Несущие винты. На вертолетах применяют три типа несущих винтов, различие которых заключается в способах крепления лопасти к втулке и втулки к валу:
несущий винт с креплением каждой лопасти к втулке при помощи горизонтального, вертикального и осевого шарниров. Такой винт называют несущим винтом с шарнирным креплением лопастей;
несущий винт к втулке крепится жестко (имеется лишь осевой шарнир крепления лопасти), но зато сама втулка к валу крепится с помощью универсального шарнира (рис. 155, а). Такой винт называют винтом на кардане;
лопасти несущего винта крепятся к втулке и втулка к валу жестко, т. е. без шарниров (рис. 155, б); в системе крепления имеется лишь осевой шарнир. Такой винт называется несущим винтом с жесткими лопастями. Последний тип винтов в настоящее время применяется очень редко. Наибольшее применение получили винты с шарнирным креплением лопастей; реактивные вертолеты преимущественно имеют несущие винты на кардане.
Количество лопастей несущего винта меняется от двух до пяти. У одновинтового вертолета с шарнирным креплением лопастей устанавливать число лопастей меньше трех не рекомендуется. При числе лопастей меньше трех при косой обдувке сила R периодически изменяется, что приводит к нагружению корневых сечений лопасти знакопеременными изгибными напряжениями.
Лопасти имеют различную форму, но предпочтение отдается прямоугольной лопасти, так как она более проста в производстве. Отношение длины лопасти к ее максимальной ширине (хорде) принимается обычно равным 14:1 или 15:1. Форма профиля чаще всего двояковыпуклая симметричная, применяются также двояковыпуклые несимметричные профили. Толщина профиля колеблется в пределах от 7 до 20%; более толстые сечения применяются для корневых сечений лопасти. Для получения более высоких к. п. д. несущего винта лопасти имеют геометрическую крутку, это означает, что углы установки сечений лопастей вдоль по размаху уменьшаются. Рекомендуемая закрутка лопасти — 8—12°, если считать за крутку разность в углах установки корневого и концевого сечения лопасти. Имеются также лопасти с аэродинамической круткой, при которой вдоль размаха меняется форма профиля. Профили, имеющие большие значения су и акрит, в этом случае устанавливаются на конце лопасти.
Лопасти несущих винтов могут быть смешанной, цельнодеревянной, цельнометаллической конструкции и пластмассовые.
Лопасти смешанной конструкции имеют стальной лонжерон, деревянные нервюры и стрингеры и полотняную или фанерную обшивку. Лонжерон, изготовленный, как правило, из одной сплошной ступенчатой трубы, является основным элементом, воспринимающим центробежную силу, изгибающий момент и момент кручения.
Лопасти цельнодеревянной конструкции изготавливаются из склеенных между собой продольных планок, покрыты фанерой и обтянуты авиационным полотном.
Более прочное и тяжелое дерево применяется для изготовления носка лопасти. Возможно изготовление цельнодеревянных лопастей каркасными, т. е. с лонжероном, набором нервюр и обшивкой. Но первая конструкция, хотя и имеет большой вес, более надежна в эксплуатации.
Главным недостатком лопастей, в конструкции которых используется древесина и полотно, является подверженность воздействию влаги, под действием которой деревянные детали набухают, влага способствует развитию гниения, ослаблению прочности, нарушению балансировки.
Лопасти металлической конструкции по сравнению с деревянной и смешанной конструкциями имеют значительные эксплуатационные преимущества. Они в меньшей степени подвержены воздействию атмосферных факторов, требуют менее строгого режима хранения и более долговечны. Кроме того, металлические лопасти имеют меньшее профильное сопротивление. Конструкция металлических лопастей весьма разнообразна, но почти во всех вариантах имеются типовые элементы.
Основным силовым элементом лопасти (рис. 156) является дюралюминиевый прессованный лонжерон, занимающий примерно 1/3 хорды, к которому приклеены хвостовые секции. Каждая секция представляет собой набор нервюр, приклеенных к тонкой обшивке.
Клеевые соединения элементов лопасти повсеместно вытеснили заклепочные соединения, а также соединения точечной сваркой.
В настоящее время для изготовления лопастей широкое применение нашли пластические материалы. Силовым элементом пластмассовой лопасти является полый носок-лонжерон, представляю
щий собой прессованный профиль. Задняя часть — хвостовик выполняется в форме обтекателя с тонкой обшивкой. Внутренний объем хвостовой части заполняется пористым пластиком.
Лопасти
пластмассовой конструкции имеют малый вес при повышенных значениях жесткости и прочности, просты в изготовлении.
Втулка несущего винта является связующим элементом между валом редуктора и лопастями несущего винта. При механическом приводе через втулку передается крутящий момент на винт; на втулке сосредоточиваются все инерционные и аэродинамические силы, возникающие на лопастях. Детали втулки изготавливаются из стальных или дюралюминиевых поковок и штамповок с последующей механической и термической обработкой. При шарнирной подвеске лопастей втулка должна иметь горизонтальный, вертикальный и осевые шарниры, ограничители колебаний лопастей и демпферы для гашения колебательных движений лопастей относительно вертикальных шарниров.
На рис. 157 изображена схема втулки трехлопастного несущего винта (демпферы гашения колебаний не показаны). Втулка состоит из корпуса 1, трех промежуточных скоб 2, трех вильчатых стаканов 4 с рычагами управления лопастями 3, трех шарниров — осевого 5, вертикального 6 и горизонтального 7, смонтированных на подшипниках.
Корпус втулки с валом соединяется с помощью шлицев и крепится корончатой гайкой. Центрирование корпуса на валу производится двумя конусными кольцами. Ограничителями махового движения лопастей относительно ГШ и ВШ являются упоры а, б, в, г. Ограничитель свеса а предназначен для того, чтобы при стоянке на земле служить опорой для лопасти.
На многих вертолетах этот упор делают подвижным; при невращающемся винте и малых оборотах отклонение лопасти вниз меньше, чем в полете.
Если колебания лопастей относительно ГШ сильно демпфируются изменением подъемной силы при их маховом движении, то этого не происходит при колебаниях лопастей относительно ВШ, так как аэродинамическое сопротивление при этих колебаниях меняется незначительно. Поэтому необходимо между каждой лопастью и втулкой устанавливать демпфер, который гасил бы колебания лопасти относительно ВШ.
Демпферы должны также выполнять роль буферов, предохраняющих лопасти от поломки при запуске несущего винта. На существующих вертолетах применяются демпферы двух типов: фрикционные и чаще гидравлические.
Рулевые винты. У одновинтовых вертолетов хвостовой винт предназначен для уравновешивания реактивного момента несущего винта и путевого управления. Хвостовой винт приводится во врашение двигателем через трансмиссию, а при отказе двига
теля и авторотации несущего винта — вращающимся несущим винтом через ту же трансмиссию. Изменение тяги, необходимой для управления вертолетом, достигается изменением угла установки лопастей винта. Изменение величины реактивного момента при изменении режима работы несущего винта происходит одновременно с изменением величины тяги хвостового винта. Это осуществляется блокировкой системы «шаг-газ» несущего винта с системой управления рулевым винтом. Таким образом, на всех режимах горизонтального полета компенсация реактивного момента несущего винта обеспечивается при неизменном (нейтральном) положении педалей ножного управления.
Конструкция рулевого винта включает втулку, лопасти и механизм изменения шага. В зависимости от размеров вертолетов количество лопастей хвостового винта может меняться от двух до пяти. Профиль лопасти, а также форма в плане обычно такие же, как и у несущего винта. Лопасти могут быть как деревянной, так и металлической конструкции.
Так как винт вращается в плоскости, параллельной вертикальной плоскости полета, работа лопастей происходит в условиях косого обдува. Для разгрузки лопастей от возникающих при этом переменных изгибных напряжений и уменьшения вибрации лопасти подвешены к втулке винта на горизонтальных шарнирах.
Фюзеляж вертолета, как и фюзеляж самолета, предназначен для размещения в нем экипажа, пассажиров, оборудования и грузов. К фюзеляжу крепятся несущий и хвостовой винты, шасси, рамы двигателей, элементы трансмиссии и другие агрегаты.
Внешние формы фюзеляжей различны и зависят прежде всего от схемы вертолета, а также от его назначения. Например, фюзеляж вертолета одновинтовой схемы имеет хвостовую балку круглого или овального сечения, на конце которой установлен рулевой винт. Фюзеляж вертолета двухвинтовой продольной схемы имеет сигарообразную форму с сужающейся в плане задней частью, которая служит килевой поверхностью, вертолеты «воздушные краны» имеют фюзеляжи, приспособленные для крепления и перевозки крупногабаритных грузов, и т. п.
Изготовляют фюзеляжи ферменной, балочной и смешанной конструкций.
Шасси вертолета предназначено для тех же целей, что и у самолетов. Способность вертолета взлетать без разбега и совершать посадку без пробега обусловила некоторое отличие взлетно-посадочных устройств по сравнению с аналогичными самолетными устройствами. Такими отличиями являются: меньшие размеры колес и шин, относительно больший ход поршня амортизатора для обеспечения более мягкой посадки.
В современных условиях встречаются вертолеты с тремя и четырьмя опорами, причем передние колеса делают всегда самоориентирующимися, что обеспечивает свободу маневра при рулении и автоматическую постановку колес по полету после отрыва вертолета от земли.
Шасси вертолета выполняется ферменным, балочным, рычажным, но, как правило, не убирающимся в полете. Однако в последнее время в связи с возрастанием максимальных скоростей на некоторых вертолетах устанавливаются убирающиеся шасси.
Для предохранения рулевого винта от поломки при случайном касании земли одновинтовые вертолеты имеют хвостовые опоры. Опора обычно делается упругой, чтобы удар о землю не был жестким. Иногда для этой цели устанавливают небольшое хвостовое колесо.
Существуют вертолеты, у которых взлетно-посадочные устройства снабжаются поплавками, изготовленными из прорезиненного искусственного материала. Такие вертолеты могут производить посадку на снег, размокший грунт, воду и т. п. Количество поплавков— два, три и реже четыре. Для посадки на снег, лед, вспаханную почву используется иногда лыжное шасси.
Управление вертолетом осуществляется при помощи системы управления, включающей в себя командные рычаги, на которые воздействует пилот для того, чтобы изменить режим полета и проводку управления. Обычно система управления подразделяется на систему управления несущим винтом, рулевым винтом и двигателем. Так же, как и на самолете, при проектировании системы управления руководствуются принципом — движение командных рычагов управления и вызванное этим изменение положения вертолета в пространстве должны соответствовать инстинктивным движениям человека.
Управление несущим винтом осуществляется при помощи автомата перекоса ручкой управления, расположенной перед сиденьем пилота, и рычагом «шаг-газ», который располагается обычно слева от сиденья пилота (рис. 158).
Управление рулевым винтом (путевое управление) осуществляется при помощи педалей ножного управления. При отклонении педалей меняется шаг рулевого винта и таким образом меняется величина силы тяги.
Многовинтовые вертолеты управляются несколько иначе. Следует отметить, что вертолетам присуща взаимозависимость движения в пространстве вокруг трех осей — продольной, поперечной и вертикальной при отклонении любого из органов управления.
Проводка управления может быть жесткой, мягкой и смешанной. Для уравновешивания на ручке управления усилий, постоянно действующих при установившемся полете, в проводку управления включают пружинные загрузочные механизмы. Поскольку эти механизмы выполняют роль триммеров рулей самолетов, то и на вертолете их часто называют «триммерами». Привод этих механизмов может осуществляться от штурвалов вручную или при помощи кнопок — при электрическом управлении.
В системах управления вертолетами широкое распространение нашли гидроусилители (бустеры), так как только они практически позволяют получить приемлемые усилия на ручках управления и быстроту действия. Бустеры в управлении могут быть обратимыми и необратимыми. Необратимые усилители исключают вибрацию ручки управления, но для создания необходимой величины усилий система управления снабжается специальными загрузочными устройствами (обычно пружинными).
Управление вертолетом на рис. 158 выполнено двойным, для чего в пилотской кабине имеются две ручки управления циклическим шагом 5, две ручки «шаг-газ» 6 и две пары педалей 2. Ручка управления имеет два пружинных загрузочных механизма 3 и 4 с электромеханическим приводом. В систему управления включены гидроусилители. Изменение величины и направления равнодействующей тяги несущего винта в полете приводит к нарушению равновесия вертолета. Для облегчения балансировки на вертолетах одновинтовой схемы на хвостовой балке устанавливаются небольшие стабилизаторы. Управление стабилизатором кинематически связывают с рычагом «шаг-газ». При движении рычага вниз стабилизатор уменьшает установочный угол, создавая кабрирующий момент.
Трансмиссии вертолетов. Для передачи необходимой мощности, направления вращения и необходимых оборотов от двигателя (двигателей) к рабочим механизмам служит трансмиссия вертолета. Схема компоновки трансмиссии зависит прежде всего от схемы вертолета, а также от типа и расположения двигателя.
Основными элементами трансмиссии вертолетов являются редукторы, валы, муфты включения трансмиссий и муфты свободного хода, тормоза несущих винтов.
На рис. 159 показана схема трансмиссии вертолетов одновинтовой схемы с поршневым двигателем. Мощность от двигателя передается на несущий и хвостовые винты и вентилятор охлаждения двигателя.
Главный редуктор понижает число оборотов несущего винта до 200—350 в минуту, без чего невозможно получить большой эффективности несущего винта.
Вследствие большой передаваемой мощности и довольно большой степени редукции 1:10 шестеренчатые редукторы выполняются преимущественно двухступенчатыми или планетарными.
Вращение и изменение числа оборотов рулевого винта достигается с помощью редукторов 4, 5, 7.
Муфта включения необходима для обеспечения работы двигателя при отключенном несущем винте, например, при его запуске и прогреве. Муфта может быть кулачковой, гидравлической, фрикционной или иного типа. Муфты включения преимущественно двухступенчатые: первая ступень фрикционная, вторая — жесткая. Такая конструкция обеспечивает плавное включение и вместе с тем большую передаваемую мощность.
Муфта свободного хода служит для автоматического отключения без вмешательства пилота трансмиссии и несущего винта от двигателя при его отказе. Несущий винт переходит в этом случае на режим авторотации, и вертолет может совершать безопасную посадку. Хвостовой винт, как это видно из рисунка, при отказе двигателя приводится во вращение несущим винтом.
Конструктивно муфта свободного хода может быть выполнена либо в виде роликовой, подобно велосипедной, либо храповой.
Валы, передающие мощность, выполняются в виде стальных труб. Конструкция вертолета в полете испытывает различные деформации. Для того чтобы исключить влияние деформации на работу вала, последние делают из нескольких частей, соединенных универсальными шарнирами (карданами) или гибкими муфтами. Для компенсации температурных влияний, а также отклонений в линейных размерах части вала имеют подвижные шлицевые соединения.
Тормоз несущего винта служит для замедления вращения несущего винта после выключения двигателя и фиксации его на стоянке вертолета. Тормоз обычно применяют фрикционный колодочного типа.
В конструкцию трансмиссии вертолета любой схемы входят те же элементы, что и в трансмиссию одновинтового вертолета. Помимо этого, у вертолетов с двумя двигателями и двумя несущими винтами устанавливается вал для синхронизации вращения несущих винтов. Этот вал служит также для передачи мощности несущим винтам от работающего двигателя в случае выхода из строя второго двигателя.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com