влияние параметров лопастей несущего винта вертолета на флаттерные характеристики

Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии № 49, 2011 УДК 629.7.015.4 И.Н. Шепель, А.Г. Дибир, А.А. Кирпикин, Н.И. Пекельный Влияние параметров лопастей несущего винта вертолета на флаттерные характеристики Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ” Проанализирована возможность регулирования и изменения относительной критической частоты оборотов несущего винта при проектировании и в эксплуатации. Разработано программное обеспечение, позволяющее исследовать флаттер несущего винта вертолета. Ключевые слова: винт, лопасть, флаттер, фокус, центровка, масса. Флаттер несущего винта вертолета − одно из опаснейших явлений аэроупругости, приводящее к разрушению конструкции. В практике вертолетостроения данному явлению уделяется особое внимание на всех этапах проектирования, испытаний и эксплуатации. В работах генерального конструктора М.Л. Миля приведено аналитическое решение данной проблемы [1 − 6]. Цель данной работы − получение наглядных зависимостей влияния различных факторов на поведение лопасти и обоснование выбора тех или иных конструктивных решений на основе работы [1]. Современные технологии изготовления композитных лопастей предоставляют широкие возможности изменения центровочных, жесткостных, весовых и геометрических параметров лопастей. Это обусловливает необходимость оперативной оценки флаттерных характеристик с использованием графических зависимостей на этапе эскизного проектирования. Рис. 1. Схема сечения лопасти Разработана программа, в алгоритме которой было принято допущение о совпадении линии вращения осевого шарнира с линией, проходящей через центр жесткости сечений (рис. 1) [1]. Для апробации выбрана лопасть, сходная с применяемой в несущем винте вертолета АК1-3 [7]. С помощью программы проведены расчеты критической частоты оборотов несущего винта, отнесенной к частоте собственных колебаний лопасти, на кручение n ф при варьировании следующих характеристик: компенсатор взмаха χ = 0,5 ; радиус лопасти R = 3,6 м; радиус горизонтального шарнира r0=0,2 м; плотность воздуха ρ = 1,225 кг/м3; коэффициент трения dтр = 0,283; собственная частота вращения лопасти от системы управления Pkr = 100 рад/с; положение центра тяжести лопасти − 25% хорды; положение фокуса лопасти − 35% хорды; расстояние 53 Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии № 49, 2011 от передней кромки до оси осевого шарнира х0 = 30% хорды; хорда лопасти b = 0,2 м; погонный момент инерции лопасти относительно оси вращения (осевого шарнира) Io = 0,0036 кг⋅м; погонная масса лопасти m = 3,8 кг/м. При этом один из указанных параметров изменялся в представляющих интерес пределах, а остальные оставались фиксированными. На основе полученных результатов проанализируем основные факторы, влияющие на флаттер несущего винта, и возможность их регулирования в конструкции. Центровка лопасти оказывает наиболее существенное влияние. Например, при компоновке, показанной на рис. 1, исключена возможность возникновения флаттера несущего винта при расположении центра масс ближе, чем 25% хорды от передней кромки рис. 2,а, поскольку смещение центра масс легко реализовать внесением груза в носок лопасти или общей компоновкой лопасти, что можно предусмотреть на этапе эскизного проектирования. Однако такой подход может привести к неоправданному повышению массы конструкции. Более эффективным представляется комплексный выбор необходимых центровочны