ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ЛОНЖЕРОНА НА СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ЛОПАСТИ

Если посмотреть резонансные диаграммы, построенные для самых различных по конструкции лопастей с шарнирными креплениями, то оказывается, что различаются они незначительно. Причем отличие чаще всего определяется разницей в жесткостях лопастей на изгиб, в меньшей степени — отклонениями в массовых характеристиках лопасти. Это объясняется тем, что конструктор в процессе работы руководствовался множеством различных требований, ограничивающих возможности варьирования параметрами лонжерона лопасти.

При заданной общей массе конструкции максимально жесткая лопасть получается, если материал лонжерона расположить по контуру профиля, т.е. если вписать лонжерон в профиль лопасти. При этом большой процент массы лопасти можно вложить в ее силовой элемент — лонжерон. Такие лопасти обычно наиболее выгодны с точки зрения величины действующих напряжений. Более простыми в производстве оказывались лопасти со свободной формой сечения лонжерона (например, в виде трубы), не вписанной в ее профиль. Такие лопасти обладают малым сопротивлением изгибу и дают наименее удачную резонансную диаграмму при колебаниях в плоскости взмаха.

По динамическим характеристикам в плоскости взмаха можно выделить следующие типы лопастей.

Лопасть, основанная на трубчатом стальном лонжероне с неработающим при изгибе каркасом, имеет малую жесткость в плоскости взмаха. У лопастей этого типа особенно резко проявляются резонансы на режимах малых скоростей полета, поэтому их ресурс, как правило, ограничивается пребыванием на режимах малых скоростей.

С увеличением жесткости частоты собственных колебаний лопасти уходят от резонансов. Конструктивно это выполняется в виде лопасти с контурным (или близким к этой форме) вписанным в профиль лонжероном — стальным, дюралюминовым, титановым или выполненным из КМ.

При конструировании лопасти необходимо также обеспечить отстройку от резонансов и в плоскости наибольшей жесткости лопасти, которая обычно совпадает с плоскостью хорд. Потому жесткостные характеристики лопасти в этой плоскости могут изменяться в более широких пределах, чем в плоскости взмаха. Начиная с круглой трубы, сечение лонжерона может быть увеличено до размеров, занимающих практически весь профиль от передней до задней кромки. Однако здесь вступают в силу определенные ограничения. Так, увеличение ширины лонжерона по хорде обязательно приводит к сдвигу центровки лопасти к задней кромке, что обычно недопустимо с точки зрения требований, предъявляемых для исключения флаттера.
При снижении жесткости лонжерона путем уменьшения его ширины одновременно падает и крутильная жесткость лопасти. Это обстоятельство является одним из факторов, препятствующих созданию лопастей с очень малой жесткостью в плоскости вращения.

Лопасти с трубчатым лонжероном и неработающим при изгибе каркасом имеют частоты собственных колебаний в плоскости вращения примерно такие же, как и в плоскости тяги.