Оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
несущие винты с рессорным креплением лопастей, которые можно считать разновидностью винтов первого типа [5].
Рисунок 1.3 - Типы несущих винтов, где а - с шарнирной подвеской лопастей; б - с общим горизонтальным шарниром; в - на кардане; г - с жестким креплением лопастей; 1 - горизонтальный шарнир (ГШ); 2 - вертикальный шарнир (ВШ); 3 - осевой шарнир (ОШ); 4 - общий горизонтальный шарнир; 5 - кардан
Шарнирная подвеска лопастей несущего винта к втулке позволяет им совершать три вида поворотных движений [4]:
. Лопасть может поворачиваться вокруг оси, проходящей вдоль ее размаха, изменяя свой установочный угол, величина которого в формулах обозначается буквой ?. Угол ? называется еще шагом лопасти.
. Лопасть может поворачиваться около горизонтального шарнира (ГШ), совершая маховые движения. Угол взмаха обозначается буквой ?. Взмах вверх и вниз конструктивно ограничен упорами, но так, что при работе лопасть никогда их не касается. Нижний упор является ограничителем свисания лопасти при стоянке вертолета.
. Лопасть может поворачиваться около вертикального шарнира (ВШ). Угол поворота лопасти относительно вертикального шарнира называется углом отставания или опережения и обозначается буквой ?. Этот угол конструктивно также ограничен упорами.
Другим типом крепления лопастей является упругое крепление к втулке НВ при помощи торсионов, представляющих собой пакет упругих пластин, заменяющий ГШ или ВШ.
Пакеты торсионных пластин попарно соединяют противолежащие лопасти и воспринимают центробежные силы. Они же позволяют лопасти совершать маховое движение в плоскости тяги и поворачиваться относительно своей продольной оси [1]. На рисунке 1.4 представлена втулка с торсионным креплением лопастей несущего винта вертолета MD-500.
Рисунок 1.4 - Втулка НВ вертолета MD-500 с торсионами
Такая схема установки втулки позволила разгрузить приводной вал главного редуктора от переменных изгибающих нагрузок, возникающих на винте, и обеспечить посадку вертолета на авторотации в случае разрушения приводного вала.
Пластины торсиона растянуты центробежной силой. Они изгибаются при изгибных колебаниях лопасти в плоскости взмаха. Возникающие при этом напряжения уменьшают, помещая над и под торсионом специальные детали, ограничивающие его деформации. При изменении угла установки происходит закрутка обеих ветвей торсиона. Изгибные колебания лопасти в плоскости вращения приводят к изменению осевой силы в каждой ветви торсиона. В целом в поперечном сечении пластины возникают в основном нормальные напряжения от действия перечисленных факторов. Они имеют значительную переменную составляющую. Поэтому главной является задача обеспечения достаточного ресурса [1].
.3 Лопасти несущего винта вертолета
1.3.1 Основные характеристики
Лопасть НВ представляет собой вращающееся крыло большого удлинения и характеризуется определенной совокупностью геометрических и кинематических параметров, относящихся ко всей лопасти или к ее отдельном сечениям [6].
Лопасти при поступательном полете вертолета вращаются вокруг оси НВ, перемещаются вместе с вертолетом в пространстве, изменяют свое угловое положение, поворачиваясь в указанных шарнирах при каждом обороте винта [6].
Аэродинамика несущей поверхности определяется прежде всего формой ее поперечных сечений. Профиль представляет собой контур, образующийся при пересечении крыла или лопасти плоскостью, перпендикулярной ее продольной оси, и характеризующийся совокупностью геометрических параметров. Прямая, соединяющая две наиболее удаленные точки профиля, называется хордой [6]. От внешних форм лопасти зависит получение высоких значении подъемной силы и максимальной скорости горизонтальною полета при заданной мощности двигателя и т. д. Поэтому профиль лопасти должен обладать большим аэродинамическим качеством, малым изменением положения центра давления в рабочем диапазоне углов атаки сечений лопасти, высокими значениями коэффициента подъемной силы Сy max, угла атаки сечения ?крит. и крутящего момента Мкр., обеспечивать способность перехода на режим самовращения (авторотации) в большом диапазоне углов атаки и возможность простого конструктивного и технологического выполнения лопасти [5].
Круткой лопасти ?? называется разность углов установки в комлевом и концевом сечениях лопасти (рисунок 1.5). У большинства лопастей крутка составляет 6-12. Крутку из соображений аэродинамики (улучшения КПД) желательно увеличивать, но при этом в конструкции лопасти растут переменные напряжения, что снижает ее ресурс. Крутка дает более равномерное распределение аэродинамических сил вдоль лопасти и уменьшает индуктивные потери НВ, вызываемые неравномерностью индуктивного потока. Кроме того, крутка увеличивает углы атаки сечений лопасти, расположенных близко к оси винта, где окружная скорость мала, что повышает их эффективность [1].
Рисунок 1.5 - Незакрученная (а) и закрученная (б) лопасти
Обычно лопасти несущих винтов вертолетов аналогично крыльям самолетов, имеют отрицательную геометрическую крутку, так что у комля углы атаки больше, чем на конце. Такая крутка приводит к затягиванию срыва потока на конце лопасти, идущей по потоку, и увеличивает значение критического изгибающего момента концевых профилей, что позволяет повысить скорость полета вертолета [5].
Форма лопасти в плане может быть прямоугольной, трапециевидной и смешанной