Несущий винт вертолета

Несущий винт вертолета состоит из лопастей и втулки.

Лопасти создают потребную подъемную силу.

Втулка представляет собой кинематический механизм, обеспечивающий движение и угловые перемещения лопасти в вертикальной и горизонтальной плоскости под воздействием аэродинамических и инерционных сил, а также поворот лопасти для управления её подъемной силой.

Процесс создания НВ выполняется в определенной последовательности:

• 1.  Выбор основных параметров НВ: диаметра D количества лопастей г ; заполнения а; окружной скорости вращения со Д.

• 2.  Аэродинамическая компоновка лопасти (внешний облик лопасти): выбор форм в плане; формы профилей сечений, относительной толщины сечений с и распределения крутки ф по радиусу лопасти.

• 3.  Определение предельных углов отклонения лопасти ф, (3, £, при управлении вертолетом на всех расчетных режимах его полета.

• 4.  Конструирование лопасти:

-  выбор материала лонжерона и каркаса, формы лонжерона с учетом предшествующего опыта и действующих конструкторско-технологических и эксплуатационных ограничений; формирование сечения лонжерона по хорде и радиусу лопасти на основе статического расчета па прочность;

Несущий винт вертолета фото

-  корректировка массово- жесткостных характеристик лопасти с целью отстройки от резонанса на рабочих частотах вращения НВ и обеспечения достаточных запасов аэроупругой устойчивости (расчетные виды флаттера, дивергенция, «земной» резонанс).

• 5.  Конструирование втулки НВ:

-  выбор кинематической схемы втулки с учетом заданной гистограммы углов отклонения лопастей и требований эксплуатации (складывание лопастей на стоянке и т.п.);

-  выбор материала элементов втулки;

-  выбор типа шарниров (подшипники качения, скольжения, упругие элементы);

-  выбор типа демпфера вертикального шарнира;

-  конструктивно-технологическая разработка элементов втулки (определение геометрических размеров и формы, упрочняющая технология поверхности и т.п.).

• 6.  Изготовление экспериментальных натурных образцов элементов НВ.

• 7.  Испытания на прочность и ресурсные испытания элементов НВ на натурном стенде, корректировка технической документации на изготовление элементов ИВ.

• 8.  Летные исследования кинематических характеристик втулки и лопастей НВ.

• 9.  Серийное производство лопастей и втулки НВ.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ЭЛЕМЕНТАМ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА

НВ вертолета с элементами его крепления, включая: лопасть, втулку с сочленениями и подшипниками, демпфер, рычаг поворота лопасти, крепление втулки винта вертолета на валу главного редуктора (ГР), вал ГР, картер ГР (если он входит в силовую схему конструкции), крепление ГР к фюзеляжу (редукторная рама), кабан или колонку НВ и ее крепление к фюзеляжу — должны удовлетворять следующим требованиям.

Конструкция лопастей должна обеспечивать заданные характеристики аэродинамического контура и балансировку в пределах, которые позволяют эксплуатировать вертолет с учетом установленных ограничений, ресурсов и сроков службы.

Лопасти винтов вертолета должны быть спроектированы таким образом, чтобы предотвратить препятствующее нормальной эксплуатации скопление воды в любой их части.

Лопасти рекомендуется оборудовать системой сигнализации повреждения лонжерона. При наличии сигнализатора ресурс лопасти с момента его срабатывания должен быть не меньше максимальной продолжительности полета, установленной для вертолета данного типа.

Прочность обшивки лопастей НВ должна проверяться на совместное действие нагрузок от изгиба лопасти в плоскости наибольшей и наименьшей жесткости, от кручения, а также максимальных местных аэродинамических нагрузок и внутреннего давления.

Жесткость лопасти на кручение относительно ее продольной оси в совокупности с жесткостью проводки управления должна быть достаточной для приемлемого уровня нагрузок, безопасности от флаттера и потери управляемости.

Статическая прочность НВ и его крепления должны проверяться на нагрузки летных и тех наземных случаев нагружения, которые являются расчетными для рассматриваемых элементов конструкции. Кроме того, статическая прочность крепления НВ проверяется на нагрузки посадочных случаев нагружения.

Для исключения опасных в отношении прочности явлений резонанса расчету нагрузок должно предшествовать определение частот собственных колебаний лопасти в плоскостях взмаха и вращения. При этом следует учитывать граничные условия ее закрепления в эксплуатационном диапазоне частот вращения НВ.

Несущий винт вертолета и всё о нём

Статическая прочность подшипников втулки НВ должны быть достаточной, чтобы выдержать нагрузки, приходящиеся на подшипники в случаях нагружения в маневренном полете и при воздействии неспокойного воздуха. Ресурс подшипников должен определяться на основании испытаний на износ изолированных шарнирных соединений и (или) агрегатов в целом виде на стендах или при наземных ресурсных испытаниях. Для определения ресурса подшипников берется минимальный результат, полученный при испытании не менее трех образцов.

При составлении программы испытаний на износ разрешается принимать, что продолжительность горизонтального полета на малых скоростях составляет 10% ресурса, полета на крейсерской скорости

—   80% ресурса и полета на максимальной скорости — 10% ресурса.

Результаты наземных ресурсных или натурных стендовых испытаний могут быть использованы для оценки прочности отдельных агрегатов вертолетов, если уровень действующих при этом напряжений не меньше полетного.

Для определения напряженности, проверки запасов до автоколебаний, исследования вибраций, определения динамических характеристик конструкции лопасти проводятся стендовые испытания под действием заданных нагрузок.

Кроме стендовых проводятся и другие виды испытаний: по определению прочностных характеристик материалов, определению напряжений при помощи различных моделей из оптического активного материала, ресурсные испытания и испытания в условиях реальной эксплуатации. Испытания выполняются различными способами: без вращения винтов на специальных стендах в лаборатории, на стендах с вращением — специальных башнях или винтовых приборах на базе натурного вертолета, в аэродинамических трубах.

Лопасти НВ обязательно подвергаются усталостным испытаниям с целью определения долговечности конструкции под воздействием переменных нагрузок для последующего установления ресурса и для контроля качества серийной продукции. Как правило, испытываются типовой отсек и комлевой участок. Испытания выполняются на резонансных стендах. Нагрузки создаются с помощью инерционного вибратора, установленного на отсеке лопасти. Кроме переменных поперечных нагрузок, предусматривается приложение и статической подгрузки от центробежной силы. Часто регистрируют также скорость роста усталостных трещин, что позволяет обоснованно устанавливать периодичность осмотров конструкции в эксплуатации, повысить живучесть конструкции.

Особенностью усталостных испытаний является необходимость повторений их для многих однотипных объектов, что объясняется существенным случайным разбросом характеристик долговечности.

Испытания по флаттеру винта производятся на моделях в аэродинамических трубах, обязательно на натурном вертолете в наземных условиях при раскрутках НВ.

Измерения нагрузок на лопасть в полете могут быть правильно поставлены и проведены только на основе предварительных расчетов и стендовых испытаний.

Ценность натурных летных испытаний в том, что все явления протекают без искажений, связанных с нарушением подобия, со схематизацией конструкции, способов приложения нагрузки и др. Возможно создание вертолетов — летающих лабораторий для исследования новых конструкций, ранее не изученных явлений. Недостатком является повышенная в ряде случаев опасность испытаний. При проведении летных испытаний измеряют напряжения в лонжероне лопасти НВ, в ее обшивке, моменты кручения и шарнирные моменты лопастей, силы в системах управления, моменты и силы в валах НВ и РВ, напряжения или изгибающие моменты в лопастях РВ, деталях втулок.

Узлы и агрегаты техники