Момент на втулке НВ за счет разноса ГШ

 

Если ГШ лопастей совмещены, то при любом завале конуса вращения НВ центробежные силы лопастей Fцб и равнодействующая НВ Rн прило­жены в одной и той же точке - центре втулки НВ.

Если ГШ разнесены относительно центра втулки на расстояние lгш (разнос ГШ), центробежные силы, воспринимаемые горизонтальными шар­нирами, образуют пары сил с плечом С.

Линия действия равнодействую­щей НВ Rн „ смещается относительно центра втулки на расстояние OL (рис. I.I5). Возникает момент Мгш= 2 Fцб∙с. Мгш называется инерционным моментом на втулке за счет разноса ГШ. Чем больше раз­нос ГШ lгш, тем больше Мгш.

Свойства инерционного момента на втулке за счет разноса ГШ:

- появляется только на втулке, имеющей разнесенные ГШ;

- возникает только при косом обтекании НВ;

- направление действия Мгш совпадает с направлением завала конуса вращения НВ, поэтому Мгш одновременно действует в двух плос­костях: продольной и поперечной. Так как конус вращения НВ отклоняется назад и вбок, это приводит к дополнительному кабрированию и правому крену вертолета.

Недостатками НВ с разнесенными ГШ являются: ухудшение балансировки вертолета при висении с ветром; в полете без скольжения увеличивается правый крен.

Преимущества НВ с разносом ГШ: повышаются эффективность продоль­но-поперечного управления вертолетом при отклонении ручки циклического шага и аэродинамическое демпфирование вертолета в возмущенном движении (динамическая устойчивость вертолета).

Контрольные вопросы

1. Какие моменты поворачивают лопасть относительно ГШ?

2. Назвать условия равновесия лопасти относительно ГШ.

3. В чем состоит причина маховых движений лопастей?

4. Как изменяются углы взмаха лопастей по азимуту и почему?

5. Как изменяются углы атаки элементов лопастей по азимуту?

6. Как распределяются тяги лопастей по ометаемой площади?

7. В чем смысл демпфирования маховых колебаний аэродинамическими центробежными силами?

8. Сформулировать преимущество и недостатки НВ, имеющего ГШ.

9. В чем состоит назначение и принцип действия регулятора взмаха?

10.Что такое конус и завал конуса вращения НВ? Какое влияние оказывает на поведение вертолета естественный завал конуса вращения НВ?

11.Каково назначение разноса горизонтальных шарниров НB? Что представляет собой инерционный момент на втулке за счет разноса ГШ?

Работа лопастей относительно вертикальных шарниров

Силы, действующие в плоскости вращения НВ

В плоскости вращения НВ на каждую лопасть действуют:

сила сопротивления вращению Хл, действующая на плече 0,7 rн и направленная против вращения НВ (см.рис. 1.8);

центробежная сила Fцб, действующая в радиальном направлении перпендикулярно оси вращения НВ (см.рис. 1.13).

При жестком креплении лопасти силы сопротивления Хл создают мо­менты изгиба, действующие на конструкцию лопасти и втулки. Максимальный изгибающий момент

 

Рис.1.23 Силы, действующие на лопасть, в плоскости вращения НВ

 

 

воспринимает втулка НВ (рис. I.23).

При осевом обтекании НВ изгибающие моменты, действующие на ло­пасть в плоскости вращения, в любом азимуте одинаковы. При косом об­текании НВ силы сопротивления лопастей, как и силы тяги, изменяются по азимуту в зависимости от эффективной скорости, поэтому их изгибающие моменты изменяются по значению в зависимости от азимута лопасти.

Таким образом, на жестком НВ на каждую лопасть в плоскости вращения НВ действуют две силы: сопротивление вращению и центробежная.

При наличии ГШ, при работе НВ в косом потоке каждая лопасть участвует в двух движениях - окруж­ном и маховом. В результате наложения двух движений в плоскости вращения возникают до­полнительные силы − Кориолиса.

Причину возникновения сил Кориолиса можно объяснить, используя закон сохранения энергии (Рис.1.24):

Рис.1.24
К возникновению сил Кориолиса

 

 

При взмахах лопасти ее кинетическая энергия сохраняется постоянной при любом положении относительно плоскости вращения:

m(w₁r₁)² = m(w₂r₂)²

2 2

Здесь: m – масса лопасти; r1 и r2 – расстояние от центра масс лопасти до оси вращения НВ до и после взмаха (положения 1 и 2); w₁и w₂-угловые скорости вращения лопасти, соответствующие положениям 1 и 2.

При повороте лопасти относительно ГШ вверх центр масс приближается к оси вращения НВ, следовательно, уменьшается радиус r, лопасть стремится уменьшить окружную скорость вращения. Но запас кинети­ческой энергии будет сохраняться за счет возникновения сил Кориолиса, которые стремятся увеличить окружную скорость лопасти.

По мере поворота лопасти вверх сила Кориолиса увеличивается и направлена на раскрутку лопасти.

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 направлена на торможение лопасти.

Таким образом, силы Кориолиса –это поворотные силы инерции и поэтому приложены в центре масс лопастей. На плече r они создают моменты изгиба, нагружающие лопасть и втулку в плоскости вращения (рис. I.23).

При работе НВ на режиме косого обтекания изгибающие моменты от сил Кориолиса изменяются по зна­чению и направлению.

Вывод: При жестком креплении лопастей в плоскости вращения конструкция НВ воспринимает большие знакопеременные нагрузки, что приводит к утяжелению конструкции, снижению ее ресурса. Для разгрузки втулки НВ и комлевых частей лопастей от моментов изгиба в плоскос­ти вращения устанавливаются вертикальные шарниры (ВШ).