Оптимизация конструкции лонжерона лопасти несущего винта вертолета
Дипломная работа - Транспорт, логистика
Другие дипломы по предмету Транспорт, логистика
? горизонтального шарнира. Уравновешиваются эти нагрузки реакцией R втулки в горизонтальном шарнире;
Нагрузки, действующие в плоскости вращения винта (рисунок 1.12, б). К ним относятся: лобовое сопротивление Qa (направлено против вращения, по касательной к окружности, которую описывает центр давления лопасти); инерционная сила Nин от колебаний относительно вертикального шарнира (дающая момент, направленный противоположно угловому ускорению); центробежная сила Nцб, и кориолисова сила Fкop. от махового движения лопасти относительно горизонтального шарнира.
Для прочности лопасти наиболее существенными являются нагрузки обеспечивающие равновесие моментов относительно горизонтального шарнира и действующие в плоскости ее наименьшей жесткости - плоскости взмаха.
Величина и распределение погонных нагрузок по размаху лопасти зависят от ряда факторов: аэродинамических характеристик профиля, установочного угла, формы лопасти в плане, крутки лопасти и скорости потока, ее обтекающего, от азимутального положения лопасти. Последний фактор приводит к тому, что в отличие от крыла самолета на одном и том же режиме полета величина и распределение нагрузки по размаху лопасти циклически меняются.
Рисунок 1.12 - Силы, действующие на лопасть несущего винта, где а - в плоскости взмаха; б - в плоскости вращения винта; в - составляющие погонной центробежной силы
Величина воздушной нагрузки, приходящейся на одну лопасть, определяется по формуле 1.1.
(1.1)
где пэ - эксплуатационная перегрузка; пР - расчетная разрушающая перегрузка; G - вес вертолета; z - число лопастей несущего винта; f - коэффициент безопасности.
Массовые нагрузки представлены нагрузкой от веса лопасти Y к и центробежной силой Nцб.
(1.3)
где rц.т. - радиус центра тяжести, ? - угловая скорость вращения НВ.
Погонные массовые нагрузки от веса лопасти qук и центробежной силы qN.
При расчетах погонную нагрузку qN раскладывают на две составляющие, действующие вдоль и перпендикулярно оси лопасти в плоскости ее наименьшей жесткости
Под действием qN1 лопасть работает на растяжение, qN2 является поперечной нагрузкой лопасти, разгружающей ее от действия аэродинамических сил .
Инерционная нагрузка от махового движения лопасти относительно горизонтального шарнира
Распределение этих сил по радиусу лопасти зависит не только от r и qл, но и от положения лопасти по азимуту (сомножитель d2?/dt2).
Общая погонная нагрузка qу равна сумме всех погонных нагрузок
Под действием воздушных и массовых сил в сечениях лопасти возникают усилия: поперечные Q и осевые N силы, изгибающие Мизг. и крутящие Мкр моменты.
Практически интегрирование можно заменить суммированием, разбивая лопасть на ряд участков длиной ?r.
Анализ расчетов показывает, что максимальные значения изгибающих моментов получаются на расстоянии (0,35 - 0,5) R от оси вращения.
В общем случае центр жесткости (ЦЖ), центр тяжести (ЦТ) и центр давления (ЦД) на профиле не совпадают (рисунок 1.13) и появляется крутящий (шарнирный) момент Мкр , который действует относительно оси жесткости лопасти, практически совпадающей с осью осевого шарнира.
Силы и шарнирный момент, действующие на лопасть, представляют собой суммы отдельных гармонических составляющих (гармоник), каждая из которых изменяется с определенной частотой, кратной частоте вращения НВ.
Рисунок 1.13 - Возникновение крутящего момента
(1.13)
где хд, хж, хт - координаты центра давления, центра жесткости и центра тяжести относительно носка профиля соответственно.
1.4.2 Нагрузки, действующие на лонжерон
От аэродинамических и инерционных сил в сечении лонжерона лопасти возникает равнодействующая сила и момент. Сила может бить разложена на три компонента. Два из них являются поперечными силами в плоскости сечения вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, одну из которых можно приближенно считать совпадающей с хордой профиля. Третьим компонентом является осевая сила N (вдоль оси лопасти). Момент состоит из изгибающих моментов в плоскости взмаха и плоскости вращения и крутящего момента.
Так как поперечные силы значения не имеют, то они не рассматриваются.
Осевая сила практически равна центробежной, возникающей вследствие вращения винта. Она вызывает растяжение лонжерона. В связи с тем, что центробежная сила Nцб имеет большую величину (десятки тонн), в поперечном сечении лонжерона появляются большие нормальные напряжения. Они практически не изменяются по величине, поэтому являются статической подгрузкой, которая может вызвать снижение долговечности. С учетом этого при проектировании выбирают площадь поперечного сечения лонжерона. От крутящего момента в сечении лонжерона возникают касательные напряжения, не оказывающие заметного влияния на ресурс. Исключение может составить комлевая часть лопасти из композиционных материалов из-за наличия отверстий для крепления наконечника. Крутящий момент комлевой части лопасти передается на систему управления и определяет ее прочность [1].
На рисунке 1.14 представлена схема распределения сил и моментов относительно сечения лонжерона.
Рисунок 1.14 - Распределение сил и моментов в лонжероне, где N - центробежная сила, Q - поперечная сила, Мz - крутящий момент, Мz -изгибающий момент
Наибольшее для ресурса значение имеют изгибающие моменты. Они являются п?/p>