Ограничения по частоте вращения НВ

Минимально допустимая частота вращения НВ nнmin= 89%. Данное ограничение позволяет обеспечить необходимые запасы:

- путевого управления на взлете и посадке;

- продольно-поперечного управления в полете по маршруту;

- по срыву потока с лопастей на максимальной скорости полета;

- кинетической энергии вращения НВ при переходе на режим самовращения НВ.

Максимально допустимая частота вращения НВ установлена:

103% в течение не более 3с;

105% на режиме МГ в течение не более 5с. Ограничение позволяет:

- обеспечить прочность редуктора, втулки, автомата перекоса и лопастей НВ по центробежным силам;

- предотвратить волновой кризис на концах наступающих лопастей;

- получить запас по флаттеру лопастей.

 

Контрольные вопросы

1. Какова цель продольно-поперечного управления?

2. В чем состоит принцип продольно-поперечного управления?

3. Как построена кинематика продольно-поперечного управления?

4. Что такое изменение циклического шага? Каково его влияние на завал конуса вращения НВ?

5. Каково назначение и устройство опережения управления?

6. Каким образом изменяется величина и направление равнодействующей НВ?

7. Как влияет темп перемещения рычага "шаг-газ" на частоту вра­щения НВ?

8. Как влияет темп отклонения РЦШ на частоту вращения НВ?

9. Как влияет темп отклонения педалей на частоту вращения НВ?
10. Объяснить причины ограничений максимальной и минимальной час­тоты вращения НВ.

Основы аэродинамики рулевого винта

Назначение и характеристики РВ

Рулевой винт (РВ) предназначен для уравновешивания реактивного момента НВ, обес­печения путевой управляемости и устойчивости вертолета.

Рулевой винт вертолета Ми-8 имеет следующие характеристики:

- тип - толкающий ВИШ, реверсивный по тяге;

- направление вращения лопастей: в верхнем положении лопасти- вперед по полету;

- диаметр рулевого винта dрв=3,9м;

- ометаемая площадь Fрв=12м²;

- Кл=3; Кб=1; заполнение σрв=0,135;

- форма лопасти прямоугольная, профиль NASA- 230м;

- втулка имеет осевые шарниры и совмещенные ГШ типа "кардан";

- диапазон изменения углов установки лопастей jрв от − 7⁰ до +21⁰ 30’;

- углы установки изменяются с помощью педалей;

- вращение РВ осуществляется от главного редуктора НВ через промежуточный и хвостовой редукторы. При жесткой связи НВ и РВ окружные скорости на концах лопастей НВ и РВ одинаковы Так как dрв<dн, поэтому nрв>nн;

- для привода РВ (на преодоление реактивного момента) затрачивается от 6,5% до 9,5% мощности двигателей.

Особенности аэродинамики РВ

Схема (рис.2.1.) показывает, что путевое равновесие обеспечива­ется при условии: Мун = Мур = Трв∙ lрв,

где Трв - тяга РВ, lрв -плечо силы тяги РВ относительно центра масс;

Мун - реактивный момент от НВ;

Мур-компенсирующий момент от РВ.

 

Рис.2.1 Схема образования тяги РВ

 

 

В моторном полете тяга РВ направлена влево, перпендикулярно на­правлению полета. Для изменения направления движения необходимо развернуть вертолет относительно вертикальной оси, для чего пилот изменяет силу тяги РВ Трв.

Сила тяги РВ - это аэродинамическая сила, возникающая при вращении лопастей РВ и действующая вдоль оси его вращения.

Сила тяги РВ рассчитывается по формуле:

Трв=0,5Czрвr(wрв∙rрв)²Fрв, где Czрв - коэффициент тяги РВ, зависящий от геометрии РВ и углов атаки лопастей РВ.

В свою очередь, углы атаки лопастей РВ изменяются под действием следующих факторов:

- при изменении углов установки лопастей РВ (от педалей управления);

- при изменении скорости осевой обдувки РВ (от бокового ветра, разворотов, боковых перемещений вертолета).

Формула показывает, что на тягу РВ влияют следующие факторы:

1. Углы установки лопастей jрв. При отклонении правой педали jрв­,ar­,Трв­.При отклонении левой педали jрв¯,ar¯,Трв¯.

На РСНВ углы установки отрицательные. Поэтому направление тяги РВ изменяется на противоположное.

2. Скорость поступательного движения вертолета. При V=0 РВ работает на режиме осевого обтекания. При посту­пательном движении РВ работает на режиме косого обтекания. Следова­тельно, тяга возрастает, так как увеличивается массовый расход воз­духа.

При V>160¸170 км/ч тяга Трв уменьшается, так как усиливают­ся срывные явления на лопастях РВ.

3. Плотность воздуха. При повышении ρ тяга Трв ­, при понижении r тяга Трв ¯ при постоянном шаге. Следовательно, эффективность РВ снижается при повышении tнв и увеличении Нбар.

4. Частота вращения НВ. РВ кинематически связан с главным редуктором НВ,

 

следовательно, в случае уменьшения nн уменьшается nрв. При этом уменьшаются окружные скорости обтекания лопастей, Трв падает пропорционально n².

Влияние боковой обдувки

 

Боковая обдувка может действовать на рулевой винт в виде бокового ветра, при боковых перемещениях вертолета, разворотах (угловых вращениях), скольжениях.

При обдувке слева, по сравнению со штилевыми условиями, увеличива­ются осевые скорости обтекания элементов, так как направление обдувки U и индуктивного потока Vi совпадают (см. рис. 2.1.).

Следователь­но, углы притекания элементов лопастей РВ β увеличиваются, а углы атаки a уменьшаются (см. рис.1.7), тяга Трв уменьшается, эффективность РВ снижается.

При обдувке справа, по сравнению со штилевыми условиями, осевые скорости элементов, наоборот, уменьшаются, так как U и Vi направлены в противоположные стороны (рис. 2.2).

 

Рис.2.2 Работа рулевого винта при ветре справа

 

Следовательно, углы притекания β уменьшаются, углы атаки a увеличиваются. Это сопровождается увеличением тяги НВ Трв.

Но это справедливо до определенных скоростей обдувки справа.

При сильном ветре справа углы атаки становятся закритическими, возникает срыв потока в корневых частях ло­пастей.

Кроме этого на РВ развивается вихревое кольцо, так как усло­вия обтекания РВ воздушным потоком аналогичны процессу обтеканию НВ при вертикальном снижении. Происходит резкое снижение тяги РВ.

Вывод: Влияние обдувки справа и слева неодинаково. Боковой ветер справа приводит к более резкому уменьшению ("провалу") тяги РВ.

На­пример, при скорости ветра слева U= 10 м/с тяга РВ снижается примерно на 10%, а при ветре справа почти в 1,5 раза. Поэтому в РЛЭ вертолёта МИ-8 введены огра­ничения по скорости бокового ветра при висении и перемещениях вертолета:

справа – 5 м/с; слева - 10 м/с.