1.4.8 Конус вращения несущего винта

При своём вращении лопасти НВ, закреплённые на полужёсткой втулке, приподняты над плоскостью вращении(КПВ), образуют геометрическую фигуру - конус вращения.

При осевом обтекании лопасти образуют правильный конус. Ось конуса вращения совпадает с конструктивной осью вращения НВ. Равнодействующая несущего винтаR_Н проходит вдоль оси вращения НВ (рис.17).

Р ис.17 Конус вращения несущего винта

При косом обтекании лопасти имеют различное положение над плоскостью втулки НВ( см. рис.15).

Под влиянием косого обтекания лопасти образуют так назы­ваемый заваленный конус вращения, у которого образующие - лопасти, расположены под разными углами относительно плоскости вращения.

В продольной плоскости (по потоку) конус вращения отклоняется на угол α₁ в поперечной плоскости - на угол в₁.

Завал конуса враще­ния может быть естественный (самопроизвольный), вызываемый действи­ем встречного потока, и управляемый, вызываемый циклическим измене­нием углов установки лопастей (циклического шага) при отклонениях тарелки автомата перекоса в процессе управления вертолетом.

При наклоне конуса вращения назад и вбок в ту же сторону изменяется положение равнодействующей силы НВ (рис.17), которое приводит к изменению моментов тангажа и рыскания.

Факторами, влияющими на величину завала конуса вращения НВ, являются: скорость поступательного движения, действие ветра, шаг НВ, обороты НВ.

1.4.9 Работа лопастей в плоскости вращения нв

В плоскости вращения НВ каждая лопасть находится под действием сил: сопротивления вращению Хл, действующих на плече 0,7 rн и направленных против вращения НВ; центробежных сил Fцб, действующих в радиальном направлении перпендикулярно оси вращения НВ (Рис.18).

Рис.18 Силы, действующие в плоскости вращения

Силы сопротивления создают мо­менты изгиба, действующие на конструкцию лопасти и втулки. Максимальный изгибающий момент воспринимает втулка НВ (рис.18 ).

При косом об­текании НВ силы сопротивления лопастей изменяются по азимуту в зависимости от эффективной скорости, поэтому их изгибающие моменты также изменяются по азимуту.

Центробежные силы нагружают лопасть вдоль её оси.

При поворотах лопастей в плоскости тяги (маховых колебаниях) каждая лопасть находится одновременно в двух движениях– окруж­ном и маховом. При наложении этих двух движений на лопасть начинает действовать дополнительная сила инерции − Кориолиса.

Причину возникновения сил Кориолиса можно объяснить, используя закон сохранения энергии (Рис.19):

Рис.19 К возникновению сил Кориолиса

При поворотах лопасти вверх или вниз (маховых колебаниях) кинетическая энергия лопасти сохраняется постоянной при любом положении относительно плоскости вращения:

m(₁r₁)² = m(₂r₂)²

2 2

Здесь:

m – масса лопасти;

r1 и r2 – расстояние от центра масс лопасти до оси вращения НВ до и после взмаха (положения 1 и 2);

₁и _{2 —} угловые скорости вращения лопасти, соответствующие положениям

1 и 2.

При повороте лопасти вверх её центр масс приближается к оси вращения НВ, уменьшается радиус r, лопасть стремится уменьшить окружную скорость вращения. Сила Кориолиса увеличивается и действует на раскрутку лопасти, чтобы сохранить запас энергии.

При повороте лопасти вниз из положения 2 в положение 1 радиус r увеличивается, лопасть стре­мится увеличить окружную скорость. Возникающая сила Кориолиса пре­пятствует ускорению вращения и направлена на торможение лопасти.

Силы Кориолиса создают моменты изгиба, изменяющиеся по величине и по направлению. Они дополнительно нагружают лопасть и втулку в плоскости вращения (рис.18).

На еврокоптере, благодаря использованию эластомерных сферических подшипников, применению упругих элементов конструкции лопастей и втулки несущая система способна длительно работать, несмотря на воздействие больших нагрузок в полёте.

Вывод: Благодаря креплению лопастей к втулке при помощи упругих элементов они совершают маховые движения (функция «взмах лопасти») в плоскости тяги и колебания в плоскости вращения (функция «лобовое сопротивление»).

НВ с полужесткой втулкой имеет преимущества: моменты изгиба на втулку не передаются, конструкция облегчается, повышается ресурс работы несущей системы.