Шарнирный несущий винт
Cтраница 1
Шарнирные несущие винты имели по три суживающиеся лопасти и были установлены на фермах. [1]
Лопасти шарнирного несущего винта соединяются с втулкой с помощью ГШ и ВШ. Ось ГШ несколько отнесена от оси вращения винта вследствие конструктивных ограничений, а также для улучшения характеристик управляемости вертолета. ВШ должен быть отнесен от оси винта для того, чтобы вал мог передавать на винт крутящий момент. При наличии ВШ необходимо иметь механический демпфер качания во избежание вызываемой земным резонансом неустойчивости взаимосвязанных качаний лопастей и движения втулки в плоскости вращения. Шарнирный несущий винт представляет собой классическое конструктивное решение проблемы нагрузок на комлевую часть лопасти и моментов на втулке. Его концепция проста, а анализ движения жесткой лопасти не представляет затруднений. Однако шарнирный винт механически сложен, так как у каждой лопасти имеются три шарнира ( ГШ, ВШ и ОШ) и демпфер ВШ. Подшипники ГШ и ВШ передают одновременно силу тяги и центробежную силу лопасти на втулку и поэтому работают в очень напряженных условиях. Вблизи втулки располагаются автомат перекоса и вращающиеся и неподвижные элементы проводки управления. Таким образом, втулка требует большого объема работ по техническому обслуживанию и вносит существенный вклад во вредное сопротивление вертолета. [2]
 |
Движение лопасти несущего винта. [3] |
Движение лопасти в горизонтальном и вертикальном шарнирах ограничивают центробежные силы, возникающие при вращении лопасти, а движение в осевом шарнире онределяет система управления. Заметим, что когда говорят о шарнирном несущем винте, обычно имеют в виду наличие ГШ и ВШ. Например, бесшарнириый винт часто имеет ОШ. У полностью шарнирного винта оси ГШ и ВШ по конструктивным соображениям отнесены от центра вращения. Относ оси ВШ необходим, иначе нельзя было бы передать винту крутящий момент от вала. Относ оси ГШ улучшает характеристики управляемости вертолета, так как позволяет передать на втулку моменты тангажа и крена. [4]
Несущий винт на кардане ( карданный винт) обычно имеет три или более лопастей, соединенных с втулкой при помощи одного ОШ ( ГШ и ВШ отсутствуют), втулка же соединяется с валом посредством универсального ( карданного) шарнира. По существу, винт на кардане является многолопастным аналогом винта-качалки и как таковой имеет преимущество, заключающееся в простоте конструкции втулки сравнительно с шарнирными несущими винтами. У винта-качалки и винта на кардане ось ГШ совмещена с осью вала, вследствие чего собственная частота махового движения лопастей - совпадает с частотой оборотов винта. В этом случае улучшение характеристик управляемости, связанное с относом ГШ, не может быть реализовано. Невозможен, например, полет с перегрузкой, меньшей единицы или нулевой, поскольку эффективность управления и демпфирование несущего винта прямо пропорциональны его силе тяги. Движение лопастей в плоскости вращения у винта-качалки и винта на кардане обычно соответствует движению жесткого тела с собственной частотой выше частоты оборотов винта. [5]
В этом разделе будут выведены формулы для сил, действующих на лопасть при полете вперед. Рассмотрим несущий винт со всеми шарнирами, но без относа ГШ. Такая схема достаточна для определения аэродинамических характеристик и характеристик управления шарнирного несущего винта. [6]
Лопасти шарнирного несущего винта соединяются с втулкой с помощью ГШ и ВШ. Ось ГШ несколько отнесена от оси вращения винта вследствие конструктивных ограничений, а также для улучшения характеристик управляемости вертолета. ВШ должен быть отнесен от оси винта для того, чтобы вал мог передавать на винт крутящий момент. При наличии ВШ необходимо иметь механический демпфер качания во избежание вызываемой земным резонансом неустойчивости взаимосвязанных качаний лопастей и движения втулки в плоскости вращения. Шарнирный несущий винт представляет собой классическое конструктивное решение проблемы нагрузок на комлевую часть лопасти и моментов на втулке. Его концепция проста, а анализ движения жесткой лопасти не представляет затруднений. Однако шарнирный винт механически сложен, так как у каждой лопасти имеются три шарнира ( ГШ, ВШ и ОШ) и демпфер ВШ. Подшипники ГШ и ВШ передают одновременно силу тяги и центробежную силу лопасти на втулку и поэтому работают в очень напряженных условиях. Вблизи втулки располагаются автомат перекоса и вращающиеся и неподвижные элементы проводки управления. Таким образом, втулка требует большого объема работ по техническому обслуживанию и вносит существенный вклад во вредное сопротивление вертолета. [7]
Винт типа качалки ( с качающейся втулкой) - это несущий винт с двумя лопастями, образующими жесткое тело, соединенное с втулкой посредством одного общего ГШ. Лопасти обычно имеют конструктивный угол конусности для разгрузки от постоянных составляющих сил; общий ГШ иногда располагается выше лопастей для снижения нагрузок от кориолисовых сил. При отсутствии ВШ лопасти должны воспринимать нагрузки в плоскости вращения. Конструкция лопастей воспринимает также те нагрузки в плоскости взмаха, которые не устраняются наличием конструктивного угла конусности. Для восприятия этих нагрузок винт-качалка должен иметь более высокие прочность и массу, чем в случае шарнирного несущего винта. Этот недостаток компенсируется простотой конструкции. Единственный ГШ не воспринимает уравновешивающих друг друга центробежных сил лопастей. Такая конструкция является наиболее простой и легкой для небольшого вертолета. Однако она не подходит для больших вертолетов, поскольку для получения необходимой величины коэффициента заполнения лопасти должны иметь очень большую хорду. [8]
Сиерва сконструировал самолет, который в 1919 г. разбился вследствие срыва потока при полете у земли. Поэтому Сиерву заинтересовал летательный аппарат с малыми скоростями взлета и посадки, на котором не возникает срыв, если летчик чрезмерно уменьшит скорость. Эксперименты в аэродинамической трубе с моделями воздушных винтов показали, что у винта, который свободно вращается на валу, отклоненном назад, можно получить хорошую величину отношения подъемной силы к сопротивлению даже при малой скорости потока. Наилучшие результаты были получены при малых положительных значениях общего шага. В 1922 г. Сиерва построил автожир С-3 с пятилопастным жестким винтом, который имел тенденцию заваливаться набок. Тем не менее модель с гибкими пальмовыми лопастями летала удовлетворительно. Сиерва установил, что удовлетворительный полет модели объясняется гибкостью ее лопастей. Это навело его на мысль применить на автожире шарнирный несущий винт. [9]
Страницы: 1