3.12.3. Выбор параметров расположения рулевого винта и оперения

Проектировать и конструировать РВ целесообразно с использованием тех же методов, методик и конструктивно-технологических решений, что и несущий винт (НВ) вертолета, но следует учитывать специфику работы РВ [59].

Рулевой винт устанавливают на хвостовой балке вертолета вне зоны вращения и по возможности вне интенсивного аэродинамического влияния несущего винта. При этом плечо рулевого винта в общем виде

. (3.81)

Для легких вертолетов δ = 0,1…0,2 м.

Килевая балка у ряда легких (Е-1-Л1) и у всех сверхлегких (Е-1-СвЛ) вертолетов отсутствует по причине упрощения (и облегчения) конструкции вертолетов и относительной малости тяги РВ.

Выбор расстояния РВ до хвостовой или килевой балки и анализ действия тяги РВ следует проводить в соответствии с рекомендациями работы [56], приведенными на рис. 3.17 для тянущих/толкающих рулевых винтов. Преимущественное распространение получил толкающий РВ, так как потери силы тяги толкающего РВ в несколько раз меньше, чем тянущего [28]. Кроме того, исключается дополнительное динамическое нагружение хвостовой балки пульсирующим воздушным потоком, отбрасываемым рулевым винтом.

Рис. 3.17. Зависимость относительной потери тяги РВ от схемы его расположения относительно хвостовой балки и параметров

Число лопастей рулевого винта приближенно может быть определено по соотношению

. (3.82)

Коэффициент заполнения РВ

. (3.83)

Максимальный крутящий момент на валу НВ по модулю равен реактивному моменту, действующему на корпус вертолета [ 28 ]:

. (3.84)

В этом случае из условия балансировки вертолета на расчетных режимах полета тяга рулевого винта

. (3.85)

Приближенно , где ‑ нормальный взлетный вес вертолета. На режиме висения с учетом гарантированного обеспечения путевого управления при неблагоприятном направлении ветра принимают

. (3.85а)

Для обеспечения характеристик продольной балансировки и устойчивости на вертолете можно использовать управляемый или неуправляемый стабилизатор. Стабилизатор имеет трапециевидную форму в плане и часто симметричный профиль в поперечном сечении. Его устанавливают на конце хвостовой балки в целях максимально возможного удаления от центра масс вертолета, а также для уменьшения вредного индуктивного воздействия НВ. Параметры (см. подразд. 3.4.1 и 3.5.2) и место расположения стабилизатора выбирают после проведения расчетов устойчивости и управляемости вертолетов с учетом статистического анализа прототипов. На этапах предварительного и эскизного проектирования принимают

. (3.86)

3.12.4. Выбор параметров фюзеляжа

Для легких вертолетов категории Е-1-Л1 силовой каркас фюзеляжа часто выполняется ферменной конструкции, к которой крепятся кабина летчиков, пассажиров и кресла, элементы системы управления, главный редуктор с несущим винтом, силовая установка, хвостовая балка с рулевым винтом и полозковое шасси. Обшивка может воспринимать внешние (поверхностные аэродинамические и т.п.) нагрузки и передавать их на стержневую ферму или нет. Ферма воспринимает все виды нагрузок: внешние (массовые, аэродинамические, инерционные и др.) и внутренние (изгибающие и крутящие моменты, перерезывающие и продольные силы). В связи с тем, что обшивка часто не включается в силовую схему фюзеляжа, вырезы в ней не требуют значительных усилений.

Кабина должна иметь большую площадь остекления для хорошего обзора экипажу во всех направлениях, минимальное лобовое сопротивление, большую вместимость и модульность конструкции для удобства ее снятия и установки, а также ремонта вертолета.

Хвостовая балка (ХБ) может быть выполнена ферменной или в виде тонкостенной дюралюминиевой трубы, или монококовой сборной конструкции из легких сплавов. Однако наиболее целесообразной следует признать моноблочную конструкцию, так как каждый стержень ферменной является источником колебаний, а в зонах соединений – существенной нерегулярностью (концентратором). Применение для хвостовой балки монолитной трубы постоянного сечения сопряжено с потерями в массе.

В связи с тем, что решение о создании легкого вертолета категории Е-1-Л1 может приниматься индивидуально, то выбор типа фюзеляжа (балочная, ферменная или смешанная конструкции) заключается в согласовании жесткости конструкции фюзеляжа с нагрузками в каналах и элементах системы управления вертолета. Другие рекомендации по выбору типа фюзеляжа определяются назначением вертолета.

А нализ статистики вертолетов показывает, что ферменная конструкция фюзеляжа (как, например, на вертолетах Белл 47G-3В-1 и Алуэтт-II) даже на небольших современных легких вертолетах не применяется (рис. 3.18). Вместо нее используется каркасная конструкция со сравнительно толстой, слабо напряженной обшивкой, как на вертолете Газель, или конструкция с тонкой напряженной обшивкой, как на вертолете Пума.

1

2

Рис. 3.18. Эволюция фюзеляжей легких вертолетов фирмы Аэроспасьяль:

1 ‑ вертолет Алуэтт II, совершивший первый полет 12 марта 1955 г. (взлетный вес 1600 кгс, = 1,85 м²); 2 ‑ вертолет Газель, совершивший первый полет 7 апреля 1967 г. (взлетный вес 1800 кгс; = 0,8 м²)

Балочная конструкция состоит из каркаса, работающей обшивки и силовых узлов. Каркас представляет собой два набора: поперечный (шпангоуты и диафрагмы) и продольный (стрингеры, балки (лонжероны), элементы жесткости).

По статистическим данным, шаг нормальных шпангоутов большинства авиаконструкций составляет 450500 мм, стрингеров – 150200 мм, нервюр – 250350 мм. Для хвостовых частей центральной части фюзеляжа и хвостовой балки шаг и длину стрингеров показывают схемой распределения стрингеров.

Для вертолетов легкой весовой категории отношение длины носовой части фюзеляжа (от носка до оси вращения НВ) к длине фюзеляжа рекомендуется 0,36...0,4, а удлинение фюзеляжей  ‑ 3,0...5,5, где — строительная высота фюзеляжа.

Для уменьшения лобового сопротивления фюзеляжа при угле атаки желательно наибольшее поперечное сечение располагать на расстоянии от носа фюзеляжа.