาม ฐานของกรวยนี้คือ ระนาบการหมุนของสกรู(ดูรูปที่ 1)

เพื่อให้การเคลื่อนที่ของเฮลิคอปเตอร์คุณต้องเอียงระนาบนี้เพื่อให้องค์ประกอบแนวนอนของแรงแอโรไดนามิกทั้งหมดปรากฏขึ้นนั่นคือแรงผลักดันในแนวนอนของใบพัด พูดอีกอย่างก็คือ คุณต้องเอียงกรวยในจินตนาการทั้งหมดของการหมุนสกรู หากเฮลิคอปเตอร์จำเป็นต้องเคลื่อนที่ไปข้างหน้า กรวยจะต้องเอียงไปข้างหน้า

ตามคำอธิบายของการเคลื่อนที่ของใบมีดในระหว่างการหมุนของใบพัด ซึ่งหมายความว่าใบมีดในตำแหน่ง 180º ควรเคลื่อนลงมา และในตำแหน่ง0º (360º) ใบพัดควรสูงขึ้น นั่นคือที่จุด180º แรงยกควรลดลง และที่จุด0º (360º) ควรเพิ่มขึ้น และในทางกลับกัน สามารถทำได้โดยการลดมุมการติดตั้งของใบมีดที่จุด 180º และเพิ่มที่จุด0º (360º) สิ่งที่คล้ายกันควรเกิดขึ้นเมื่อเฮลิคอปเตอร์เคลื่อนที่ไปในทิศทางอื่น เฉพาะในกรณีนี้ การเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของใบมีดที่คล้ายคลึงกันจะเกิดขึ้นที่จุดมุมอื่นๆ

เป็นที่ชัดเจนว่าที่มุมกลางของการหมุนใบพัดระหว่างจุดที่ระบุมุมการติดตั้งของใบมีดควรอยู่ในตำแหน่งกลางนั่นคือมุมการติดตั้งของใบมีดจะเปลี่ยนไปเมื่อเคลื่อนที่เป็นวงกลมทีละน้อยเป็นวงกลม มันคือ เรียกว่ามุมการติดตั้งแบบวนรอบของใบมีด ( วงจรสนาม). ฉันเน้นชื่อนี้เพราะมีระยะพิทช์ทั่วไปด้วย (มุมพิทช์รวม) มันเปลี่ยนพร้อมกันบนใบมีดทั้งหมดในปริมาณเท่ากัน โดยปกติจะทำเพื่อเพิ่มการยกโดยรวมของโรเตอร์หลัก

การดำเนินการดังกล่าวจะดำเนินการ สวอชเพลทเฮลิคอปเตอร์ . มันเปลี่ยนมุมของการติดตั้งใบพัดหลัก (ระยะพิทช์ของใบพัด) หมุนในบานพับตามแนวแกนโดยใช้แท่งที่ติดอยู่กับตัว โดยปกติแล้วจะมีช่องควบคุมสองช่องเสมอ: ระยะพิทช์และการหมุน เช่นเดียวกับช่องสำหรับเปลี่ยนระยะพิทช์รวมของโรเตอร์หลัก

ขว้าง หมายถึงตำแหน่งเชิงมุมของเครื่องบินที่สัมพันธ์กับแกนตามขวาง (จมูกขึ้นและลง), akren ตามลำดับซึ่งสัมพันธ์กับแกนตามยาว (เอียงซ้าย-ขวา)

โครงสร้าง สวอชเพลทเฮลิคอปเตอร์ ทำให้ค่อนข้างยาก แต่ก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะอธิบายโครงสร้างโดยใช้ตัวอย่างหน่วยที่คล้ายกันของแบบจำลองเฮลิคอปเตอร์ แน่นอนว่าเครื่องรุ่นนั้นง่ายกว่ารุ่นพี่ แต่หลักการก็เหมือนกันทุกประการ

ข้าว. 6 รุ่น swashplate เฮลิคอปเตอร์

นี่คือเฮลิคอปเตอร์สองใบพัด ตำแหน่งเชิงมุมของใบมีดแต่ละใบถูกควบคุมผ่านแท่ง6 แท่งเหล่านี้เชื่อมต่อกับแผ่นด้านในที่เรียกว่า 2 (ทำจากโลหะสีขาว) มันหมุนพร้อมกับสกรูและในสถานะคงตัวจะขนานกับระนาบการหมุนของสกรู แต่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งเชิงมุมได้ (ความเอียง) เนื่องจากยึดกับแกนสกรูผ่านตลับลูกปืน3 เมื่อเปลี่ยนความเอียง (ตำแหน่งเชิงมุม) จะทำหน้าที่บนแท่งไม้6 ซึ่งในทางกลับกัน จะกระทำกับใบมีด หมุนบานพับตามแนวแกน และด้วยเหตุนี้จึงเปลี่ยนระยะพิทช์ของใบพัด

แผ่นด้านใน ในขณะเดียวกัน มันคือการแข่งขันภายในของตลับลูกปืน การแข่งขันด้านนอกซึ่งเป็นแผ่นนอกของสกรู1 มันไม่หมุน แต่สามารถเปลี่ยนความเอียงได้ (ตำแหน่งเชิงมุม) ภายใต้อิทธิพลของการควบคุมผ่านช่องพิทช์4 และผ่านช่องหมุน5 การเปลี่ยนความเอียงภายใต้อิทธิพลของการควบคุม จานด้านนอกจะเปลี่ยนความเอียงของจานด้านในและด้วยเหตุนี้ ความเอียงของระนาบการหมุนของโรเตอร์หลัก ส่งผลให้เฮลิคอปเตอร์บินไปในทิศทางที่ถูกต้อง

ระยะพิทช์โดยรวมของสกรูเปลี่ยนโดยการเคลื่อนเพลทด้านใน2 ไปตามแกนของสกรูโดยใช้กลไก7 ในกรณีนี้ มุมการติดตั้งจะเปลี่ยนทันทีบนใบมีดทั้งสอง

เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้น ฉันได้ใส่ภาพประกอบเพิ่มเติมของดุมสกรูพร้อมแถบสวอชเพลต

ข้าว. 7 ดุมสกรูพร้อมแผ่นสวอชเพลท (แผนภาพ)

ข้าว. 8 การหมุนใบมีดในบานพับแนวตั้งของดุมโรเตอร์หลัก

ข้าว. 9 ศูนย์กลางโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์ MI-8

ฟิสิกส์ของโรเตอร์

สุดยอดรถ - เฮลิคอปเตอร์! คุณสมบัติที่โดดเด่นทำให้ขาดไม่ได้ในหลายพันกรณี มีเพียงเฮลิคอปเตอร์เท่านั้นที่สามารถบินขึ้นและลงจอดในแนวตั้ง โดยลอยอยู่ในอากาศโดยไม่เคลื่อนไหว เคลื่อนที่ไปด้านข้างและแม้แต่หางก่อน

ทำไมโอกาสที่ยอดเยี่ยมเช่นนี้? ฟิสิกส์ของการบินคืออะไร ลองตอบคำถามเหล่านี้สั้น ๆ

ใบพัดของเฮลิคอปเตอร์สร้างแรงยก ใบพัดเป็นจมูกเดียวกัน ติดตั้งในมุมหนึ่งถึงขอบฟ้าพวกมันทำตัวเหมือนปีกในการไหลของอากาศที่เข้ามา: แรงดันเกิดขึ้นภายใต้ระนาบล่างของใบมีดและการเกิดแรเงาเกิดขึ้นเหนือมัน ยิ่งความแตกต่างนี้มากเท่าใด แรงยกก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อแรงยกเกินน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์ เฮลิคอปเตอร์จะบินออก หากเกิดตรงกันข้าม เฮลิคอปเตอร์ก็จะตกลงมา

หากการยกปีกของเครื่องบินเกิดขึ้นเฉพาะเมื่อเครื่องบินกำลังเคลื่อนที่ ดังนั้น "ปีก" ของเฮลิคอปเตอร์จะปรากฏขึ้นแม้ว่าเฮลิคอปเตอร์จะหยุดนิ่ง: "ปีก" กำลังเคลื่อนที่ นี่คือสิ่งสำคัญ

แต่แล้วเฮลิคอปเตอร์ก็ขึ้นสูง ตอนนี้เขาต้องบินไปข้างหน้า ทำอย่างไร? สกรูสร้างแรงขับขึ้นเท่านั้น! มาดูช่วงเวลานี้ในห้องนักบินกัน เขาผลักก้านควบคุมออกจากตัวเขา เฮลิคอปเตอร์เอียงจมูกเล็กน้อยแล้วบินไปข้างหน้า ทำไม?

แท่งควบคุมเชื่อมต่อกับอุปกรณ์อันชาญฉลาด - การถ่ายโอนอัตโนมัติ กลไกนี้สะดวกมากสำหรับการควบคุมเฮลิคอปเตอร์ ถูกคิดค้นโดยนักวิชาการ B.N. Yuryev ในช่วงปีการศึกษาของเขา อุปกรณ์ค่อนข้างซับซ้อนและมีจุดประสงค์ดังนี้: เพื่อให้นักบินสามารถเปลี่ยนมุมเอียงของใบมีดไปยังขอบฟ้าได้ตามต้องการ

เข้าใจได้ง่ายว่าในระหว่างการบินในแนวนอนของเฮลิคอปเตอร์ การผลักจากใบพัดจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับอากาศโดยรอบด้วย ความเร็วต่างกัน. ใบมีดนั้นซึ่งไปข้างหน้าเคลื่อนเข้าหากระแสอากาศแล้วหันหลังกลับตามกระแส ดังนั้นความเร็วของใบมีดและแรงยกจะสูงขึ้นเมื่อใบมีดเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ใบพัดจะหันเฮลิคอปเตอร์ไปด้านข้าง

เพื่อป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น ผู้ไม่เดินสายได้เชื่อมต่อใบมีดกับแกนอย่างเคลื่อนที่บนบานพับ จากนั้นใบมีดไปข้างหน้าด้วยขนาดใหญ่ขึ้น แรงยกเริ่มที่จะทะยานโบกมือ แต่การเคลื่อนไหวนี้ไม่ได้ถูกส่งไปยังเฮลิคอปเตอร์อีกต่อไป มันบินอย่างสงบ ด้วยการเคลื่อนไหวกระพือของใบมีด แรงยกของมันจึงคงที่ตลอดการปฏิวัติ

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้แก้ปัญหาการก้าวไปข้างหน้า ท้ายที่สุด คุณต้องเปลี่ยนทิศทางของแรงผลักของใบพัด ทำให้เฮลิคอปเตอร์เคลื่อนที่ในแนวนอน สิ่งนี้ทำให้สามารถสร้าง swashplate โดยจะเปลี่ยนมุมของใบพัดแต่ละใบอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้การยกสูงสุดเกิดขึ้นที่ส่วนหลังของการหมุนโดยประมาณ แรงผลักที่เป็นผลลัพธ์ของการเอียงของโรเตอร์หลัก และเฮลิคอปเตอร์ก็เริ่มเคลื่อนไปข้างหน้าเช่นกัน

อุปกรณ์ควบคุมเฮลิคอปเตอร์ที่เชื่อถือได้และสะดวกดังกล่าวไม่ได้ถูกสร้างขึ้นในทันที อุปกรณ์สำหรับควบคุมทิศทางการบินไม่ปรากฏขึ้นทันที

แน่นอน คุณรู้ว่าเฮลิคอปเตอร์ไม่มีหางเสือ ใช่ เขาไม่ต้องการโรเตอร์คราฟท์ มันถูกแทนที่ด้วยใบพัดขนาดเล็กที่ติดตั้งที่หาง นักบินจะพยายามปิดเครื่อง - เฮลิคอปเตอร์คงจะพลิกตัวเอง ใช่ เขาหมุนเพื่อให้เขาเริ่มหมุนเร็วขึ้นและเร็วขึ้นในทิศทางตรงกันข้ามกับการหมุนของโรเตอร์หลัก นี่เป็นผลมาจากโมเมนต์ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อโรเตอร์หมุน ใบพัดหางไม่อนุญาตให้หางของเฮลิคอปเตอร์หมุนไปรอบๆ ภายใต้อิทธิพลของโมเมนต์ปฏิกิริยา มันทำให้สมดุลย์ และหากจำเป็น นักบินจะเพิ่มหรือลดแรงขับของใบพัดหาง จากนั้นเฮลิคอปเตอร์จะเลี้ยวไปในทิศทางที่ถูกต้อง

บางครั้งพวกเขาทำโดยไม่มีโรเตอร์หางโดยสมบูรณ์ โดยติดตั้งโรเตอร์สองตัวบนเฮลิคอปเตอร์ที่หมุนเข้าหากัน แน่นอนว่าช่วงเวลาตอบสนองในกรณีนี้จะถูกทำลาย

นี่คือลักษณะ "ยานพาหนะทางอากาศ" และพนักงานที่ไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย - เฮลิคอปเตอร์บินได้

ผม

แรงยกและแรงขับสำหรับการเคลื่อนที่เชิงแปลของเฮลิคอปเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยโรเตอร์หลัก สิ่งนี้แตกต่างจากเครื่องบินและเครื่องร่อนซึ่งแรงยกเมื่อเคลื่อนที่ในอากาศถูกสร้างขึ้นโดยพื้นผิวแบริ่ง - ปีกซึ่งเชื่อมต่อกับลำตัวอย่างแน่นหนาและแรงขับ - โดยใบพัดหรือ เครื่องยนต์ไอพ่น(รูปที่ 6)

โดยหลักการแล้วสามารถเปรียบเทียบเที่ยวบินของเครื่องบินกับเฮลิคอปเตอร์ได้ ในทั้งสองกรณี แรงยกถูกสร้างขึ้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของวัตถุสองชิ้น: อากาศและเครื่องบิน (เครื่องบินหรือเฮลิคอปเตอร์)

ตามกฎความเท่าเทียมกันของการกระทำและปฏิกิริยา เป็นไปตามแรงที่เครื่องบินกระทำต่ออากาศ (น้ำหนักหรือแรงโน้มถ่วง) ด้วยแรงที่อากาศกระทำต่อเครื่องบิน (แรงยก) เช่นเดียวกัน

ในระหว่างการบินของเครื่องบิน ปรากฏการณ์ต่อไปนี้จะเกิดขึ้น: กระแสลมที่จะมาถึงจะไหลไปรอบๆ ปีกและเอียงลงมาด้านหลังปีก แต่อากาศเป็นตัวกลางที่แยกออกไม่ได้และมีความหนืดค่อนข้างมาก และไม่เพียงแต่ชั้นอากาศที่อยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับพื้นผิวปีกเท่านั้น แต่ยังมีชั้นที่อยู่ใกล้เคียงมีส่วนร่วมในการตัดหญ้านี้ด้วย ดังนั้น เมื่อไหลไปรอบๆ ปีก ปริมาตรอากาศที่ค่อนข้างสำคัญจะถูกเอียงไปข้างหลังทุกๆ วินาที โดยประมาณเท่ากับปริมาตรของทรงกระบอก โดยที่หน้าตัดเป็นวงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับปีกนก และความยาวเท่ากับ ความเร็วในการบินต่อวินาที นี่เป็นเพียงการไหลของอากาศครั้งที่สองที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแรงยกของปีก (รูปที่ 7)

ข้าว. 7. ปริมาณอากาศที่เกี่ยวข้องในการสร้างแรงยกของเครื่องบิน

เป็นที่ทราบกันดีจากกลศาสตร์เชิงทฤษฎีว่าการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัมต่อหน่วยเวลาเท่ากับแรงกระทำ:

ที่ไหน อาร์ -แรงกระทำ;

อันเป็นผลมาจากการมีปฏิสัมพันธ์กับปีกของเครื่องบิน ดังนั้นแรงยกของปีกจะเท่ากับการเพิ่มขึ้นครั้งที่สองของโมเมนตัมตามแนวดิ่งในไอพ่นขาออก

และ -ความเร็วเอียงแนวตั้งด้านหลังปีกใน เมตร/วินาทีในทำนองเดียวกัน แรงแอโรไดนามิกทั้งหมดของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์สามารถแสดงได้ในแง่ของการไหลของอากาศต่อวินาทีและความเร็วลาดเอียง (ความเร็วเหนี่ยวนำของกระแสอากาศขาออก)

โรเตอร์หลักที่หมุนได้จะกวาดพื้นผิวออกไป ซึ่งสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นพาหะ คล้ายกับปีกของเครื่องบิน (รูปที่ 8) อากาศที่ไหลผ่านพื้นผิวถูกกวาดโดยโรเตอร์หลักอันเป็นผลมาจากปฏิสัมพันธ์กับใบพัดที่หมุนอยู่ ถูกโยนลงมาด้วยความเร็วอุปนัย และ.ในกรณีของการบินในแนวนอนหรือลาดเอียง อากาศจะไหลไปยังพื้นผิวที่โรเตอร์หลักกวาดไปในมุมหนึ่ง (การพัดเฉียง) เช่นเดียวกับเครื่องบิน ปริมาตรของอากาศที่เกี่ยวข้องกับการสร้างแรงแอโรไดนามิกรวมของโรเตอร์หลักสามารถแสดงเป็นทรงกระบอก ซึ่งพื้นที่ฐานเท่ากับพื้นที่ผิวที่โรเตอร์หลักกวาดออกไป และความยาวเท่ากับ เท่ากับความเร็วในการบิน แสดงเป็น เมตร/วินาที

เมื่อโรเตอร์หลักอยู่ในตำแหน่งหรือในแนวตั้ง (เป่าตรง) ทิศทางของการไหลของอากาศจะตรงกับแกนของโรเตอร์หลัก ในกรณีนี้ ถังอากาศจะอยู่ในแนวตั้ง (รูปที่ 8, b) แรงแอโรไดนามิกโดยรวมของโรเตอร์หลักแสดงเป็นผลคูณของมวลอากาศที่ไหลผ่านพื้นผิวที่โรเตอร์หลักกวาดออกไปในหนึ่งวินาทีด้วยความเร็วอุปนัยของไอพ่นขาออก:

ความเร็วอุปนัยของเจ็ตขาออกใน เมตร/วินาทีจำเป็นต้องจองว่าในกรณีที่พิจารณาทั้งปีกเครื่องบินและสำหรับโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์สำหรับความเร็วเหนี่ยวนำ และความเร็วอุปนัยของเจ็ทที่ส่งออกนั้นอยู่ห่างจากพื้นผิวของผู้ให้บริการ ความเร็วอุปนัยของไอพ่นที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวแบริ่งนั้นเล็กเป็นสองเท่า

การตีความที่มาของแรงยกของปีกหรือแรงแอโรไดนามิกโดยรวมของโรเตอร์หลักดังกล่าวไม่ถูกต้องสมบูรณ์และใช้ได้เฉพาะในกรณีในอุดมคติเท่านั้น โดยพื้นฐานแล้วจะอธิบายความหมายทางกายภาพของปรากฏการณ์ได้อย่างถูกต้องและชัดเจนเท่านั้น ในที่นี้ควรสังเกตสถานการณ์ที่สำคัญอย่างหนึ่งซึ่งตามมาจากตัวอย่างที่วิเคราะห์แล้ว

หากแรงแอโรไดนามิกรวมของโรเตอร์หลักแสดงเป็นผลคูณของมวลอากาศที่ไหลผ่านพื้นผิวที่โรเตอร์หลักกวาดและความเร็วอุปนัย และปริมาตรของมวลนี้เป็นทรงกระบอกที่มีฐานเป็นพื้นที่ผิวกวาด โรเตอร์หลักและความยาวคือความเร็วในการบิน ดังนั้นจึงเห็นได้ชัดว่าเพื่อสร้างแรงผลักดันให้มีค่าคงที่ (เช่น เท่ากับน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์) ที่ความเร็วการบินที่สูงขึ้นและด้วยเหตุนี้จึงมีขนาดใหญ่ขึ้น ปริมาตรของอากาศที่ปล่อยออกมา ความเร็วอุปนัยที่ต่ำลง และด้วยเหตุนี้จึงต้องการกำลังเครื่องยนต์ที่ต่ำลง

ในทางตรงกันข้าม เพื่อให้เฮลิคอปเตอร์อยู่ในอากาศในขณะที่ "โฉบ" อยู่กับที่ จำเป็นต้องใช้พลังงานมากกว่าในระหว่างการบินที่ความเร็วไปข้างหน้าที่แน่นอน ซึ่งจะมีกระแสลมไหลย้อนกลับเนื่องจากการเคลื่อนที่ของเฮลิคอปเตอร์

กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อใช้กำลังเท่ากัน (เช่น พิกัดกำลังของเครื่องยนต์) ในกรณีของการบินเอียงด้วยความเร็วสูงเพียงพอ เพดานจะสูงกว่าการปีนในแนวดิ่ง เมื่อ ความเร็วในการเคลื่อนที่ทั้งหมด

มีเฮลิคอปเตอร์น้อยกว่าในกรณีแรก ดังนั้นเฮลิคอปเตอร์จึงมีสองเพดาน: คงที่เมื่อปีนขึ้นไปในแนวตั้งและ พลวัตเมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้นในการเอียงและเพดานแบบไดนามิกจะสูงกว่าเพดานคงที่เสมอ.

มีความเหมือนกันมากระหว่างการทำงานของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์กับใบพัดของเครื่องบิน แต่ก็มีความแตกต่างพื้นฐานเช่นกัน ซึ่งจะกล่าวถึงในภายหลัง

เปรียบเทียบการทำงานจะเห็นได้ว่าแรงแอโรไดนามิกโดยรวมและด้วยเหตุนี้แรงผลักของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบของแรง

Rในทิศทางของแกนดุมล้อให้มากขึ้นเสมอ (5-8 เท่า) สำหรับกำลังเครื่องยนต์เท่าเดิมและน้ำหนักเท่าเดิม อากาศยานเนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดหลักของเฮลิคอปเตอร์นั้นใหญ่กว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดเครื่องบินหลายเท่า ในกรณีนี้ ความเร็วการดีดอากาศของโรเตอร์หลักจะน้อยกว่าความเร็วการดีดออกของใบพัด

ปริมาณแรงขับของโรเตอร์หลักขึ้นอยู่กับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่มาก

ดีและจำนวนรอบ หากเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงผลักดันจะเพิ่มขึ้นประมาณ 16 เท่า หากจำนวนรอบการหมุนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า แรงขับจะเพิ่มขึ้นประมาณ 4 เท่า นอกจากนี้ แรงขับของโรเตอร์หลักยังขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของอากาศ ρ มุมของใบมีด φ (ระยะพิทช์ของโรเตอร์หลัก)เรขาคณิตและ ลักษณะอากาศพลศาสตร์ของสกรูนี้เช่นเดียวกับในโหมดเครื่องบิน อิทธิพลของปัจจัยสี่ประการสุดท้ายมักจะแสดงในสูตรแรงขับของใบพัดผ่านสัมประสิทธิ์แรงขับ ที่ . .

ดังนั้นแรงขับของโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์จะเป็นสัดส่วนกับ:

- ค่าสัมประสิทธิ์แรงขับ............. r

ควรสังเกตว่าค่าแรงขับระหว่างเที่ยวบินใกล้พื้นดินได้รับอิทธิพลจากสิ่งที่เรียกว่า "เบาะอากาศ" เนื่องจากเฮลิคอปเตอร์สามารถขึ้นจากพื้นและสูงขึ้นหลายเมตรโดยใช้พลังงานน้อยกว่าที่จำเป็นสำหรับ "โฉบ" ” ที่ความสูง 10-15 เมตรมีจำหน่าย " เบาะลม” อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอากาศที่ใบพัดขว้างกระทบพื้นและถูกบีบอัดบ้าง กล่าวคือ เพิ่มความหนาแน่นของอากาศ ผลกระทบของ “เบาะลม” จะแรงเป็นพิเศษเมื่อใบพัดทำงานใกล้พื้น เนื่องจากการอัดอากาศ ในกรณีนี้ แรงขับของโรเตอร์หลักด้วยการใช้พลังงานเท่าเดิม เพิ่มขึ้น 30-

40%. อย่างไรก็ตาม ด้วยระยะห่างจากพื้นดิน อิทธิพลนี้จะลดลงอย่างรวดเร็ว และที่ระดับความสูงของเที่ยวบินเท่ากับครึ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัด "เบาะลม" จะเพิ่มแรงขับเพียง 15- 20%. ความสูงของ "เบาะลม" นั้นเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเตอร์หลักโดยประมาณ นอกจากนี้แรงฉุดที่เพิ่มขึ้นจะหายไป

สำหรับการคำนวณแรงขับของโรเตอร์หลักอย่างคร่าวๆ ในโหมดโฮเวอร์ จะใช้สูตรต่อไปนี้:

ค่าสัมประสิทธิ์ที่บ่งบอกถึงคุณภาพอากาศพลศาสตร์ของโรเตอร์หลักและอิทธิพลของ "เบาะลม" ขึ้นอยู่กับลักษณะของโรเตอร์หลัก ค่าสัมประสิทธิ์ เอเมื่อโฉบลงบนพื้นก็สามารถมีค่าได้ 15 - 25

โรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์มีคุณสมบัติที่สำคัญอย่างยิ่ง - ความสามารถในการสร้างลิฟต์ในโหมดการหมุนอัตโนมัติ (autorotation) ในกรณีที่เครื่องยนต์ดับ ซึ่งช่วยให้เฮลิคอปเตอร์ทำการร่อนหรือร่อนลงและลงจอดอย่างปลอดภัย

โรเตอร์หลักที่หมุนได้จะคงจำนวนรอบที่จำเป็นไว้เมื่อวางแผนหรือกระโดดร่ม หากใบมีดถูกย้ายไปยังมุมการติดตั้งขนาดเล็ก

(ล--5 0) 1 . ในเวลาเดียวกัน แรงยกจะถูกรักษาไว้ ซึ่งทำให้การโค่นลงด้วยความเร็วแนวตั้งคงที่ (6-10 .) เมตร/วินาที), sลดลงตามมาในระหว่างการจัดตำแหน่งก่อนลงจอดถึงล--1.5 เมตร/วินาที

การทำงานของโรเตอร์หลักมีความแตกต่างกันอย่างมากในกรณีของการบินด้วยมอเตอร์ เมื่อพลังงานจากเครื่องยนต์ถูกส่งไปยังใบพัด และในกรณีของการบินในโหมดการหมุนตัวเองเมื่อได้รับพลังงานไป หมุนใบพัดจากกระแสอากาศที่กำลังจะมาถึงมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ

ในการบินด้วยมอเตอร์ อากาศที่เข้ามาจะไหลเข้าสู่โรเตอร์หลักจากด้านบนหรือจากด้านบนในมุมหนึ่ง เมื่อสกรูทำงานในโหมดหมุนตัวเอง อากาศจะไหลเข้าสู่ระนาบการหมุนจากด้านล่างหรือทำมุมจากด้านล่าง (รูปที่ 9) มุมเอียงการไหลด้านหลังโรเตอร์ในทั้งสองกรณีจะถูกชี้ลง เนื่องจากความเร็วเหนี่ยวนำตามทฤษฎีบทโมเมนตัม จะถูกมุ่งตรงตรงข้ามกับแรงขับ กล่าวคือ ลงไปตามแกนของโรเตอร์โดยประมาณ

ที่นี้เรากำลังพูดถึงมุมการติดตั้งที่มีประสิทธิภาพ ตรงกันข้ามกับมุมที่สร้างสรรค์