Равновесие лопасти относительно ВШ

В общем случае на лопасть в плоскости вращения действуют следую­щие силы: сопротивления вращению Хл, Кориолиса F_К, центробежная Fцб (рис. 1.23). Действуя на своем плече, эти силы создают моменты от­носительно ВШ.

Силы Кориолиса изменяются по значению и направлению в зависимости от взмаха лопастей. Силы сопротивления Хл изменяются незначительно, благодаря выравниванию аэродинамических сил на НВ с ГШ. Лопасть будет находиться в положении равновесия относительно ВШ, если алгебраи­ческая сумма моментов, действующих в плоскости вращения, равна ну­лю: åМвш= 0. Условие равновесия выполняется только при работе НВ на режиме осевого обтекания. При этом лопасти от­клонены под действием сил Хл на одинаковый угол отставания ξл (рис1.23).

В косом потоке равновесие лопасти непрерывно нарушается. Лопасть совершает качания относительно ВШ, при этом на моторных режимах по­лета лопасть движется с отставанием относительно радиального поло­жения, а на режиме самовращения НВ - с опережением.

На основных эксплуатационных режимах средний угол качания составляет примерно 5°. С учетом этого конструктивный угол между радиальной линией и осью ГШ выбран меньше 90° на 5°4'19", что достигается смещением середины проушины ГШ на расстояние, =50 мм в направлении вращения НВ (рис. 1.19). Вынос а позволяет обеспечить равномерное нагружение подшипников ГШ, так как при отставании лопасти ее равнодействующая Rл должна быть направлена перпендикулярно оси ГШ.

Итак, НВ с ВШ имеет следующие преимущества: моменты изгиба на втулку не передаются, конструкция облегчается, повышается ресурс работы несущей системы.

В то же время к недостаткам НВ с ВШ следует отнести: возможность возникновения явления"земного резонанса" вер­толета, возможность заброса лопастей относительно ГШ (не­устойчивость маховых движений).

Для уменьшения вероятности "земного резонанса" вертикальные шарниры снабжены гидродемпферами гашения колебаний (рис. 1.25):

 

Рис 1.25 Гидродемферы ВШ для гашения колебаний

Контрольные вопросы

1. Какие силы действуют на лопасть в плоскости вращения?

Какова причина возникновения сил Кориолиса? В каком направлении они действуют?

3. Какое влияние на работу лопасти оказывают силы в плоскости вращения?

4. В чем недостатки НВ без ВШ? Каково назначение ВШ?

5. В чем недостатки НВ, имеющего ВШ?

Явления на НВ, угрожающие безопасности полета

Критические зоны обтекания

К критическим относятся: зона обратного обтекания, зона срыва потока, зона волнового кризиса лопастей (Рис.1.26):

Рис.1.26 Критические зоны обтекания НВ

Срыв потока - это нарушение плавного безотрывного обтекания, на­блюдаемое на углах атаки, близких к критическому (рис. 1.18).

При работе НВ в косом потоке углы атаки элементов лопастей рас­пределяются неравномерно и достигают максимальных значений в азиму­те 270° (рис. 1.17). Наибольший прирост углов атаки при взмахе вниз имеют концевые элементы лопасти (рис. 1.16).

Чем больше амплитуда взмаха, тем больше прирост угла атаки. Срыв потока зарождается на концах лопастей в азимуте 270° и постепенно охватывает соседние эле­менты (рис. 1.26).

Зона срыва потока расширяется в следующих случаях:

-при увеличении углов установки лопастей (шага НВ), т. е. при переходе на повышенный режим работы силовой установки; - при понижении частоты вращения НВ;

-при увеличении поступательной скорости движения;
-при увеличении вертикальной скорости снижения.

Признаками срыва потока являются: усиление вибраций, ухудшение управляемос­ти вертолета, разбалансировка вертолета (самопроизвольное кабрирование и крен вправо).

Рекомендации:

•не допускать увеличения скорости больше Vmax для данной массы и высоты полета;

•при возникновении признаков срыва уменьшить скорость и шаг НВ.

Волновой кризис - это явление резкого изменения аэродинамических характеристик профиля лопасти при достижении критического числа М.

Явление волнового кризиса сопровождается появлением скачков уплот­нения на поверхности лопасти при достижении скоростей обтекания, близ­ких к звуковым. В несколько раз возрастает профильное сопротивление, падает аэродинамическое качество лопасти, усиливаются вибрации.

Волновой кризис наступает в первую очередь на концевых элементах наступающих лопастей в азимуте 90°, имеющих максимальную эффективную скорость обтекания Vэф=wнr +Vo. Постепенно волновой кризис охватывает соседние элементы лопастей. При увеличении высоты по­лета скорость звука уменьшается, поэтому уменьшается значение ско­рости полета, при которой наступает волновой кризис.

Зона волнового кризиса расширяется при увеличении поступательной скорости, частоты вращения НВ и высоты полета.

Признаки волнового кризиса: усиление вибраций, ухудшение управ­ляемости, снижение и разбалансировка вертолета.

Рекомендации: не нарушать установленных ограничений по частоте вращения НВ nн, по максимальной скорости Vmax на данной барометри­ческой высоте полета.

Вывод: Критические зоны обтекания НВ являются причиной дополни­тельных потерь на НВ, вызывающих ухудшение управляемости, устойчи­вости вертолета, усиление вибраций.

Режим вихревого кольца НВ

Режим вихревого кольца - это снижение вертолета с работающими двигателями, при котором НВ образует вокруг себя воздушный вихрь в виде кольца (Рис.1.27).

Для Ми-8 наступает на малых поступательных скоростях менее 40 км/ч, с вертикальными скоростями Vу > 4 м/с.

При вертикальном снижении вертолета на несущий винт действуют два потока - индуктивный со скоростью Vi и от вертикального сниже­ния - со скоростью Vу. При снижении с малой скоростью Vу вертикальный поток "догоняет" индуктивный на значительном уда­лении от НВ (Рис.1.27).

 

 

Рис.1.27 Схема образования вихревого кольца НВ

 

Образуется поверхность раздела потоков а-а, где ско­рости частиц воздуха равны нулю. Индуктивный поток "останавливает­ся" и поворачивается навстречу НВ, частично засасывается НВ и сно­ва отбрасывается вниз.

При увеличении скорости снижения Vу поверхность а-а находится ближе к НВ и замыкается над ним. Внутри некоторой замкнутой поверх­ности масса воздуха циркулирует относительно лопастей НВ. Воздух, отбрасываемый НВ, повторно возвращается во всасывающую часть - НВ работает "сам на себя".

Вихревое кольцо сопровождается уменьшением тяги НВ и пульсирующими её изменени­ями, так как поверхность раздела постоянно разрывается, увеличивается срыв потока в корневых сечениях лопастей. Признаками вихревого кольца являются:

- значительное ухудшение управляемости;

- колебания по крену и тангажу;

- повышение вибраций;

- самопроизвольное увеличение вертикальной скорости снижения до
14¸16 м/с.

Рекомендации: не нарушать ограничений по V и Vу на вертикаль­ных режимах и на малых скоростях полета. Действия пилота:

- при первых признаках вихревого кольца немедленно отклонить "от себя" РЦШ, увеличить поступательную скорость;

- после достижения V=60¸80 км/ч плавно увеличить шаг НВ и перевести вертолет в горизонтальный полет;

- при достаточном запасе высоты перейти к планированию на режиме самовращения несущего винта (РСНВ).