Исследование условий остановки несущего винта с шарнирно подвешенными лопастями в горизонтальном полете Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Т о м II 197 1

№ 5

УДК 629.735.45.015.035.62

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ОСТАНОВКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА С ШАРНИРНО ПОДВЕШЕННЫМИ ЛОПАСТЯМИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ПОЛЕТЕ

На аналоговой вычислительной машине моделировалось маховое движение лопасти несущего винта при уменьшении угловой скорости его вращения до 1 рад/сек. Исследовалось влияние на маховое движение величин угла атаки и общего шага винта, массовой характеристики лопасти и скорости полета, определялись величины жесткости горизонтального шарнира, при которых угол взмаха лопасти остается в заданных пределах.

Одно из основных условий безопасной остановки в полете несущего винта с шарнирным креплением лопастей—ограничение амплитуды махового движения лопасти. Аналитическое исследование динамики лопасти останавливаемого винта связано с известными математическими трудностями, поскольку уравнение махового движения лопасти

есть уравнение класса Хилла при больших значениях параметра (л, где М—момент относительно горизонтального шарнира (г. ш.); <о—угловая скорость вращения несущего винта; £ = &'/г ш; характеристика жесткости г. ш. Поэтому представляется достаточно эффективным для этой цели метод моделирования уравнения махового движения лопасти на аналоговой вычислительной машине.

Специфика работы приторможенного и разгруженного несущего винта в процессе его остановки позволяет при вычислении действующего на лопасть аэродинамического момента относительно горизонтального шарнира (г. ш.) пренебречь влиянием индуктивной скорости, сжимаемости и срыва потока, изгиба и кручения лопасти, а учесть только зону обратного обтекания как наиболее существенный фактор. Основываясь на линейной аэродинамической теории, выражения для аэродинамического момента, соответствующие азимутальному

А. Н. Волобуев, И. О. Факпгорович

■у/ 0)2 /

Л/3 = —---LiH---(J.4 sin3 lit (tf sin <at -f 2a — 2p COS u>t +

6 '

1 dp \ Г (A< 1 И sinw*< 1;

+ ^Wsin<°V "P" U>1 и -_L<sln»f<0; <3)

I H-

jWs =— Af] при (х>1 и sinotf< —_I_, (4)

где f — массовая характеристика лопасти, у — угол установки лопасти, a — угол

атаки несущего винта. Выбор соответствующей формулы аэродинамического момента в зависимости от того, находится ли лопасть в зоне прямого (2), смешанного (3) или полностью обратного обтекания (4), обеспечивался при помощи логических элементов (операционных реле).

Уравнение махового движения лопасти (1) решалось на АВМ для ряда значений кинематических и конструктивных параметров лопасти при нулевых начальных условиях: £ = 0, (3 = d$/dt — 0. Последнее слагаемое в правой части уравнения (1) определяет жесткость г. ш.—любое устройство (пружины, торсионы и т. п.), создающее относительно г. ш. момент —£(3, пропорциональный углу взмаха лопасти.

Исследование махового движения производилось как в квазистатическом режиме, когда угловая скорость вращения винта о> задавалась рядом значений, так и в динамике, когда скорость вращения винта уменьшалась по линейному закону. Результаты моделирования показали, что остановку винта целесообразно производить при —2°<«<0 и 0<у<;2°. В этом случае амплитуда угла взмаха Р не выходит из допускаемых пределов, принятых равными ||3|<;0,2 рад вплоть до потери устойчивости махового движения, а при достаточно интенсивном торможении скорости вращения («><— 0,75 рад/сек2) до 7. Маховое движение теряет устойчивость при [л. = |хк г 2,2. Значение |ак практически не зависит от

р^оо bR*

величины массовой характеристики лопасти 7= .—=------------при изменении ее в пре-

'“г. ш

делах 1,5<7<6. При |х>м-к. а в случае попадания винта в вертикальный порыв ветра и при меньших значениях р., необходимо принудительное ограничение угла взмаха (3.

X

S0

о

Был произведен подбор минимальной жесткости г. ш., потребной для удержания угла взмаха лопасти в допустимых пределах. Моделирование производилось при значениях скорости полета К = 35, 50 и 70 м/сек, угловой скорости вращения винта <о>1 рад/сек и значениях массовой характеристики лопасти

7 = 1,5; 3 и 6 при а = - 2" и <р=2°. Результаты моделирования (фиг. 1) показали, что уменьшение скорости полета приводит к снижению величины потребной жесткости г. ш. и что при ш>ш3 введения жесткости г. ш. не требуется. Оказалось также возможным аппроксимировать зависимости к =/(і) линейными функциями к = су. В этом случае характеристика жесткости г. ш. может быть подсчитана по формуле

Ь = Ыг.ш = с-^аоаЫ?, (5)

Фиг. 1

ш-1 pdJ/c *— 2 рад/се —•— Зрад/cet e/t Y /

/

іИ т

Фиг. 2

т. е. в рамках принятых допущений потребная жесткость г. ш. не зависит от инерционной характеристики лопасти.

Рассчитанные с помощью выражения (5) и графика с=/(К, о>) (фиг. 2) потребные жесткости г. ш. при а = — 2°, <р = 2° и заданных V, о>, Ь и Я получились весьма большие, а в конце процесса остановки несущего винта заделка лопасти практически должна быть жесткой. Поэтому представляется целесообразным способ остановки винта, предусматривающий механическое заклинение г. ш. при достижении некоторой угловой скорости а>8, при которой исключена возможность возникновения чрезмерных моментов на втулке останавливаемого в полете несущего винта.

Рукопись поступила 29/ V 1970 г. Переработанный вариант поступил 151У 1971 г.