Рис.18 Силы, действующие в плоскости вращения
Силы сопротивления создают моменты изгиба, действующие на конструк-цию лопасти и втулки. Максимальный изгибающий момент воспринимает втулка НВ (рис. 18).
При косом обтекании НВ силы сопротивления лопастей изменяются по азимуту в зависимости от эффективной скорости, поэтому их изгибающие моменты также изменяются по азимуту.
Центробежные силы нагружают лопасть вдоль её оси.
При поворотах лопастей в плоскости тяги (маховых колебаниях) каждая лопасть находится одновременно в двух движениях – окружном и маховом. При наложении этих двух движений на лопасть начинает действовать допол-нительная сила инерции − Кориолиса.
Причину возникновения сил Кориолиса можно объяснить, используя закон сохранения энергии (рис. 19).
Рис. 19 К возникновению сил Кориолиса
При поворотах лопасти вверх или вниз (маховых колебаниях) кинетичес-кая энергия лопасти сохраняется постоянной при любом положении относи-тельно плоскости вращения:
m ( w 1 r 1 )2 = m ( w 2 r 2 )2
2 2
Здесь:
m – масса лопасти;
r 1 и r 2 – расстояние от центра масс лопасти до оси вращения НВ до и после взмаха (положения 1 и 2);
w1 и w2 — угловые скорости вращения лопасти, соответствующие положениям 1 и 2.
При повороте лопасти вверх её центр масс приближается к оси вращения НВ, уменьшается радиус r, лопасть стремится уменьшить окружную ско-рость вращения. Сила Кориолиса увеличивается и действует на раскрутку лопасти, чтобы сохранить запас энергии.
При повороте лопасти вниз из положения 2 в положение 1 радиус r увеличивается, лопасть стремится увеличить окружную скорость. Возникающая сила Кориолиса препятствует ускорению вращения и направ-лена на торможение лопасти.
Силы Кориолиса создают моменты изгиба, изменяющиеся по величине и по направлению. Они дополнительно нагружают лопасть и втулку в плос-кости вращения (рис.18).
Вывод : Благодаря креплению лопастей к втулке при помощи упругих эле-ментов они совершают маховые движения (функция «взмах лопасти») в плоскости тяги и колебания в плоскости вращения (функция «лобовое сопротивление»).
На несущем винте с полужесткой втулкой упругие элементы работают как шарниры и поэтому моменты изгиба на втулку не передаются, конструкция облегчается, повышается ресурс работы несущей системы. Несущая система способна длительно работать, несмотря на воздействие больших нагрузок в полёте.
Втулка STARFLEX обеспечивает упругий возврат лопастей в направлениях взмаха и лобового сопротивления (оконечности звезды и эластомерные подушки действуют как пружины).
Ответвления звезды втулки упруги в направлении взмаха. Под воздействием усилия взмаха они деформируются вверх и вниз, обеспечивая взмах узла "лопасть-муфта" вокруг центра О сферического слоистого упора. (Эластичная деформация упора), рис. 19. 1,а.
Функция " Взмах лопасти"
а)
 |
б)
 |
Функция "Лобовое сопротивление
в)
Рис. 19.1 Функциональные свойства втулки винта
Ответвления звезды втулки жестки в направлении лобового сопротивления, рис. 19. 1. б.
Под воздействием лобового сопротивления агрегат «лопасть-муфта» пово-рачивается относительно центра О слоистого сферического упора. Эластомерные подушки одновременно обеспечивают амортизацию, которая ограничивает амплитуду колебаний, (рис. 19.1, в)
В то же время качания лопастей в плоскости вращения могут способствовать возникновению наземного резонанса (рис.19.2).
1.4.10 Наземный резонанс
Когда вертолет находится в полете, винты, двигатель и трансмиссии являются источниками вибрации, которые передаются на конструкцию; каждый элемент имеет собственную частоту вибрации.
Производитель постарался уменьшить уровень вибраций путем согласования индивидуальных частот элементов конструкции вертолета. В полете, когда вертолет находится в автономном режиме, уровень вибраций всегда стабилизируется: он не растет и не уменьшается.
Наоборот, когда вертолет находится на земле с вращающимся винтом, вибрации находят точку опоры в виде шасси.
Если собственная частота вибраций шасси сближается с частотой вибраций несущего винта, при каждом обороте лопастей вибрации усиливаются, получая новый импульс. Амплитуда вибраций быстро увеличивается. Эти увеличивающиеся вибрации и соответствующие колебания могут привести к разрушению и опрокидыванию вертолета. ЭТО — ЯВЛЕНИЕ НАЗЕМНОГО РЕЗОНАНСА.
Гибкая стальная пластина, прижатая книзу, удлиняет заднюю часть лыж, увеличивая гибкость шасси и распределяя собственную частоту узла таким образом, чтобы не возникало явления наземного резонанса.
Кроме того, между гибкой передней опорой шасси и конструкцией находятся амортизаторы, которые обеспечивают гашение вибраций и предотвращают нарастание колебаний (рис. 19,2).
Гибкие поперечины, лыжи и их стальные пластины позволяют смягчить вертикальную потерю скорости вертолетом в момент посадки. Энергия удара поглощается амортизаторами, а также лыжами, которые соприкасаются с землей.
Рис. 19.2 Действие амортизаторов шасси
1.4.11 Понятие о балансировке еврокоптера
При управлении летательным аппаратом пилот осуществляет балансиров-ку, то есть процесс выдерживания состояния равновесия на данном режиме полёта. Для анализа движения ЛА используется так называемая связанная сис-тема координат, состоящая из трех взаимно перпендикулярных осей, непод-вижно связанных с вертолетом (см. рис.22).
Начало координат выбрано в центре масс еврокоптера. Зная направление осей, можно определить силы, действующие в продольной, поперечной и ази-мутальной плоскостях, а также моменты этих сил.
