НЕСУЩИЙ ВИНТ

0
947

1. Общие сведения

Несущий винт предназначен для создания подъемной силы, силы тяги и управления вертолетом относительно продольной и поперечной осей. Несущий винт совершает в полете сложную работу и является одним из наиболее ответственных агрегатов вертолета.

При висении, вертикальном подъеме и спуске несущий винт работа­ет в сравнительно простых условиях осевой обдувки, когда воздушный поток параллелен его оси.

Наиболее сложные условия работы несущего винта наступают в ус­ловиях косой обдувки, когда вертолет летит с поступательной скоростью, и особенно в криволинейном полете.

Несущий винт создает не только тягу для поступательного движения вертолета, но и одновременно преодолевает силу веса, выполняя такук> же роль в создании подъемной силы в полете, как и крыло самолета. Поэтому винт вертолета и называют несущим.

Несущий винт состоит из втулки и трех лопастей, каждая из которых соединяется с корпусом втулки, установленной на валу главного редук­тора. Сочленение лопастей с втулкой осуществляется при помощи трех шарниров: горизонтального шарнира, позволяющего лопастям совершать- колебания в вертикальной плоскости (маховые движения), вертикаль­ного шарнира, позволяющего лопастям колебаться в плоскости вра­щения, и осевого шарнира, обеспечивающего изменение угла установки лопасти при повороте ее вокруг продольной оси.

При поступательном движении вертолета под действием переменных аэродинамических и инерционных сил лопасти совершают колебания относительно всех трех шарниров.

Такое шарнирное крепление лопастей к втулке несущего винта объясняется тем, что при поступательном движении вертолета несущий винт работает в условии косого обтекания. При косом обтекании возни­кает несимметричное распределение скоростей воздушного потока, об­текающего лопасти винта. У лопасти, движущейся против потока, ско­рость обтекания будет больше, чем у лопасти, движущейся по потоку. Вследствие этого лопасть, движущаяся против потока, создает большую подъемную силу и испытывает большее лобовое сопротивление, чем ло­пасть, движущаяся по потоку. Следовательно, при жестком креплении лопастей к втулке несущего винта на вертолет действовал бы опроки­дывающий момент за счет разности подъемных сил лопасти, движу­щейся против потока, и лопасти, движущейся по потоку.

Для устранения этого опрокидывающего момента, возникающего — при косой обдувке, а также для разгрузки лопасти от знакопеременных усталостных нагрузок, действующих на вертикальной плоскости, уста­новлен горизонтальный шарнир. Установка горизонтального шарнира дает возможность лопастям осуществлять маховые движения, за счет которых происходит равномерное распределение подъемной силы па ометаемой поверхности несущим винтом и тем самым ликвидируется поперечный опрокидывающий момент.

Наличие горизонтального шарнира усложнило движение лопасти,, так как лопасть осуществляет поступательное движение вместе с вер­толетом, вращается относительно оси винта и имеет возможность осу­ществлять маховые движения. С появлением маховых движений на ло­пасть в плоскости вращения начинают действовать знакопеременные кориолисовы силы. Кориолисовы силы названы так по имени француз­ского ученого Кориолиса, впервые обнаружившего их.

Силы Кориолиса — это дополнительные силы инерции, возникающие при сложном движении, состоящем из вращательного и поступательного, если даже эти движения равномерны. Кориолисовы силы при взмахе ло­пасти вверх действуют по вращению, а при взмахе вниз — против вра­щения.

Представим себе, что лопасть имеет лишь горизонтальный шарнир. Тогда в плоскости вращения на лопасть будут действовать изгибающие моменты от лобового сопротивления и кориолисовых сил. Наибольший изгибающий момент будет в точке крепления лопасти к втулке. Притом этот максимальный момент в свою очередь за каждый оборот будет из-

меняться по величине за счет перемены направления действия корио­лисовых сил. При взмахе лопасти вверх кориолисова сила лопасти бу­дет действовать по вращению, уменьшая изгибающий момент, при взмахе вниз кориолисова сила будет действовать против вращения, складываясь с лобовым сопротивлением и тем самым увеличивая изгибающий момент. Такие переменные нагрузки могут вызвать усталостные напряжения и даже разрушение лопасти. Для обеспечения прочности потребуется уве­личение сечения деталей, крепящих лопасть к втулке, что в свою очередь приведет к увеличению веса конструкции вертолета. К тому же перемен­ные нагрузки будут передаваться на фюзеляж вертолета, вызывая по­вышенную вибрацию всего вертолета.

Наличие вертикального шарнира устраняет эти недостатки, так как момент через шарнир не передается и в месте шарнира он равен нулю. Следовательно, установка вертикального шарнира обеспечила надежное крепление лопастей, уменьшила вес конструкции, уменьшила вибрацию вертолета до допустимых пределов.

Вертикальный шарнир имеет гаситель колебаний — гидравлический демпфер, который уменьшает колебания лопасти в полете, при запуске и остановке винта на земле, а также вследствие определенной характери­стики демпфирования, предотвращает возможность появления попереч­ных колебаний вертолета типа земной резонанс. Осевой шарнир дает возможность поворачивать лопасть относительно ее продольной оси, из­меняя при этом ее установочный угол. Изменение установочных углов лопастей производится при помощи специального механизма — автомата перекоса.

Лопасти несущего винта поворачиваются вокруг осевого шарнира при действии ручки «шаг-газ» в кабине пилота, при этом установочные углы меняются у всех лопастей на одну и ту же величину и происходит изменение общего шага винта. При действии ручки продольно-попереч­ного управления происходит циклическое изменение установочных углов лопастей или циклического шага винта. Кроме того, лопасть совершает колебания вокруг осевого шарнира, когда он имеет маховое движение относительно горизонтального шарнира при косой обдувке за счет регу­лятора взмаха. Сущность регулятора взмаха заключается в том, что конструкция втулки выполнена так, что при взмахе относительно гори­зонтального шарнира вверх ее установочный угол уменьшается, а при / взмахе вниз — увеличивается.

Степень действия регулятора взмаха определяется характеристикой, которая показывает степень изменения установочного угла в зависимо­сти от угла взмаха:

Дср= — k§,

где Аф—величина изменения установочного угла; р — угол взмаха; k — характеристика регулятора взмаха.

Для втулки вертолета Ми-2 характеристика ^ = 0,4.

При наличии регулятора взмаха повышается устойчивость движения лопасти относительно шарниров втулки несущего винта.

Таким образом, лопасти, помимо вращательного движения вокруг оси несущего винта и поступательного движения вместе с вертолетом в установившемся режиме полета с поступательной скоростью и при по­стоянном числе оборотов, еще имеют беспрерывные колебательные дви­жения относительно всех трех шарниров. Относительно горизонтальных шарниров колебания происходят вследствие несимметричного поля ско­ростей по поверхности, ометаемой несущим винтом; относительно верти­кальных шарниров — за счет сил Кориолиса и относительно осевых шар­ниров— за счет наличия регулятора взмаха. На режиме висения эти колебания незначительны, а с ростом поступательной скорости они уве­личиваются и на максимальной скорости становятся наибольшими.