Formula pentru calcularea ridicării elicopterului de la sol. Calculul elicelor. Calcularea vitezei economice la sol și pe un plafon dinamic

Calculul șurubului poate fi împărțit condiționat în trei etape succesive.

Scopul primei etape a calculului este de a determina raza, tracțiunea și eficiența estimată a elicei.

Datele inițiale ale primei etape sunt:

Este recomandabil să efectuați calculul folosind sistem internațional Unități SI.

Dacă viteza rotorului este setată în rpm, atunci utilizați formula

Trebuie să fie transformat în radiani pe secundă.

Viteza de proiectare a șurubului V este selectată în funcție de scopul ALS și de valoare

În cazul în care K este calitatea aerodinamică maximă calculată a unei aeronave ultraligere; m este greutatea la decolare.

A mancat
Cu valori de la E de la 1000 la 1500 pentru viteza de proiectare a elicei V o este recomandat să luați viteza de croazieră V cr.

Și cu valori mai mari de E pentru 1500 pentru viteza de proiectare, puteți lua viteza calculată după formulă

Atunci când alegeți V despre, trebuie să țineți cont de faptul că pentru o anumită putere a motorului, o scădere a vitezei de proiectare V duce la o scădere viteza maxima zborul și creșterea acestuia - la o deteriorare a caracteristicilor de decolare a ALS.

Pe baza condiției de evitare a fluxurilor transonice, viteza vârfului lamei u. nu trebuie să depășească 230 ... 250 m / s și numai în unele cazuri, când se presupune că cutia de viteze nu este instalată și elica nu poate scoate toată puterea motorului, până la 260 m / s.

Este imposibil să alegeți valoarea inițială a eficienței dorite peste 0,8 pentru viteza mare și peste 0,75 pentru ALS cu viteză mică, deoarece în practică nu este posibilă. Etapa de scădere a acesteia poate fi inițial egală cu 0,05 și apoi scăzută pe măsură ce se apropie de valoarea reală a eficienței.

Pe baza datelor inițiale, se determină secvențial 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. Este necesară scăderea cu valoarea selectată și repetarea ciclului, începând cu definirea unei noi valori? ...

Ciclul se repetă până la îndeplinirea condiției RR ГР. Dacă se îndeplinește această condiție, se fac verificări suplimentare dacă viteza periferică a vârfului de lama u K nu depășește valoarea admisă u K.GR.

Dacă u K u K. GR, atunci o nouă valoare este stabilită cu o cantitate mai mică decât precedenta, iar ciclul se repetă.

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

A doua etapă de calcul al elicei

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

Datele inițiale pentru a doua etapă a calculului sunt:

Pentru calcule, lama elicei (Fig. 6.7)

Figura 6.7 Acțiunea forțată a fluxului asupra elementelor lamei elicei

Acesta este împărțit într-un număr finit de secțiuni cu dimensiuni bR .. În acest caz, se presupune că nu există un vârtej al lamei la fiecare secțiune selectată, iar viteza și unghiurile de curgere de-a lungul razei nu se modifică. Odată cu scăderea R, adică cu o creștere a numărului de secțiuni considerate, eroarea cauzată de presupunerea acceptată scade. Practica arată că dacă pentru fiecare secțiune luăm viteze și unghiuri inerente secțiunii sale centrale, atunci eroarea devine nesemnificativă atunci când lama este împărțită în 10 secțiuni cu R \u003d 0,1r. În acest caz, se poate presupune că primele trei secțiuni, numărate de pe axa șurubului, nu dau forță, în timp ce consumă 4 ... 5% din puterea motorului. Astfel, se recomandă efectuarea calculului pentru șapte secțiuni de la \u003d 0,3 la \u003d 1,0.

Set suplimentar:

Inițial, lățimea maximă a lamei relative pentru elice din lemn ar trebui să fie stabilită la 0,08.

Legea de variație a lățimii lamei și a grosimii relative poate fi specificată sub formă de formulă, tabel sau desen al elicei (Fig. 6.1).

Fig 6.1 Elice de fixare a pasului

Unghiurile de atac ale secțiunilor selectate sunt stabilite de proiectant, ținând cont de calitatea aerodinamică inversă. Valorile coeficienților Cy și K \u003d 1 / sunt luate din graficele din Fig. 6.4 și 6.5, ținând cont de profilul selectat și de valorile și.

Fig 6.4 Dependența coeficientului de ridicare și calitatea aerodinamică inversă de unghiul de atac și grosimea relativă a planșei aeriene В В2

Fig 6.5 Dependența coeficientului de ridicare și a calității aerodinamice inversă de unghiul de atac și grosimea relativă a aerului RAF-6

Primul pas în a doua etapă a calculului este determinarea vitezei de curgere V în planul șurubului. Această viteză este determinată de formulă

Obținută din soluția comună a ecuațiilor tracțiunii și a fluxului de aer care trece prin zona măturată de elice.

Valorile asumate ale puterii P, raza R și aria S ohm sunt luate de la prima etapă a calculului.

Dacă, în urma calculului, se dovedește că puterea consumată de elice diferă de cea 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 necesar să creșteți sau să micsorați lățimea lamei, ținând cont de faptul că consumul de energie și tracțiunea rotorului variază aproximativ proporțional cu coarda lamei. Diametrul, grosimile relative și unghiurile de instalare a secțiunilor rămân neschimbate.

În unele cazuri, se poate dovedi că puterea consumată de elice și tracțiunea sa sunt mai mult de 20% diferite de cele asumate pe baza rezultatelor primei etape a calculului. În acest caz, în funcție de raportul dintre capacitățile consumate și disponibile

Utilizând graficul (Fig. 6. 10), se determină valorile coeficienților k R și k P. Acești coeficienți arată de câte ori este necesar să se modifice raza și tracțiunea asumate a elicei, care sunt cele inițiale pentru a doua etapă a calculului. După aceea, a doua etapă a calculului este repetată.

Figura 6.10 Dependența factorilor de corecție de raportul dintre puterea consumată și cea disponibilă

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

A treia etapă de calcul al elicei

Scopul celei de-a treia etape este de a verifica rezistența elicei. Această etapă a calculului se reduce la determinarea încărcărilor care acționează în diferite secțiuni ale palelor și la compararea acestora cu cele admisibile, ținând cont de geometria și materialul din care sunt fabricate lamele.

Pentru a determina sarcinile, lama este împărțită în elemente separate, ca în a doua etapă a calculului, începând cu o secțiune \u003d 0,3 cu un pas de 0,1 până la 1.

Fiecare element evidențiat al lamei cu masa m la raza r (Fig. 6.11) este acționat de o forță inerțială

Figura 6.11 Acțiunea de forță a forțelor aerodinamice asupra elementului lamei elicei

Și forța aerodinamică elementară F. Sub influența acestor forțe, din toate secțiunile elementare, lama este întinsă și îndoită. Ca urmare, în materialul lamei apar tensiuni compresive. Cele mai încărcate (Fig. 6.12)

Figura 6.12 Distribuția tensiunilor în secțiunea lamei elicei

Se dovedește că fibrele din partea posterioară a lamei, deoarece în aceste fibre, tensiunile din forțele inerțiale și momentul de îndoire se adaugă. Pentru a asigura rezistența specificată, este necesar ca tensiunile reale din aceste zone mai îndepărtate de axa secțiunii lamei să fie mai mici decât cele admise pentru materialul selectat.

Valorile razelor r necesare pentru calcule, pe care sunt amplasate secțiunile considerate ale lamei, coardele b, grosimile relative și forțele F sunt preluate din tabelele din a doua etapă a calculului. Apoi, pentru fiecare secțiune, se determină secvențial următoarele:

Factorul de umplere k 3 depinde de profilul utilizat pentru șurub. Pentru cele mai obișnuite profiluri cu șuruburi, este egal cu: Clark-Y- k 3 \u003d 0,73; BC-2- k 3 \u003d 0,7 și RAF-6- k 3 \u003d 0,74.

După calcularea valorilor P în fiecare secțiune separată, acestea sunt însumate de la capătul liber al lamei la secțiunea luată în considerare. Împărțind forța totală care acționează în fiecare secțiune considerată în funcție de aria acestei secțiuni, este posibilă obținerea de eforturi de tracțiune din forțele inerțiale.

Tensiunile de îndoire ale lamei sub influența forțelor aerodinamice F sunt determinate ca pentru un fascicul cu volan cu sarcină distribuită inegal.

După cum s-a menționat anterior, tensiunile maxime vor fi în fibrele posterioare ale lamei și sunt definite ca suma tensiunilor din forțele inerțiale și aerodinamice. Mărimea acestor eforturi nu trebuie să depășească 60 ... 70% din rezistența finală a materialului cu lama.

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

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

Dacă lățimea relativă a lamei depășește 0,075 pentru șuruburile din lemn dur și 0,09 pentru șuruburile din lemn moale, atunci a treia etapă a calculului este inutilă, deoarece rezistența necesară va fi cu siguranță asigurată.

bazat pe materiale: PI Chumak, VF Krivokrysenko "Calcul și proiectarea unui ALS"

Dispoziții generale.

Rotorul principal al elicopterului (HB) este conceput pentru a crea lift, forța de conducere (propulsivă) și cuplurile de control.

Rotorul principal este format dintr-un butuc, lame, care sunt fixate pe butuc cu balamale sau elemente elastice.

Palele rotorului principal, datorită prezenței a trei balamale pe butuc (orizontal, vertical și axial), efectuează o mișcare complexă în zbor: - rotiți în jurul axei HB, deplasați cu elicopterul în spațiu, schimbați poziția unghiulară, întorcându-se în balamalele indicate, deci aerodinamica lamei rotorul principal este mai complex decât aerodinamica unei aripi a aeronavei.

Natura fluxului în jurul NV depinde de modurile de zbor.

Parametrii geometrici principali ai rotorului principal (HB).

Parametrii principali ai HB sunt diametrul, aria măturată, numărul de lame, factorul de umplere, distanțarea balamalelor orizontale și verticale, încărcarea specifică pe zona măturată.

Diametru D este diametrul cercului de-a lungul căruia se mișcă capetele lamelor atunci când NV este în poziție. Elicopterele moderne au un diametru de 14-35 m.

Zona măturată Fom este zona unui cerc care este descrisă de capetele lamelor HB atunci când se lucrează pe loc.

Factor de umplere σ este egal cu:

σ \u003d (Z l F l) / F ohm (12.1);

unde Z l este numărul de lame;

F l - zona lamei;

F ohm - zona măturată HB.

Caracterizează gradul de umplere cu lamele zonei măturate, variază în intervalul s \u003d 0.04¸0.12.

Odată cu creșterea factorului de umplere, impulsul HB crește până la o anumită valoare, datorită creșterii zonei reale a suprafețelor de rulment, apoi scade. Scăderea tracțiunii se datorează influenței ciotului de curgere și a trezirii vortexului din lama înainte. Odată cu creșterea s, este necesară creșterea puterii furnizate către NV datorită creșterii tragerii lamelor. Odată cu creșterea s, pasul necesar pentru a obține o tracțiune dată scade, ceea ce elimină NI din modurile de blocare. Caracteristicile modurilor de staționare și motivele apariției acestora vor fi luate în considerare mai jos.

Distanța dintre l orizontal și l vertical în balamale este distanța de la axa balamalei la axa de rotație HB. Poate fi vizualizat în termeni relative (12.2.)

Este înăuntru. Distanța articulațiilor îmbunătățește eficiența controlului longitudinal-lateral.

este definit ca fiind raportul dintre greutatea elicopterului și zona NV-măturat.

(12.3.)

Parametrii cinematici de bază ai NV.

Principalii parametri cinematici ai NV includ frecvența sau viteza unghiulară de rotație, unghiul de atac al NV, unghiurile pasului total sau ciclic.

Frecvența de rotație n s - numărul de rotații de HB pe secundă; viteza unghiulară de rotație a HB - determină viteza sa periferică w R.

Valoarea w R pe elicopterele moderne este de 180 - 220 m / s.

Unghiul de atac НВ (А) este măsurat între vectorul de viteză a fluxului liber și с
Fig. 12.1 Unghiurile de atac ale rotorului principal și modurile de funcționare ale acestuia.

planul de rotație al HB (figura 12.1). Unghiul A este considerat pozitiv dacă fluxul de aer curge pe HB de jos. În modurile de zbor și urcare orizontală, A este negativă, în timp ce coboară, A. este pozitiv. Există două moduri de funcționare a NV - modul de curgere axială, când A \u003d ± 90 0 (învârtire, urcare verticală sau coborâre) și modul de suflare oblic, când A¹ ± 90 0.

Unghi comun de înclinare - unghiul de instalare a tuturor lamelor HB din secțiune la o rază de 0,7R.

Unghiul pasului ciclic al HB depinde de modul de operare al HB, această problemă este considerată în detaliu atunci când se analizează suflarea oblică a HB.

Parametrii de bază ai lamei HB.

Principalii parametri geometrici ai lamei includ raza, coarda, unghiul de instalare, forma profilului secțiunii, răsucirea geometrică și forma lamei în plan.

Raza curentă a secțiunii lamei r determină distanța sa de axa de rotație a HB. Raza relativă este determinată

(12.4);

Coardă de profil - o linie dreaptă care leagă punctele cele mai îndepărtate ale profilului secțiunii, notată cu b (Fig. 12.2).

Fig. 12.2. Parametrii profilului lamei Unghiul lamei j este unghiul dintre coarda secțiunii lamei și planul de rotație al HB.

Unghiul de instalare j la `r \u003d 0,7, cu poziția neutră a comenzilor și absența mișcării de alunecare este considerată unghiul de instalare a întregii lame și pasul total al HB.

Profilul de secțiune a lamei este o formă în secțiune transversală cu un plan perpendicular pe axa longitudinală a lamei, caracterizat prin grosime maximă cu grosime maximă relativă concavitate f și curbură ... Pe rotorul principal, de regulă, se folosesc profile biconvexe, asimetrice, cu o ușoară curbură.

Răsucirea geometrică se realizează prin reducerea unghiurilor secțiunilor de la capăt la capătul lamei și servește la îmbunătățirea caracteristicilor aerodinamice ale lamei.

Parametrii cinematici ai lamei sunt determinați de unghiurile de poziție a azimutului, de balansare, de leagăn și de unghiul de atac.

Unghiul de azimut y este determinată de direcția de rotație a HB între axa longitudinală a lamei la un moment dat și axa longitudinală a poziției zero a lamei. Linia de poziție zero în zbor orizontal coincide practic cu axa longitudinală a brațului de coadă al elicopterului.

Unghiul de leagăn b definește mișcarea unghiulară a lamei în articulația orizontală în raport cu planul de rotație. Se consideră pozitiv atunci când lama este deviată în sus.

Unghiul de leagăn x caracterizează mișcarea unghiulară a lamei în balama verticală în planul de rotație (Fig. 12.). Se consideră pozitiv atunci când lama este deviată împotriva direcției de rotație.

Unghiul de atac al elementului lama a este determinat de unghiul dintre coarda elementului și fluxul incident.

Tragere de lamă.

Tragerea frontală a lamei este forța aerodinamică care acționează în planul de rotație al manșonului și direcționată împotriva rotației HB.

Rezistența frontală a lamei constă din profil, rezistență inductivă și undă.

Rezistența profilului este cauzată de două motive: diferența de presiune în fața lamei și în spatele acesteia (rezistența la presiune) și frecarea particulelor din stratul de delimitare (rezistența la frecare).

Rezistența la presiune depinde de forma profilului lamei adică. din grosimea relativă () și curbura relativă () a profilului. Cu cât rezistența este mai mare și mai mare. Rezistența la presiune nu depinde de unghiul de atac în condiții de operare, dar crește la critică a.

Rezistența la frecare depinde de frecvența de rotație a HB și de starea suprafeței lamelor. Tragerea inductivă este târârea provocată de panta adevăratului ascensor din cauza oblicului. Rezistența inductivă a lamei depinde de unghiul de atac α și crește odată cu creșterea acesteia. Tragerea valurilor se produce pe lama care avansează atunci când viteza de zbor o depășește pe cea calculată și undele de șoc apar pe lamă.

Tracțiunea frontală, ca și tracțiunea, depinde de densitatea aerului.

Teoria impulsului creării impulsurilor rotorului.

Esența fizică a teoriei impulsurilor este următoarea. Un elice ideal de lucru aruncă aer departe, oferind o anumită viteză particulelor sale. În fața elicei se formează o zonă de aspirație, o zonă de respingere din spatele elicei și se stabilește un flux de aer prin elice. Parametrii principali ai acestui flux de aer: viteza inductivă și creșterea presiunii aerului în planul de rotație al șurubului.

În modul de curgere axială, aerul se apropie de HB din toate părțile, iar în spatele elicei se formează un jet de îngustare. În fig. 12.4. prezintă o sferă destul de mare centrată pe bucșa HB cu trei secțiuni caracteristice: secțiunea 0, amplasată departe în fața șurubului, în planul de rotație a secțiunii 1 a șurubului cu debit V 1 (viteză de aspirație) și secțiunea 2 cu debit V 2 (viteză de aruncare).

Fluxul de aer este aruncat de HB cu o forță T, dar aerul apasă asupra elicei cu aceeași forță. Această forță va fi forța de tracțiune a rotorului principal. Forța este egală cu produsul cu greutatea corporală cu
Fig. 12.3. La o explicație a teoriei impulsurilor de creare a tragerii.

accelerația pe care corpul a primit-o sub influența acestei forțe. Prin urmare, acțiunea HB va fi egală cu

(12.5.)

unde m s este a doua masă de aer care trece prin zona HB egală cu

(12.6.)

unde este densitatea aerului;

F este zona măturată de șurub;

V 1 - debitul inductiv (viteza de aspirație);

a - accelerarea în flux.

Formula (12.5.) Poate fi reprezentată într-o altă formă

(12.7.)

deoarece, conform teoriei unui șurub ideal, viteza de aruncare a aerului V de către șurub este de două ori mai mare decât viteza de aspirație V 1 în planul de rotație al HB.

(12.8.)

Aproape dublarea vitezei inductive are loc la o distanță egală cu raza NV. Viteza de aspirație V 1 pentru Mi-8 este 12m / s, pentru Mi-2 - 10m / s

Concluzie: tracțiunea rotorului principal este proporțională cu densitatea aerului, aria măturată a HB și viteza inductivă (frecvența de rotație a HB)

Scăderea presiunii în secțiunea 1-2 în raport cu presiune atmosferică în neperturbat mediu aerian este egală cu trei capete de mare viteză de viteză inductivă

(12.9.)

ceea ce determină o creștere a rezistenței elementelor structurii elicopterului situate în spatele NV.

Teoria elementelor lamelor.

Esența teoriei elementelor de lamă este următoarea. Fluxul în jurul fiecărei secțiuni mici a elementului lamei este luat în considerare și sunt determinate forțele aerodinamice elementare, care acționează asupra lamei. Forța de ridicare a lamei Yl și rezistența lamei Xl sunt determinate ca urmare a adăugării unor astfel de forțe elementare care acționează pe întreaga lungime a lamei de la secțiunea ei (r k) la secțiunea finală (R):

Forțele aerodinamice care acționează asupra rotorului sunt definite ca suma forțelor care acționează pe toate palele.

Pentru a determina tracțiunea rotorului principal, utilizați o formulă similară cu formula pentru ridicarea aripii.

(12.10.)

Conform teoriei elementului de lamă, forța de tracțiune dezvoltată de rotor este proporțională cu coeficientul de tracțiune, aria măturată a HB, densitatea aerului și pătratul vitezei periferice a vârfului lamei.

Concluziile făcute cu privire la teoria impulsurilor și la teoria elementului de lamă se completează reciproc.

Pe baza acestor concluzii, rezultă că forța de tracțiune NV în modul de curgere axială depinde de densitatea aerului (temperatură), unghiul de reglare a paletelor (pas NV) și viteza rotorului.

Moduri de operare NV.

Modul de funcționare al rotorului principal este determinat de poziția HB în fluxul de aer. (Fig. 12.1) În funcție de aceasta, sunt determinate două moduri principale de funcționare: modul de curgere axial și oblic. Modul de curgere axială este caracterizat prin faptul că fluxul de intrare neperturbat se deplasează paralel cu axa manșonului HB (perpendicular pe planul de rotație al manșonului HB). În acest mod, rotorul principal funcționează în moduri de zbor vertical: pasare, urcare verticală și coborârea elicopterului. Principala caracteristică a acestui mod este că poziția lamei în raport cu fluxul asupra elicei nu se schimbă, prin urmare, forțele aerodinamice nu se schimbă atunci când lama se mișcă în azimut. Modul de curgere oblic se caracterizează prin faptul că fluxul de aer circulă pe HB într-un unghi față de axa sa (figura 12.4.). Aerul se apropie de elice la o viteză V și este deviat în jos datorită vitezei de aspirație inductivă Vi. Debitul rezultat prin NV va fi egal cu suma vectorială a debitelor neperturbate și viteza inductivă

V1 \u003d V + Vi (12.11.)

Ca urmare a acestui fapt, crește al doilea debit de aer care circulă prin NV și, în consecință, tracțiunea rotorului principal, care crește odată cu creșterea vitezei de zbor. În practică, se observă o creștere a impulsului NV cu o viteză de peste 40 km / h.

Fig. 12.4. Funcționarea rotorului principal în modul de suflare oblic.

Suflare oblică. Viteza efectivă a fluxului în jurul elementului lamei în planul de rotație al NV și schimbarea acesteia de-a lungul suprafeței măturate a NV.

În modul de curgere axială, fiecare element de lamă este în flux, a cărui viteză este egală cu viteza periferică a elementului , unde este raza elementului dat al lamei (figura 12.6).

În regimul oblic de curgere la unghiul de atac al HB nu este egal cu zero (A \u003d 0), viteza rezultată W cu care curge curgerea în jurul elementului de lamă depinde de viteza periferică a elementului u, viteza de zbor V1 și unghiul de azimut.

W \u003d u + V1 sinψ (12.12.)

acestea. la o viteză de zbor constantă și o frecvență constantă de rotație a NV (ωr \u003d const.), viteza efectivă de curgere în jurul lamei va varia în funcție de unghiul de azimut.

Figura 12.5. Schimbarea vitezei curgerii în jurul lamei în planul de rotație al explozivului.

Schimbarea vitezei efective a fluxului pe suprafața măturată a HB.

În fig. 12.6. sunt afișate vectorii vitezei fluxului care se deplasează pe elementul lamei ca urmare a adăugării vitezei periferice și a vitezei de zbor. Diagrama arată că viteza de curgere eficientă se schimbă atât de-a lungul lamei, cât și în azimut. Viteza periferică crește de la zero la axa butucului rotorului la maxim la capetele palelor. În azimut 90 o, viteza elementelor lamei este , la azimut 270 о viteza rezultată este , în partea de sus a lamei în zona cu un diametru d, debitul circulă din partea coastei de curgere, adică. se formează o zonă de reflux, o zonă care nu participă la crearea impulsului.

Diametrul zonei de curgere este mai mare, cu atât raza NV este mai mare și cu atât este mai mare viteza de zbor la o frecvență de rotație constantă a NV.

La azimuturi y \u003d 0 și y \u003d 180 0, viteza rezultată a elementelor lamei este.

Figura 12.6. Schimbarea vitezei efective de curgere pe suprafața măturată a explozivului.

Suflare oblică. Forțele aerodinamice ale elementului cu lama.

Când elementul de lamă este în flux, apare forța aerodinamică totală a elementului de lama, care poate fi descompus în sistemul de coordonate de mare viteză în forță de ridicare și forță de tracțiune.

Valoarea forței aerodinamice elementare este determinată de formula:

Rr \u003d CR (ρW²r / 2) Sr (12.13.)

Rezumând forțele elementare de tracțiune și forțele de rezistență la rotație, este posibilă determinarea mărimii forței de tracțiune și a rezistenței la rotirea întregii lame.

Punctul de aplicare a forțelor aerodinamice ale lamei este centrul de presiune, care se află la intersecția forței aerodinamice totale cu coarda lamei.

Mărimea forței aerodinamice este determinată de unghiul de atac al elementului de lama, care este unghiul dintre coarda elementului de lama și fluxul incident (figura 12.7).

Unghiul de instalare a elementului de lama φ este unghiul dintre planul de proiectare al rotorului principal și coarda elementului lamei.

Unghiul de intrare este unghiul dintre viteze și. (Figura 12.7.)

Figura 12.7 Forțele aerodinamice ale unui element de lamă în timpul suflarii oblice.

Momentul răsturnării apare atunci când lamele sunt fixate rigid. Forțele de tracțiune sunt create de toate elementele lamei, dar elementele situate la ¾ ale razei lamei vor avea cele mai mari forțe elementare T l, valoarea Tl rezultată în modul de curgere oblic în jurul împingerii lamei depinde de azimut. La ψ \u003d 90 este maxim, la ψ \u003d 270 este minim. O astfel de distribuție a forțelor de tracțiune elementare și dispunerea forței rezultate duce la formarea unui moment variabil mare de îndoire la rădăcina lamei M afară.

Acest moment creează o sarcină mare în punctul de atașare a lamei, ceea ce poate duce la distrugerea acesteia. Ca urmare a inegalității tragerii T l1 și T l2, apare un moment de răsturnare a elicopterului,

M x \u003d T l1 r 1 -T l2 r 2, (12.14.)

care crește odată cu creșterea vitezei elicopterului.

O elică a lamei fixe prezintă următoarele dezavantaje (figura 12.8):

Prezența unui moment de răsturnare în regimul fluxului oblic;

Prezența unui moment mare de îndoire în punctul de fixare a lamei;

Schimbarea momentului de împingere a lamei în azimut.

Aceste dezavantaje sunt eliminate prin fixarea lamei la butuc cu ajutorul unor îmbinări orizontale.

Figura 12.8 Apariția momentului de răsturnare când palele sunt fixate rigid.

Egalizarea forței de tracțiune în diferite poziții de azimut ale lamei.

În prezența unei balamale orizontale, tracțiunea lamei formează un moment în raport cu această balamă care rotește lama (Fig. 12. 9). Momentul de tracțiune Tl1 (T l2) face ca lama să se rotească în raport cu această balama

sau (12.15.)

prin urmare, cuplul nu este transmis către butuc, adică. momentul răsturnării elicopterului este eliminat. Moment de încovoiere Muzg. la rădăcina lamei devine egală cu zero, partea ei rădăcină este descărcată, îndoirea lamei scade, datorită acestui lucru, tensiunile de oboseală sunt reduse. Vibrațiile provocate de schimbarea forței de azimut sunt reduse. Astfel, îmbinarea orizontală (HS) îndeplinește următoarele funcții:

Elimină momentul răsturnării în modul de suflare oblic;

Descarcă partea rădăcină a lamei de la M Mg;

Simplificați controlul rotorului principal;

Îmbunătățește stabilitatea statică a elicopterului;

Scădeați cantitatea de schimbare a arborelui lamei în azimut.

Reduce tensiunile de oboseală ale lamei și reduce vibrațiile sale, datorită modificărilor forței de tracțiune din azimut;

Modificarea unghiurilor de atac ale unui element cu lama prin aplecare.

Când lama se mișcă în modul de suflare oblic în azimut ψ de la 0 la 90 °, viteza fluxului în jurul lamei crește constant datorită componentei vitezei de zbor orizontale (la unghiuri mici de atac NV ) (Fig. 12.10)

acestea. . (12.16.)

În consecință, forța de tracțiune a lamei crește, care este proporțională cu pătratul vitezei de curgere de intrare și a momentului de împingere a acestei lame în raport cu balama orizontală. Lama se balansează
Figura 12.9 Egalizarea forței de tracțiune în diferite poziții de azimut ale lamei.

secțiunea lamei este în plus suflată de sus (Fig. 12.10) și acest lucru determină o scădere a unghiurilor adevărate de atac și o scădere a forței de ridicare a lamei, ceea ce duce la compensarea aerodinamică a leagănului. Când treceți de la 90 ° la 180 °, viteza de curgere în jurul lamelor scade, unghiurile de atac cresc. La azimut ψ \u003d 180 о și la ψ \u003d 0 о viteza de curgere în jurul lamei este aceeași și egală cu ωr.

Spre azimut ψ \u003d 270 о, lama începe să coboare din cauza scăderii vitezei de curgere și a scăderii Tl, în timp ce paletele sunt suflate suplimentar de jos, ceea ce determină o creștere a unghiurilor de atac ale elementului de lama și, prin urmare, o anumită creștere a ridicării.

La ψ \u003d 270, viteza curgerii în jurul lamei este minimă, balansarea Vy a lamei în jos este maximă, iar unghiurile de atac de la capetele lamelor sunt aproape de critică. Datorită diferenței de viteză a fluxului în jurul lamei la diferite azimuturi, unghiurile de atac la ψ \u003d 270 ° cresc de câteva ori mai mult decât scad la ψ \u003d 90 °. Prin urmare, cu o creștere a vitezei de zbor a elicopterului, în regiunea azimutului ψ \u003d 270 о, unghiurile de atac pot depăși valorile critice, ceea ce face ca fluxul să se oprească din elementele lamei.

Fluxul oblic duce la faptul că unghiurile de alunecare a lamelor din partea frontală a discului HB în regiunea azimutului de 180 0 sunt semnificativ mai mari decât în \u200b\u200bpartea din spate a discului în regiunea azimutului 0. Această înclinație a discului este numită scufundarea conului HB. Modificarea unghiurilor de balansare a lamei în azimut la HB liber, atunci când nu există un regulator de leagăn, se modifică după cum urmează:

azimut de la 0 la 90 0:

Viteza rezultată a debitului în jurul lamei crește, forța de ridicare și momentul acesteia cresc;

Unghiul de balansare b și viteza verticală V у cresc;

azimut 90 0:

Viteza de înclinare V în sus este maximă;

azimut 90 0 - 180 0:

Forța de ridicare a lamei este redusă prin reducerea vitezei de curgere rezultate;

Viteza de balansare ascendentă V y scade, dar unghiul de balansare a lamei continuă să crească.

azimut 200 0 - 210 0:

Viteza de balansare verticală este egală cu zero V у \u003d 0, unghiul de leagăn al lamei b este maxim, lama, ca urmare a scăderii forței de ridicare, coboară;

azimut 270 0:

Viteza debitului în jurul lamei este minimă, forța de ridicare și momentul acesteia scade;

Viteza de basculare descendentă V y - maximă;

Unghiul de balansare b scade.

azimut 20 0 - 30 0:

Viteza curgerii în jurul lamei începe să crească;

V y \u003d 0, unghiul de balansare în jos este maxim.

Astfel, pentru HB gratuit de rotație dreaptă cu suflare oblică, conul se înclină înapoi spre stânga. Odată cu creșterea vitezei de zbor, obstrucția conului crește.

Figura 12.10 Schimbarea unghiurilor de atac ale unui element de lama datorită balansării.

Regulator de pivotare (PB). Mișcarea volantului conduce la o creștere a încărcărilor dinamice pe structura lamei și la o schimbare nefavorabilă a unghiurilor de atac ale palelor de-a lungul discului rotorului. Scăderea amplitudinii leagănului și modificarea înclinării naturale a conului NV de la stânga la dreapta este efectuată de regulatorul de leagăn. Regulatorul de balansare (fig. 12.11.) Este o conexiune cinematică între balama axială și inelul rotativ al plăcii de schimb, care asigură o scădere a unghiurilor lamelor j cu o scădere a unghiului de balansare b și invers, o creștere a unghiului cu o creștere a unghiului de leagăn. Această conexiune constă în mutarea punctului de atașare al tijei de pe placa de schimbare la lesa balamalei axiale (punctul A) (figura 12.12) de pe axa balamalei orizontale. La elicopterele de tip Mi, regulatorul de balansare învârte conul HB înapoi și spre dreapta. În acest caz, componenta laterală de-a lungul axei Z din forța HB rezultată este îndreptată spre dreapta împotriva direcției de tracțiune a rotorului de coadă, ceea ce îmbunătățește condițiile pentru echilibrarea laterală a elicopterului.

Figura 12.11 Regulator de leagăn, diagramă cinematică. ... ... Echilibrul lamei în raport cu articulația orizontală.

În timpul mișcării de balansare a lamei (figura 12.12.) În planul forței de tracțiune, asupra acesteia acționează următoarele forțe și momente:

Împingerea T l, aplicată la ¾ a lungimii lamei, formează un moment M t \u003d T · a, transformând lama pentru a crește balansarea;

Forța centrifugă F cb care acționează perpendicular pe axa structurală de rotație a HB către exterior. Forța de inerție din leagănul lamei, direcționată perpendicular pe axa lamei și opusă accelerării swingului;

Forța de greutate G l se aplică pe centrul de greutate al lamei și formează un moment M G \u003d G · în lama de cotitură pentru a reduce bascularea.

Lama ocupă o poziție în spațiu de-a lungul forței rezultate Rl. Condițiile de echilibru ale lamei în raport cu balama orizontală sunt determinate de expresie

(12.17.)

Figura 12.12. Forțele și momentele care acționează pe lamă în planul leagănului.

Lamele HB se deplasează de-a lungul generatricei conului, a cărei vârf este situată în centrul manșonului, iar axa este perpendiculară pe planul capetelor paletelor.

Fiecare lamă ocupă la un anumit azimut Ψ aceleași poziții unghiulare β l în raport cu planul de rotație al HB.

Mișcarea de alunecare a palelor este ciclică, repetându-se strict cu o perioadă egală cu timpul unei revoluții a HB.

Momentul bucșilor orizontale HB (M gsh).

În modul de curgere axială în jurul HB, rezultatul forțelor de lama R n este direcționat de-a lungul axei HB și se aplică în centrul manșonului. În modul de suflare oblic, forța R n este deviată spre obstrucția conului. Datorită separării rosturilor orizontale, forța aerodinamică R n nu trece prin centrul mânecii și se formează un umăr între vectorul de forță R n și centrul manșonului. Există un moment M gsh, numit momentul inerțial al articulațiilor orizontale ale bucșei HB. Depinde de distanțarea l r a articulațiilor orizontale. Momentul balamalelor orizontale ale bucșei НВ М гш crește odată cu creșterea distanței l și este îndreptat către obstrucția conului HB.

Distanța dintre îmbinările orizontale îmbunătățește proprietatea de amortizare a NV, adică. îmbunătățește stabilitatea dinamică a elicopterului.

Echilibrul lamei în raport cu balama verticală (VH).

În timpul rotirii HB, lama se deviază cu un unghi x. Unghiul de balansare x este măsurat între linia radială și axa longitudinală a lamei în planul de rotație HB și va fi pozitiv dacă lama se rotește înapoi în raport cu linia radială (rămâne în urmă) (Fig. 12.13.).

În medie, unghiul de leagăn este de 5-10 °, iar în regimul de autotratare este negativ și egal cu 8-12 ° în planul de rotație al HB. Următoarele forțe acționează asupra lamei:

Forța de tracțiune X l, aplicată în centrul presiunii;

Forța centrifugă direcționată de-a lungul unei linii drepte care leagă centrul de masă al lamei și axa de rotație a HB;

Forța inerțială F în, direcționată perpendicular pe axa lamei și opusă accelerației, se aplică în centrul de masă al lamei;

Forțele alternante Coriolis F k aplicate în centrul masei lamei.

Apariția forței Coriolis se explică prin legea conservării energiei.

Energia de rotație depinde de rază, dacă raza a scăzut, atunci o parte din energie este utilizată pentru a crește viteza unghiulară de rotație.

Prin urmare, atunci când lama coboară în sus, raza r c2 a centrului de masă al lamei și viteza periferică scade, apare accelerația Coriolis, care tinde să accelereze rotația și, prin urmare, forța - forța Coriolis, care întoarce lama înainte în raport cu balama verticală. Pe măsură ce unghiul de leagăn scade, accelerația Coriolis, ceea ce înseamnă că forța va fi îndreptată împotriva rotației. Forța Coriolis este direct proporțională cu greutatea lamei, frecvența de rotație a HB, viteza unghiulară a leagănului și unghiul de leagăn

Forțele de mai sus formează momente care trebuie echilibrate la fiecare azimut al lamei

. (12.15.)

Fig. 12.13 .. Echilibrul lamei în raport cu balama verticală (WS).

Apariția momentelor pe HB.

Când NV funcționează, apar următoarele puncte:

Cuplul М к, creat prin forțele de tracțiune aerodinamică a palelor, este determinat de parametrii HB;

Momentul reactiv M p este aplicat cutiei de viteze principale și prin cadrul cadrului de viteze de pe fuselaj .;

Cuplul motoarelor transmise prin cutia de viteze principală la arborele HB este determinat de cuplul motoarelor.

Cuplul motoarelor este direcționat de-a lungul rotației HB, iar cuplul reactiv și cuplul HB sunt direcționate împotriva rotației. Cuplul motorului este determinat de consumul de combustibil, programul de control automat, condițiile atmosferice externe.

În condiții de zbor în stare de echilibru M k \u003d M p \u003d - M dv.

Momentul NV este uneori identificat cu cuplul reactiv NV sau cu cuplul motoarelor, dar după cum se poate observa din cele de mai sus, esența fizică a acestor momente este diferită.

Zonele critice de curgere în jurul NV.

Odată cu suflarea oblică pe HB, se formează următoarele zone critice (figura 12.14.):

Zona de reflux;

Zona blocată;

Zona de criză a valurilor;

Zona de reflux... În regiunea azimutului 270 0 în zbor orizontal, se formează o zonă în care secțiunile fundului paletelor să nu curgă din față, ci din marginea finală a lamei. Secțiunea lamei situată în această zonă nu participă la crearea forței de ridicare a lamei. Această zonă depinde de viteza de zbor, cu cât este mai mare viteza de zbor, cu atât este mai mare zona de întoarcere.

Zona blocată În zbor cu un azimut de 270 0 - 300 0 la capetele lamelor datorită pivotării în jos a lamei, unghiurile de atac ale secțiunii lamei cresc. Acest efect se intensifică odată cu creșterea vitezei de zbor a elicopterului, deoarece în acest caz, viteza și amplitudinea mișcării de alunecare a palelor cresc. Cu o creștere semnificativă a treptei HB sau o creștere a vitezei de zbor, în această zonă, debitul se oprește (Fig. 12.14.) Datorită lamelor care ating unghiurile supercritice de atac, ceea ce duce la o scădere a ascensiunii și o creștere a tragerii lamelor situate în această zonă. Principala tracțiune a rotorului în acest sector scade, iar atunci când viteza de zbor este prea mare, pe NV apare un moment semnificativ de toc.

Zona de criză a valurilor. Tragerea de undă pe lamă apare în regiunea azimutului 90 0 la o viteză mare de zbor, când viteza fluxului din jurul lamei atinge viteza locală a sunetului, iar undele de șoc locale sunt formate, ceea ce provoacă o creștere accentuată a coeficientului C xo datorită apariției tragerii de undă

C xo \u003d C xtr + C xv. (12.18.)

Rezistența undelor poate fi de câteva ori mai mare decât rezistența la frecare și de atunci undele de șoc pe fiecare lamă apar ciclic și pentru o perioadă scurtă de timp, acest lucru provoacă vibrații ale lamei, care crește odată cu creșterea vitezei de zbor. Zonele critice ale fluxului principal al rotorului în jurul rotorului principal reduc suprafața efectivă a rotorului principal și, prin urmare, tracțiunea HB, agravează caracteristicile aerodinamice și operaționale ale elicopterului în ansamblu, prin urmare, limitările de viteză ale elicopterelor sunt asociate fenomenelor considerate.

"Inelul Vortex".

Modul de inel vortex are loc la o viteză orizontală mică și la o viteză verticală ridicată de coborâre a elicopterului, cu motoarele elicopterului pornind.

Când elicopterul coboară în acest mod, la o anumită distanță sub NV, suprafață a-a, unde rata de respingere inductivă devine egală cu rata de declin V și (figura 12.15). Atingând această suprafață, fluxul inductiv se întoarce spre NV, este parțial capturat de acesta și din nou aruncat în jos. Cu o creștere a V, suprafața a-a se apropie de NV, și la o anumită viteză critică de coborâre, aproape tot aerul aruncat este aspirat din nou de rotor, formând un torus vortex în jurul elicei. Regimul inelului vortex se stabilește.

Figura 12.14. Zonele critice de curgere în jurul NV.

În acest caz, tracțiunea totală HB scade, viteza verticală de coborâre V y crește. Suprafaţă secțiunea a-a rupe periodic, vârfurile torusului modifică brusc distribuția încărcării aerodinamice și natura mișcării de leagăn a palelor. În consecință, tracțiunea HB devine pulsantă, elicopterul se agită și se agită, eficiența controlului se deteriorează, indicatorul de viteză și variometrul oferă lecturi instabile.

Cu cât unghiul de reglare a lamelor este mai mic și viteza de zbor orizontală, cu atât este mai mare viteza de coborâre verticală, cu atât mai intens se manifestă modul inelului vortex. reducerea la viteze de zbor de 40 km / h și mai puțin.

Pentru a împiedica elicopterul să cadă în modul „inel vortex”, este necesar să se respecte cerințele Manualului de zbor al avionului pentru limitarea vitezei verticale

Un elicopter este un rotorcraft în care ridicarea și împingerea sunt generate de o elice. Rotorul principal este folosit pentru a sprijini și deplasa elicopterul în aer. La rotirea în plan orizontal, rotorul principal creează o tracțiune (T) orientată în sus și acționează ca o forță de ridicare (Y). Când tracțiunea rotorului principal este mai mare decât greutatea elicopterului (G), elicopterul va decola de pe sol fără alergare și va începe să urce. Dacă greutatea elicopterului și tracțiunea rotorului principal sunt egale, elicopterul va rămâne nemișcat în aer. Pentru o coborâre verticală, este suficient ca tracțiunea rotorului principal să fie puțin mai mică decât greutatea elicopterului. Mișcarea de translație a elicopterului (P) este asigurată de înclinarea planului de rotație a rotorului principal cu ajutorul sistemului de control al rotorului. Înclinarea planului de rotație a elicei determină o înclinare corespunzătoare a forței aerodinamice totale, în timp ce componenta sa verticală va menține elicopterul în aer, iar cea orizontală va determina elicopterul să se deplaseze într-o direcție corespunzătoare.

Fig 1. Diagrama distribuției forțelor

Proiectare elicopter

Fuzelajul este partea principală a structurii elicopterului, care servește pentru conectarea tuturor părților sale într-un singur întreg, precum și pentru acomodarea echipajului, pasagerilor, încărcăturii și echipamentelor. Are vârfuri de coadă și capăt pentru plasarea rotorului de coadă în afara zonei de rotație a rotorului, iar aripa (pe unele elicoptere, aripa este instalată pentru a crește viteza maximă de zbor prin descărcarea parțială a rotorului principal (MI-24)).este o sursă de energie mecanică pentru a conduce rotorul principal și coada în rotație. Include motoare și sisteme care asigură funcționarea lor (combustibil, ulei, sistem de răcire, sistem de pornire a motorului etc.). Rotorul principal (HB) este utilizat pentru întreținerea și deplasarea elicopterului în aer și constă din palele rotorului și butuc. Rotorul de coadă servește pentru a echilibra momentul reactiv care rezultă din rotația rotorului principal și pentru controlul direcțional al elicopterului. Împingerea rotorului de coadă creează un moment în raport cu centrul de greutate al elicopterului, care echilibrează momentul reactiv al rotorului principal. Pentru a întoarce elicopterul, este suficient să schimbi valoarea tragerii rotorului de coadă. Rotorul de coadă este, de asemenea, format din lame și butuc. Rotorul principal este controlat de un dispozitiv special numit swashplate. Rotorul de coadă este controlat de la pedale. Dispozitivele de decolare și debarcare servesc ca suport pentru elicopterul atunci când sunt parcate și asigură mișcarea elicopterului pe sol, decolare și aterizare. Sunt echipate cu amortizoare pentru amortizarea șocurilor și a impacturilor. Dispozitivele de decolare și aterizare pot fi realizate sub forma unui șasiu cu roți, plutitoare și schiuri

Fig. 2 Principalele părți ale elicopterului:

1 - fuzelaj; 2 - motoare de avioane; 3 - rotor (sistem de rulment); 4 - transmisie; 5 - rotor de coadă; 6 - fascicul de capăt; 7 - stabilizator; 8 - braț de coadă; 9 - șasiu

Principiul ridicării elicei și sistemul de control al elicei

În zbor vertical nforța aerodinamică totală a rotorului principal va fi exprimată ca produsul masei de aer care curge prin suprafața măturată de rotorul principal într-o secundă de viteza jetului de ieșire:

unde πD 2/ 4 - suprafața măturată de rotor;Vviteza de zbor in domnișoară; ρ - densitatea aerului;u -viteza de ieșire a jetului în m / sec.

De fapt, tracția elicei este egală cu forța de reacție atunci când fluxul de aer este accelerat

Pentru ca elicopterul să se miște progresiv, este nevoie de o înclinare a planului de rotație a elicei, iar schimbarea planului de rotație se realizează nu prin înclinarea butucului rotorului principal (deși efectul vizual poate fi doar acela), ci prin schimbarea poziției lamei în diferite părți ale circumferinței circumferinței.

Palele rotorului principal, care descriu un cerc complet în jurul axei în timpul rotației sale, sunt înconjurate de fluxul de aer contor în diferite moduri. Un cerc complet este de 360º. Apoi, să luăm poziția din spate a lamei pentru 0 ° și apoi la fiecare 90 ° revoluție completă. Deci, o lamă cuprinsă între 0º și 180º este o lamă care avansează, iar de la 180º la 360º este o lamă care se retrage. Cred că principiul unui astfel de nume este clar. Lama care avansează se deplasează spre fluxul de aer care intră, iar viteza totală a mișcării sale în raport cu acest flux crește, deoarece fluxul în sine, la rândul său, se deplasează spre acesta. La urma urmei, elicopterul zboară înainte. Forța de ridicare crește în consecință.

Fig. 3 Modificări ale vitezei fluxului incident în timpul rotirii elicei pentru elicopterul MI-1 (viteze medii de zbor).

Situația este opusă pentru lama care se retrage. Viteza cu care această lamă, așa cum era, „fuge” este scăzută din viteza fluxului de intrare. Drept urmare, avem mai puțină ridicare. Se dovedește o diferență serioasă de forțe pe partea dreaptă și stângă a șurubului și, prin urmare, evident moment de flipping... În această situație, elicopterul va avea tendința să se dea peste cap atunci când încearcă să înainteze. Asemenea lucruri au avut loc în timpul primei experiențe de creare a vehiculelor cu aripi rotative.

Pentru a preveni acest lucru, proiectantul a folosit un singur truc. Cert este că lamele rotorului sunt fixate în butuc (aceasta este o unitate atât de masivă, montată pe arborele de ieșire), dar nu rigid. Acestea sunt conectate la aceasta folosind balamale speciale (sau dispozitive similare cu acestea). Există trei tipuri de balamale: orizontală, verticală și axială.

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

Fig. 4 Forțele care acționează pe lama suspendată de butucul elicei cu balamale.

Din 0º până la 90º viteza debitului în jurul lamei crește, ceea ce înseamnă că forța de ridicare crește și ea. Dar! Lama este acum suspendată pe o balama orizontală. Ca urmare a forței de ridicare excesivă, aceasta, întorcându-se în balama orizontală, începe să se ridice (specialiștii spun „mătura”). În același timp, datorită creșterii tragerii (până la urmă, viteza de curgere a crescut), lama se deviază înapoi, rămânând în spatele rotației axei rotorului. Acesta este exact pentru ce servește balonul vertical vertical.

Cu toate acestea, în timpul basculării, se dovedește că aerul în raport cu lama dobândește și o oarecare mișcare în jos și, astfel, unghiul de atac în raport cu debitul de intrare scade. Adică, creșterea excesului de ridicare încetinește. Această decelerație este influențată în plus de absența unei acțiuni de control. Aceasta înseamnă că împingerea plăcii de fixare atașată la lamă își păstrează poziția neschimbată, iar lama, care se leagănă, este forțată să se rotească în balama sa axială, menținută de tracțiune și, prin aceasta, reduce unghiul de reglare sau unghiul de atac în raport cu fluxul de intrare. (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 schimbării vitezei și a unghiului de atac a fluxului de intrare în timpul rotirii paletei rotorului

Până la punctul Ridicarea în exces de 90º va continua să crească, dar datorită celor de mai sus, odată cu decelerarea crescândă. După 90 ° această forță va scădea, dar datorită prezenței sale, lama va continua să se miște în sus, deși tot mai lent. Acesta va atinge înălțimea maximă de leagăn deja după trecerea punctului de 180º. Acest lucru se datorează faptului că lama are o anumită greutate, iar forțele de inerție acționează asupra ei.

Odată cu o rotație suplimentară, lama devine în retragere și toate aceleași procese acționează asupra ei, dar în direcția opusă. Mărimea forței de ridicare scade și forța centrifugă, împreună cu forța greutății, începe să o coboare. Cu toate acestea, în același timp, unghiurile de atac pentru curgerea viitoare cresc (acum aerul se deplasează deja în sus în raport cu lama), iar unghiul de reglare a lamei crește datorită imobilității tijelor. elicopter de placă ... Tot ce se întâmplă menține ridicarea lamei în retragere la nivelul necesar. Lama continuă să coboare și înălțimea minimă de leagăn atinge deja undeva după punctul 0º, din nou datorită forțelor inerțiale.

Astfel, atunci când rotorul principal se rotește, lamele elicopterului par să „flutureze” sau chiar să spună „flutter”. Cu toate acestea, este puțin probabil să observați acest flutter, ca să zic așa, cu ochiul liber. Ridicarea lamelor în sus (precum și devierea lor înapoi în balama verticală) este foarte nesemnificativă. 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 o lamă aparent „moale” îndoită în poziție staționară într-un element dur, durabil și perfect funcțional al rotorului principal al unui elicopter.

Cu toate acestea, în ciuda nesemnificației sale, este prezentă o deviere verticală a lamelor, iar rotorul principal, atunci când se rotește, descrie un con, deși este foarte superficial. Baza acestui con este planul de rotație al șurubului (vezi fig. 1.)

Pentru a da elicopterului o mișcare de translație, acest plan trebuie să fie înclinat 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 înainteze, atunci conul trebuie să fie înclinat înainte.

Pe baza descrierii mișcării lamei în timpul rotirii elicei, aceasta înseamnă că lama în poziția de 180º ar trebui să coboare, iar în poziția 0º (360º) ar trebui să crească. Adică, la punctul 180 ° ascensorul ar trebui să scadă, iar la punctul 0º (360º) ar trebui să crească. Iar acest lucru, la rândul său, se poate realiza prin scăderea unghiului de reglare a lamei la 180º și creșterea acesteia la 0º (360º). Lucruri similare ar trebui să se întâmple atunci când elicopterul se deplasează în alte direcții. Numai în acest caz, în mod natural, se vor produce modificări similare în poziția lamelor în alte puncte unghiulare.

Este clar că în unghiurile intermediare de rotație ale elicei între punctele indicate, unghiurile de reglare a lamei ar trebui să ocupe poziții intermediare, adică unghiul de instalare a lamei se schimbă pe măsură ce se deplasează într-un cerc treptat, ciclic. Aceasta este ceea ce se numește unghiul ciclic de instalare a lamei ( pas cu șurub ciclic). Subliniez acest nume, deoarece există și un pas comun al elicei (unghiul comun al lamei). Se schimbă simultan pe toate lamele cu aceeași cantitate. Acest lucru se face de obicei pentru a crește ridicarea generală a rotorului principal.

Astfel de acțiuni sunt efectuate placa de schimb a elicopterului ... Schimbă unghiul lamelor rotorului principal (pasul elicei) prin rotirea lor în balamale axiale cu ajutorul tijelor atașate la ele. De obicei, există întotdeauna două canale de control: pasul și rularea, precum și un canal pentru modificarea pasului general al rotorului principal.

Pas înseamnă poziție unghiulară avioane în raport cu axa sa transversală (nasul în sus și în jos), acren, respectiv, în raport cu axa sa longitudinală (înclinare stânga-dreapta).

Structural placa de schimb a elicopterului este destul de dificil, dar este posibil să se explice structura sa folosind exemplul unei unități similare a unui model de elicopter. Mașina model, desigur, este mai simplă decât fratele său mai mare, dar principiul este absolut același.

Fig. 6 Placă de schimb pentru modelul elicopterului

Acesta este un elicopter cu două lame. Poziția unghiulară a fiecărei lame este controlată prin tije6. Aceste tije sunt conectate la o așa-numită placă interioară2 (metal alb). Se rotește împreună cu șurubul și în stare constantă este paralel cu planul de rotație al șurubului. Dar își poate schimba poziția unghiulară (înclinare), deoarece este fixată pe axa șurubului printr-o articulație cu bilă 3. Când înclinarea (poziția unghiulară) se schimbă, acționează asupra tijelor6, care, la rândul lor, acționează asupra lamelor, întorcându-le în balamale axiale și modificând astfel pasul ciclic al șurubului.

Placă interioară în același timp este cursa interioară a rulmentului, a cărei cursă exterioară este placa exterioară a șurubului1. Nu se rotește, dar își poate schimba înclinarea (poziția unghiulară) sub influența controlului de-a lungul canalului de pas4 și a canalului de rulare5. Prin schimbarea înclinării sale sub influența controlului, farfuria exterioară schimbă înclinarea farfuriei interioare și, ca urmare, înclinarea 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 cu ajutorul mecanismului7 În acest caz, unghiul de instalare se schimbă simultan pe ambele lame.

Pentru o mai bună înțelegere, aici sunt câteva alte ilustrații ale butucului cu șurub cu o placă basculantă.

Fig. 7 Șurub de bucșă cu placă de schimb (diagrama).

Fig. 8 Rotirea lamei în balama verticală a butucului rotorului principal.

Fig. 9 Butucul rotorului principal al elicopterului MI-8

Introducere

Proiectarea elicopterului este un proces complex, în evoluție a timpului, care este împărțit în etape și etape de proiectare interrelaționate. Aeronava creată trebuie să îndeplinească cerințele tehnice și să îndeplinească caracteristicile tehnice și economice specificate la termeni de referinta pentru proiectare. Termenii de referință conțin descrierea inițială a elicopterului și caracteristicile sale de performanță care asigură eficiența economică ridicată și 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 specificați în etapa studiilor pre-proiectare, în timpul cărora se efectuează căutarea brevetelor, analiza soluțiilor tehnice existente, lucrările 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 stadiul de proiectare preliminară, este selectată o schemă aerodinamică, se formează aspectul elicopterului și se calculează parametrii principali pentru a asigura realizarea caracteristicilor de performanță specificate zborului. Acești parametri includ: masa elicopterului, puterea sistemului de propulsie, dimensiunile rotorului principal și coada, masa combustibilului, masa echipamentului instrumental și special. Rezultatele de calcul sunt utilizate la dezvoltarea machetei elicopterului și la compilarea foii de aliniere pentru a determina poziția centrului de masă.

Proiectarea unităților individuale și a ansamblurilor elicopterului, ținând cont de soluțiile tehnice selectate, se realizează în faza dezvoltării unui proiect tehnic În acest caz, parametrii unităților proiectate trebuie să satisfacă valorile corespunzătoare proiectului de proiectare. Unii dintre parametri pot fi perfecționați pentru a optimiza proiectarea. În timpul proiectării tehnice, se realizează rezistența aerodinamică și calculele cinematice ale unităților, selectarea materialelor structurale și schemele structurale.

În etapa de proiectare detaliată, proiectarea desenelor de lucru și de asamblare a elicopterului, specificațiile, listele de ridicare și alte documentații tehnice se realizează în conformitate cu standardele acceptate.

Acest referat prezinta o metodologie pentru calcularea parametrilor unui elicopter in etapa de proiectare prealabila, care este folosita pentru realizarea unui proiect de curs la disciplina "Proiectarea elicopterelor".

1. Calculul greutății la prima decolare a elicopterului

unde este masa sarcinii utile, kg;

Greutate echipaj, kg

Interval de zbor

kg.

2. Calcularea parametrilor rotorului principal al elicopterului

2.1 Radius R, m, rotor principal al elicopterului cu un singur rotor calculat după formula:

,

unde este greutatea de decolare a elicopterului, kg;

g - accelerație gravitațională egală cu 9,81 m / s 2 ;

p - sarcină specifică pe zona măturată de rotor;

 =3,14.

Valoarea specifică a sarciniip pe zona măturată de șurub este selectat conform recomandărilor prezentate în lucrare / 1 /: undep= 280

m.

Luăm raza rotorului egală cuR= 7.9

Viteză unghiulară , din -1 , rotirea rotorului este limitată de valoarea vitezei periferice R capetele lamelor, care depinde de greutatea de decolare a elicopterului și a fost R= 232 m / s.

din -1 .

rpm

2.2 Densități relative de aer pe tavane statice și dinamice

2.3 Calcularea vitezei economice la sol și la plafonul dinamic

Suprafața relativă a plăcii nocive echivalente este determinată:

UndeS nu-i așa = 2.5

Valoarea vitezei economice la sol este calculată V s , km / h:

,

undeeu = 1,09…1,10 este coeficientul de inducție.

km / h.

Se calculează valoarea vitezei economice la plafonul dinamic V decan , km / h:

,

undeeu = 1,09…1,10 este coeficientul de inducție.

km / h.

2.4 Se calculează valorile relative ale maximului și economicului de pe plafonul dinamic viteze de zbor orizontale:

,

undeV max \u003d 250 km / h șiV decan \u003d 182.298 km / h - viteza de zbor;

 R\u003d 232 m / s - viteza periferică a palelor.

2.5 Calculul raporturilor admisibile ale umpluturii tracțiunii rotorului pentru viteza maximă la sol și pentru viteza economică la plafonul dinamic:

2.6 Coeficienții de tracțiune a rotorului principal la sol și la tavanul dinamic:

,

,

,

.

2.7 Calculul umpluturii rotorului:

Umplerea rotorului principal  calculat pentru cazurile de zbor la viteze maxime și economice:

;

.

Ca valoare de umplere calculată  rotorul principal este cea mai mare valoare a  Vmax și  V decan :

Noi acceptam

Lungimea coardei b și alungirea  palele rotorului vor fi egale:

Unde z l -numărul de lame rotor ( z l =3)

m,

.

2.8 Creștere relativă a impulsului rotoruluipentru a compensa tragerile aerodinamice ale fuselajului și cozii orizontale:

,

undeS f - zona proiecției orizontale a fuselajului;

S lea - zona cozii orizontale.

S f \u003d 10 m 2 ;

S lea \u003d 1,5 m 2 .

3. Calculul puterii sistemului de propulsie a elicopterului.

3.1 Calculul puterii la agățarea unui tavan static:

Puterea specifică necesară pentru acționarea rotorului principal în modul de ridicare pe plafonul statistic este calculată după formula:

,

unde N H sf - puterea necesară, W;

m 0 - greutate de decolare, kg;

g - accelerarea căderii libere, m / s 2 ;

p - sarcină specifică pe zona măturată de rotor, N / m 2 ;

 sf - densitatea relativă a aerului la înălțimea tavanului static;

 0 - eficiență relativă rotorul principal în modul de mers (  0 =0.75);

Creșterea relativă a tragerii rotorului pentru a echilibra tracțiunea aerodinamică a fuselajului și coada orizontală:

.

3.2 Calculul densității puterii în zborul la nivel cu viteza maximă

Puterea specifică necesară pentru a conduce rotorul în zbor la nivel cu viteză maximă este calculată după formula:

,

unde este viteza periferică a capetelor palelor;

- placă nocivă echivalentă relativă;

eu nu-i așa - coeficientul de inducție, determinat în funcție de viteza de zbor prin următoarele formule:

, la km / h,

, la km / h.

3.3 Calculul densității puterii în zbor pe un plafon dinamic cu viteză economică

Puterea specifică pentru acționarea rotorului principal pe tavanul dinamic este egală cu:

,

unde  decan - densitatea relativă a aerului de pe plafonul dinamic;

V decan - viteza economică a elicopterului pe plafonul dinamic;

3.4 Calculul densității puterii în zbor în apropierea solului la viteza economică în caz de avarie a unui motor în timpul decolării

Densitatea de putere necesară pentru continuarea decolării la o turație economică în cazul unei defecțiuni a motorului este calculată după formula:

,

unde este viteza economică la sol,

3.5 Calculul puterilor specifice reduse pentru diferite cazuri de zbor

3.5.1 Puterea redusă specifică când treceți pe un tavan static este egală cu:

,

unde este caracteristica acceleratiei specifice, care depinde de inaltimea tavanului static H sf și se calculează după formula:

,

 0 - factorul de utilizare a puterii sistemului de propulsie în modul pasager, a cărui valoare depinde de greutatea de decolare a elicopteruluim 0 :

la m 0 < 10 тонн

la 10 25 tone

la m 0 \u003e 25 tone

,

,

3.5.2 Puterea redusă specifică la zborul la nivel cu viteză maximă este egală cu:

,

unde - factorul de utilizare a puterii la viteza maximă de zbor;

- caracteristicile accelerației motoarelor, în funcție de viteza de zbor V max :

;

3.5.3 Putere redusă specifică în zbor pe un plafon dinamic cu viteză economică V decan este egal cu:

,

și - gradul de accelerare al motoarelor, în funcție de înălțimea plafonului dinamic H si viteza de zbor V decan în funcție de următoarele caracteristici de accelerație:

,

.

;

3.5.4 Puterea specifică redusă în zbor aproape de sol cu \u200b\u200bviteză economică în caz de avarie a unui motor în timpul decolării este egală cu:

,

unde este factorul de utilizare a puterii la viteza de zbor economic,

- gradul de accelerare al motorului în funcționare de urgență;

n = 2 - numărul de motoare cu elicopterul.

,

,

3.5.5 Calcularea puterii necesare a sistemului de propulsie

Pentru a calcula puterea necesară a sistemului de propulsie, se selectează valoarea maximă a puterii reduse specifice:

.

Cerință de putere N sistemul de propulsie al elicopterului va fi egal cu:

,

unde m 01 - greutatea la decolare a elicopterului;

g \u003d 9,81 m 2 / s - accelerarea gravitației.

Marti,

3.6 Selectarea motorului

Acceptați două motor cu arbore turbo VK-2500 (TV3-117VMA-SB3) puterea totală a fiecăruia N =1,405∙10 6 W

MotorVK-2500 (TV3-117VMA-SB3) este proiectat pentru a fi instalat pe noile generații de elicoptere, precum și pentru a înlocui motoarele pe elicopterele existente pentru a îmbunătăți performanțele zborului lor. Este creat pe baza unui motor certificat în serie TV3-117VMA și este fabricat la V.Ya. Klimov ".

4. Calculul masei de combustibil

Pentru a calcula masa de combustibil care furnizează un interval de zbor dat, este necesar să se determine viteza de croazierăV cr ... Viteza de croazieră este calculată prin metoda aproximărilor succesive în următoarea secvență:

a) valoarea vitezei de croazieră a primei aproximări este luată:

km / h;

b) se calculează coeficientul de inducție eu nu-i așa :

la km / h

la km / h

c) puterea specifică necesară pentru a conduce rotorul principal în zbor în modul de croazieră este determinată:

,

unde este valoarea maximă a puterii reduse specifice a sistemului de propulsie,

- coeficientul de schimbare a puterii în funcție de viteza zborului V cr 1 calculat după formula:

.

d) Viteza de croazieră a celei de-a doua abordări se calculează:

.

e) Abaterea relativă a vitezei primei și a doua aproximări este determinată:

.

Când este specificată viteza de croazieră a primei aproximări V cr 1 , se ia egal cu viteza calculată a doua aproximare. Apoi calculul se repetă din punctul b) și se încheie cu condiția.

Consumul specific de combustibil este calculat după formula:

,

unde este coeficientul de modificare a consumului specific de combustibil în funcție de modul de funcționare al motoarelor,

- coeficientul de modificare a consumului specific de combustibil în funcție de viteza de zbor;

- consumul specific de combustibil în regim de decolare.

În cazul unui zbor de croazieră, este acceptat:

;

;

la kW;

la kW.

kg / W ∙ oră,

Masa de combustibil cheltuită în zbor m t va fi egal cu:

unde este puterea specifică consumată la viteza de croazieră,

- viteză de croazieră,

L - gama de zbor.

kg.

5. Determinarea masei componentelor și a ansamblurilor elicopterului.

5.1 Masa palelor rotorului este determinată de formulă:

,

unde R - raza rotorului principal;

 - umplerea rotorului,

kg,

5.2 Masa butucului rotorului principal este calculată după formula:

,

unde k tue - coeficientul de greutate al bucșelor moderne,

k l - coeficientul de influență al numărului de lame pe masa manșonului.

În calcul, puteți lua:

kg / kN,

,

prin urmare, în urma transformărilor, obținem:

Pentru a determina masa butucului rotorului principal, este necesar să se calculeze forța centrifugă care acționează pe lameN banca centrala (în kN):

,

kN,

kg.

5.3 Greutatea sistemului de control rapel, care include placa de distribuție, boosterele hidraulice, sistemul de control hidraulic al rotorului principal este calculat după formula:

,

unde b - coardă de lamă,

k nuu - coeficientul de greutate al sistemului de control rapel, care poate fi luat egală cu 13,2 kg / m 3 .

kg.

5.4 Greutățile sistemului de control manual:

,

unde k rU - coeficientul de greutate al sistemului de control manual, luat pentru elicoptere cu un singur rotor, egală cu 25 kg / m.

kg.

5.5 Masa cutiei de viteze principale depinde de cuplul arborelui rotorului principal și se calculează după formula:

,

unde k ed - coeficientul de greutate, a cărui valoare medie este de 0,0748 kg / (Nm) 0,8 .

Cuplul maxim pe arborele rotorului este determinat prin puterea redusă a sistemului de propulsieN și viteza rotorului  :

,

unde  0 - factorul de utilizare a puterii sistemului de propulsie, a cărui valoare este luată în funcție de greutatea de decolare a elicopteruluim 0 :

la m 0 < 10 тонн

la 10 25 tone

la m 0 \u003e 25 tone

N ∙ m,

Greutatea cutiei de viteze principale:

kg.

5.6 Pentru a determina masa unităților de antrenare a rotorului de coadă, se calculează tracțiunea sa T pv :

,

unde M nv - cuplul pe arborele rotorului;

L pv - distanța dintre axele rotorului principal și a cozii.

Distanța dintre axele rotorului principal și a cozii este egală cu suma razelor și a gardului liber  între capetele lamelor lor:

,

unde  - decalajul, egal cu 0,15 ... 0,2 m,

- raza rotorului de coadă, care, în funcție de greutatea de decolare a elicopterului, este:

la t,

la t,

la t.

m,

m,

H,

Putere N pv , cheltuit pe rotația rotorului de coadă, se calculează după formula:

,

unde  0 - eficiența relativă a rotorului de coadă, care poate fi luat egală cu 0,6 ... 0,65.

Marti,

Cuplul M pv transmis prin arborele de direcție este:

N ∙ m,

unde este viteza arborelui de direcție,

din -1 ,

Cuplul transmis de arborele de transmisie, N ∙ m, la o viteză n în = 3000 rpm este egal cu:

N ∙ m,

N ∙ m,

Greutate m în arbore de transmisie:

,

unde k în - factorul de ponderare pentru arborele de transmisie, care este de 0,0318 kg / (Nm) 0,67 . kg

Valoarea forței centrifuge N cBD acționând pe palele rotorului de coadă și absorbite de îmbinările butucului,

Greutatea mânecii rotorului de coadă m tue calculat folosind aceeași formulă ca pentru rotorul principal:

,

unde N banca centrala - forța centrifugă care acționează asupra lamei;

k tue - coeficientul de greutate pentru mânecă, luat egală cu 0,0527 kg / kN 1,35

k z - coeficientul de greutate, în funcție de numărul de lame și calculat după formula: kg,

Masa echipamentului electric al elicopterului se calculează după formula:

,

unde L pv - distanța dintre axele rotorului principal și a cozii,

z l - numărul de lame rotor,

R - raza rotorului principal;

 l - alungirea relativă a palelor rotorului;

k etc și k e-mail - factorii de ponderare pentru firele electrice și alte echipamente electrice, ale căror valori sunt egale:

,

Calculul și construcția stâlpilor de aterizare 3.4 Calcul și construcții ... / S 0.15 10. Date generale 10.1 Decolare greutate aeronave kg m0 880 10 ...

Calcul performanța de zbor a aeronavei An-124

Examinare \u003e\u003e Transport

Cursuri de aerodinamică " Calcul caracteristicile aerodinamice ale aeronavei An ... și tipul de motoare Decolare tracțiunea unui motor Decolare puterea unui motor ... motor turbojet 23450 - decolare greutate avioane Greutate Aeronavă goală încărcată Payload ...

Calcul legea controlului mișcării longitudinale a aeronavei

Activitate de curs \u003e\u003e Transport

Schimbarea poziției în mișcare mase accelerometrul este fixat de un potențiometric sau ... sistem de control. Ca instrument calcule se recomandă utilizarea pachetului MATLAB, ... zbor; b) când este parcat decolare bandă; c) în cădere liberă ...

Pregătirea înainte de zbor

Examinare \u003e\u003e Aviație și Astronautică

Actualul decolare masa viteza de luare a deciziilor V1 este determinată. Calcul sarcină utilă maximă Neschimbată greutate = greutate ...

Istoria realizării filmului Dacă mâine este război

Rezumat \u003e\u003e Cultură și artă

...) Greutate gol: 1.348 kg Normal decolare greutate: 1.765 kg maxim decolare greutate: 1 859 kg Greutate combustibil ... caracteristici: calibru, mm 152,4 Calcul, oameni zece Greutate în poziție depozitată, kg 4550 ...