2.5. Динамическая устойчивость продольного движения

Характеристики статической устойчивости по углу атаки и по скорости в совокупности с демпфирующими свойствами оказывают влияние на динамическую устойчивость вертолета Ми-8.

Характер продольного возмущенного движения вертолета Ми-8 без автопилота представляет собой колебательный процесс, включающий в себя короткопериодические и длиннопериодические колебания с перио­дом соответственно 0,5...3 и 10...50 с.

35

Короткопериодические колебания связаны с вращением вертолета вокруг центра масс под действием периодически изменяющихся моментов аэродинамических сил. Пилот замечает это движение по частому изменению угла тангажа.

Длиннопериодические колебания связаны с изменением траектории движения центра масс под влиянием периодически изменяющихся аэродинамических сил.

Ниже рассмотрены особенности продольного движения при выполнении различных режимов полета на вертолете Ми-8.

2.5.1. Устойчивость на режиме висения

Н а режиме висения в спокойной атмосфере ось конуса вращения НВ совпадает с осью вала винта. Тяга НВ уравновешивает сипу тяжести вертолета (рис.24,а).

Рис. 24. Продольное возмущенное движение вертолета на висении.

При внезапном действии на вертолет порыва ветра со скоростью U сила R_н увеличится и отклонится назад вместе с конусом вращения НВ (рис.24,б). Одновременно с этим возникает момент за счет раз­носа ГШ Мzг. Следовательно, появляется кабрирующий момент НВ Мzн и горизонтальная составляющая Хан . Под действием момента Мzн вертолет будет увеличивать угол тангажа со скоростью _Z , а сила Хан вместе с силой лобового сопротивления фюзеляжа вызовет перемещение вертолета назад со скоростью ∆V_x.

Вследствие косой обдувки со скоростью ∆V_x конус НВ начнет заваливаться в другую сторону. Тяга НВ будет отставать от оси вала винта и через некоторое время займет относительно ее положение, показанное на рис.24 в. По мере движения вертолета к положению "в" угол тангажа, вследствие неустойчивости НВ по углу атаки, будет увеличиваться. Вместе с тем из-за косой обдувки сзади конус врещения НВ отклоняется вперед, и его полная аэродинамическая сила Rн возрастает.

Следовательно, НВ создает значительный продольный момент ∆Мz., направленный на восстановление угла тангажа и уменьшение скорости до нуля. Под действием момента ∆Мz., вертолет развивает угловую скорость обратного движения _Z.

36

Но из-за слабого демпфирования вертолет с ускорением возвращается к состоянию равновесия и по инерции проходит это положение. Угол тангажа начнет изменяться в противо­положную сторону, но в большей степени. Движение вертолета становится колебательным, с возрастающей амплитудой по углу тангажа.

2.5.2. Устойчивость в поступательном движении

При переходе к режиму с поступательной скоростью запас статической устойчивости вертолета Ми-8 увеличивается вследствие повышения эффективности стабилизатора и НВ. Расчеты и летные испытания показывают, что с увеличением площади стабилизатора и выноса его из струи НВ можно получить устойчивое продольное движение вертолета. Стабилизатор позволяет расширить допустимый диапазон продольных центровок, улучшить статическую устойчивость и демпфирование верто­лета. Однако необходимо учитывать неблагоприятную роль стабилизато­ра при висении вертолета. Поэтому площадь стабилизатора ограничива­ется главным образом из условия допустимого запаса управления при висении с предельно-передней центровкой и ветром сзади.

Вертолет Ми-8 без автопилота имеет слабо неустойчивое продольное движение, связанное в основном со статической неустойчивостью по углу атаки несущего винта. При полете загруженного вертолета с предельно-задней и нижней центровкой неустойчивость проявляется в наибольшей мере.

Особенно неблагоприятна неустойчивость вертолета на запредельных режимах полета, при увеличении скорости больше максимально допустимой Vmax, установленной для данной полетной массы и высоты.

В этом случае за счет сильных взмахов вниз отступающих лопас­тей зона срыва потока расширяется и смещается назад, поэтому конус вращения НВ дополни­тельно отклоняется назад. Под действием дополнительного кабрирующего момента происходит увеличение угла тангажа и угла атаки НВ. При этом зона срыва потока дополнительно расширяется. Наблюдается нарастающее кабрирование вертолета ("подхват").

Выводы:

1. Вертолет Ми-8 с выключенным автопилотом динамически неустойчив в продольном отношении.

2. На режиме висения степень неустойчивости вертолета наиболь­шая. При «брошенной» РУ вертолет, предоставленный самому себе в условиях возмущений, не возвращается к исходному состоянию равновесия.

3. С увеличением поступательной скорости степень неустойчивости вертолета становится

37

меньше.

4. На скоростях больше максимальной допус­тимой Vmax продольная устойчивость резко ухудшается, особенно при задних центровках.

5. Включение автопилота АП-34Б придает вертолету устойчивость, обеспечивает точность стабилизации по углу тангажа ±0,5°.

6. С повышением запасов устойчивости техника пилотирования вертолета упрощается, что особенно сказывается на малых скорос­тях и висении.