Сближение лопастей с хвостовой балкой

Происходит под влиянием аэродинамических, массовых и упругих сил, действующих в процессе вращения НВ(Рис.1.28).

Рис. 1.28 Схема действия ветра при раскрутке и торможении НВ

При малой частоте вращения НВ движение лопасти вниз ограничивается центробежными ограничителями свеса. При достижении nн= 54¸55% и выключении центробежных огра­ничителей амплитуда взмаха лопастей вниз увеличивается.

Факторы, способствующие сближению:

• увеличение упругого прогиба лопасти,

• работа НВ на малом шаге,

• циклическое изменение углов уста­новки лопастей при взятии "на себя" РЦШ, сопровождающееся усилением маховых движений лопастей.

Эксплуатационные причины опасного сближения лопастей с хвостовой балкой:

1.Раскрутка и торможение НВ при сильном встречном ветре, кото­рый может привести к циклическому нарастанию амплитуды взмаха ло­пасти в любом азимуте, в том числе над хвостовой балкой.

2.Раскрутка и торможение НВ при боковом ветре справа (рис. 1.28). Вследствие небольших окружных скоростей корневые элементы лопасти, находящейся над балкой, имеют обратное обтекание и создают отрица­тельную подъемную силу, увеличивается прогиб лопасти вниз.

3.Раскрутка и торможение НВ при попутном ветре (рис. 1.28).
Так как лопасти недостаточно "растянуты" центробежными силами, вет­ровой поток воздействует на концевую часть лопасти над балкой свер­ху, поэтому концевые элементы лопасти имеют отрицательные углы ата­ки и создают отрицательную подъемную силу, увеличивается прогиб ло­пасти вниз.

4.Чрезмерное отклонение РЦШ "на себя" за нейтральное положение при сброшенном шаге приводит к значительному наклону назад кольца автомата перекоса и интенсивному переходу лопастей к циклическому изменению шага. Возрастают инерционные силы, увеличивающие взмахи лопастей.

5.Резкий сброс шага НВ после приземления при отклоненной "на себя" РЦШ. Происходит удар лопастей по ограничителям горизонтальных шарниров, увеличивается упругий прогиб в сочетании с маховыми движе­ниями.

Рекомендации: Во избежание соударения лопастей с хвостовой балкой ско­рость ветра при раскрутке и торможении НВ ограничивается: спереди 25, слева 15, справа 10, сзади 8 м/с;

- торможение при рулении или пробеге вертолета производить плав­но при шаге не менее 3°;

- не допускать отклонения РЦШ за нейтральное положение (исключение составляет экстренное торможение при посадках на «трудную» местность или наезде на препятствие);

- отклонение РЦШ "на себя" производить при поднятом вверх рычаге "шаг-газ";

- после приземления или остановки вертолета необходимо установить
РЦШ нейтрально, затем плавно за время не менее 3с уменьшить шаг НВ.

Флаттер лопастей НВ

Флаттер - это самовозбуждающиеся, быстро нарастающие изгибно-крутильные автоколебания, возникающие при взаимодействии аэродина­мических, инерционных и упругих сил лопастей.

Условия, способствующие флаттеру:

- поступательная скорость вертолета V превышает критическую по
флаттеру (V>Vкр);

- частота вращения НВ превышает критическую по флаттеру (nн>nкр);

- центр масс поперечного сечения лопасти находится позади цент­ра жесткости, а фокус - впереди центра жесткости (Х_ф<Х_ж<Х_т);
Если центр жесткости, центр масс и фокус совпадают (Х_ф=Х_ж= Х_т), возникают только изгибные колебания. Если центр масс располагается впереди центра жесткости, то изгибно-крутильные колебания являются затухающими.

Механизм развития флаттера состоит в следующем (рис.1.29):

Рис.1.29 Схема возникновения флаттера

В ка­кой-то момент времени лопасть получает упругий прогиб вниз (позиция 4). Под действием силы упругости F_у сечения лопасти перемещаются вверх, к исходному положению (поз. 5). За счет ускорения появляется сила инерции Fuн.

Так как центр масс сечения находится позади центра жесткости (центра кручения), угол атаки сечения увеличивается до значения a+Da. В фокусе появляется приращение подъемной силы DУ, кото­рое способствует дополнительному скручиванию лопасти и увеличению угла атаки (поз. 6).

За счет дополнительной подъемной силы лопасть получает ускорение вверх и создает момент изгиба относительно центра масс. За счет аэродинамического и упругого демпфирования движение лопасти замедляется, сила упру­гости действует вниз, а сила инерции - вверх. Угол атаки сечения уменьшается, следовательно, приращение подъемной силы действует в сторону силы упругости (поз. 7). Движение лопасти останавливается в верхнем положении (поз. 8). При обратном движении лопасти процесс повторяется с возрастающей амплитудой.

Выводы: 1. Лопасть находится под воздействием работы сил возбуждения и работы сил демпфирования. Работу сил возбуждения совершают подъёмные силы лопасти. Работу сил демпфирования совершают упругие силы.

2. Чем больше скорость набегающего потока (V>Vкр), тем больше (пропорционально V²) подъёмные силы и работа сил возбуждения. При этом способствует флаттеру задняя поперечная центровка − расположение центра масс позади центра жесткости.

Частота и амплитуда изгибных колебаний быстро нарастают - наступает флаттер.

Признаки появления флаттера:

- конус НВ в азимуте 180° воспринимается нечетко ("выпадания" ло­пастей из конуса вращения НВ);

- возрастают вибрации низкой частоты ("встряхивания" вертолета);

- вертолет снижается и кренится влево.

 

Эксплуатационные причины флаттера:

- смещение центра масс лопасти назад вследствие нарушения весо­вых характеристик при некачественном ремонте, попадании влаги в хвостовые отсеки лопасти;

- уменьшение жесткости проводки управления;

- недопустимые люфты в шарнирах и скользящих соединениях, нару­шение смазки и прочие дефекты;

- увеличение характеристики регулятора взмаха лопасти К_d..

Действия пилота при возникновении флаттера:

- уменьшить частоту вращения НВ;

- одновременно уменьшить поступательную скорость вертолета;

- после прекращения вибраций прекратить выполнение полетного за­дания (продолжать полет до ближайшего вертодрома или площадки);

- в случае продолжения флаттера принять меры для выполнения вы­нужденной посадки.

Примечание: Ми-8 имеет надежные конструктивные спосо­бы защиты от флаттера, однако при нарушении правил эксплуатации возникновение флаттера не исключается.

2.4 Использование энергии вращения НВ ("подрыв" ОШ)

"Подрыв" общего шага НВ – это кратковременное увеличение шага НВ с темпом, близким к максимальному. Используется для быстрого гаше­ния вертикальной скорости вертолета в момент приземления при выпол­нении аварийной посадки на площадку ограниченных размеров.

При энергичном перемещении вверх рычага "шаг-газ" момент сопро­тивления НВ резко увеличивается. Однако, благодаря запасу кинетичес­кой энергии вращения, НВ сохраняет частоту вращения.

Вследствие перевода лопастей на большие углы установки происходит значительный прирост тяги НВ. В следующий момент времени наступает перетяжеление НВ, возникает снижение частоты вращения НВ (в момент приземления допускается до 70%).

Особенность выполнения подрыва: перед "подрывом" выполняется незначитель­ное уменьшение шага НВ на 2¸3°, после чего шаг быстро увеличивается с максимальным темпом.

На эффективность "подрыва" ОШ влияют:

- темп перемещения рычага "шаг-газ";

- поступательная скорость вертолета в момент подрыва. Чем больше скорость, тем больше располагаемый запас по шагу НВ, тем эффективнее "подрыв" ОШ;

- высота начала "подрыва". В зависимости от скорости подвода вер­толета к земле и полетной массы высота начала подрыва ОШ для вертолета Ми-8 составляет 3−10 м и явля­ется нижней границей опасной зоны "высота-скорость" по отказу дви­гателя.

-Во избежание перегрузки трансмиссии максимальное время работы НВ при частоте вращения НВ 70% не должно быть более 15с.

Вывод: Подрыв" ОШ - эффективный способ гашения вертикальной скорости. Он обеспечивает приземление вертолета с минимальной перегруз­кой при выполнении аварийных посадок.

 

Контрольные вопросы

1.Какое назначение имеет "подрыв" общего шага НВ? В чем его
суть?

2.Как выполняется "подрыв" ОШ? Какие факторы оказывают влияние
на эффективность "подрыва"?

3.Назвать эксплуатационные причины возникновения срыва потока
на лопастях НВ. На каких элементах лопасти зарождается срыв
потока и почему?

4.В чем состоит опасность срыва потока, и каковы его признаки в
полете? Действия пилота для устранения срыва потока.

5.Что такое волновой кризис лопастей НВ? При каких условиях он
возникает?

6.Каковы признаки волнового кризиса и рекомендации по его устра­нению в полете?

7.Объяснить физический смысл образования вихревого кольца НВ,
признаки его возникновения в полете.

8.Каковы рекомендации по предупреждению вихревого кольца НВ в
полете? Действия пилота по выводу вертолета из режима вихре­вого кольца.

9.Почему возможно сближение лопастей НВ с хвостовой балкой?

 

10.Назвать эксплуатационные факторы, способствующие соударению
лопастей с хвостовой балкой.

11.Каковы рекомендации для исключения возможности соударения ло­пастей с хвостовой балкой?

12.Дать понятие флаттера лопастей НВ. Объяснить схему развития
флаттера.

13.Каковы признаки возникновения флаттера в полете и его вероят­ные причины?

14.Действия пилота в случае возникновения флаттера.

 

Управление несущим винтом

Продольно-поперечное управление вертолетом осуществляется путем изменения направления и значения равнодействующей силы НВ Rн. Цель управления - балансировка вертолета на заданных углах крена и тангажа, изменение продольной Vх и боковой Vz скоростей вертолета. Осуществляется путем отклонения конуса вращения НВ с помощью РЦШ, кото­рая кинематически связана с неподвижным кольцом тарелки автомата пе­рекоса и тягами управления углами установки лопастей (рис. 1.30):

Рис 1.30 Механизм продольно- поперечного управления НВ