Глава1-5
Аэроклуб "ТвистЭйр" Вверх

 

5. АВТОМАТ ПЕРЕКОСА

Схематически устройство автомата перекоса показано на рис. 16. Для простоты изображен автомат перекоса двухлопастного винта, однако автомат перекоса трех- и четырехлопастных винтов принципиально ничем не отличается от изображенного на рисунке, добавляется лишь еще один или два поводка к лопастям соответственно их количеству.

Основными деталями автомата перекоса являются:

— вращающееся кольцо 1, соединенное поводками с лопастями; через шариковый подшипник это кольцо опирается на невращающееся кольцо 2, вставленное в обойму 3;

обойма 5 с поводком 4 поперечного управления и поводком 5 продольного управления;

— скользящее кольцо 6 управления общим шагом. Кольца 1 и 2 вместе с обоймой 3 при действии ручкой управления вертолетом 7 могут наклоняться вперед, назад и вбок или одновременно относительно любой оси, лежащей в горизонтальной плоскости.

Так как кольцо 1 вертикальными поводками связано с лопастями, то наклон плоскости вращения этого кольца вызывает циклический (т. е. повторяющийся в каждом обороте винта) поворот лопастей относительно их продольных осей, или, другими словами, каждая лопасть циклически изменяет свой шаг. Чтобы уяснить, что следует за изменением шага лопастей, разберем отдельно два вида полета вертолета — вертикальный и горизонтальный.

Рис. 16. Схема автомата перекоса:

1 — вращающееся кольцо; 2 — невращающееся кольцо; 3 — обойма; 4 и 5— поводки; 6 — скользящее кольцо; 7—ручка управления вертолетом; 8 рычаг управления шагом с корректором газов

На самом деле эти два вида полета могут совмещаться один с другим в любом сочетании и образовывать наклонный полет по траектории под любым углом к горизонту, но их целесообразно разграничить, так как каждый из них требует раздельного управления и различных действий летчика.

Вертикальный полет достигается изменением общего шага лопастей, или, другими словами, изменением угла атаки всех лопастей одновременно. При этом угол атаки всех лопастей одновременно возрастает или уменьшается на одинаковую величину, что соответствует увеличению или уменьшению подъемной силы, а следовательно, соответствует подъему или снижению вертолета вертикально.

Управление общим шагом сосредоточено в рычаге общего шага 8, расположенном в кабине, с левой стороны сиденья летчика.

Из рис. 16 следует, что если рычаг общего шага тянуть вверх, то, поднимая тем самым вверх оба кольца — невращающееся и вращающееся, мы увеличиваем шаг лопастей, в результате чего вертолет будет подниматься. Если рычаг опускать вниз, то вертолет будет вертикально снижаться.

Рис. 17. Циклическое изменение шага лопастей при отклонении автомата

перекоса

Горизонтальный полет вертолета достигается, как было уже сказано выше, наклоном плоскости вращения несущего винта, т. е. за счет горизонтальной составляющей вектора полной аэродинамической силы несущего винта. Наклон плоскости вращения достигается циклическим изменением шага лопастей.

Это означает, что шаг каждой лопасти несущего винта в течение цикла (одного оборота) будет сначала возрастать до какой-то величины, а затем убывать до какого-то минимального значения; в начале следующего оборота — снова возрастать, потом убывать и т. д.

Схема циклического изменения шага лопасти в различных азимутальных ее положениях 1 показана на рис. 17.

Рассмотрим силы, действующие на лопасть при неотклоненном и отклоненном вперед положениях кольца автомата перекоса.

В плоскости, проходящей через ось лопасти и ось вращения несущего винта, при вращении будут действовать силы, показанные на рис. 18: подъемная сила Yл, сила веса Gл, сила инерции при взмахе J и центробежная сила Jс, равная 2r.

По величине эти силы значительно отличаются одна от другой: подъемная сила лопасти приблизительно в 10 раз больше веса лопасти, а центробежная сила лопасти примерно в 100 раз больше ее веса.

Рис. 18. Силы, действующие на лопасть при вращении несущего

винта в полете:

Y — подъемная сила; G — сила веса; J — сила инерции лопасти при взмахе; Jc — центробежная сила

Рассмотрим моменты сил относительно горизонтального шарнира, считая для упрощения, что все они приложены к центру тяжести лопасти.

Сила веса Gл стремится повернуть лопасть относительно горизонтального шарнира вниз, подъемная сила лопасти, как видно из схемы сил (рис. 18), стремится повернуть лопасть вверх относительно той же точки. Поскольку величина подъемной силы примерно в 10 раз больше веса лопасти, то эффект от момента подъемной силы будет более значительным, чем эффект от веса лопасти. Однако центробежная сила, которая больше подъемной силы, все

1 Какое-либо положение лопасти в поверхности, ометаемой несущим винтом при его вращении принято называть азимутальным положением лопасти (от слова азимут). За нулевое азимутальное положение принимают крайнее заднее положение лопасти, что для одновинтового вертолета будет соответствовать положению лопасти над хвостовой балкой. Азимутальный угол обозначается буквой φ.

время препятствует отклонению лопасти от плоскости вращения втулки несущего винта, ограничивая подъем лопасти.

Суммарное влияние сил, действующих на лопасти, приводит к тому, что вращение лопастей несущего винта происходит не в плоскости вращения его втулки, а по поверхности конуса; угол конусности этой поверхности определяется условием равновесия моментов от сил, действующих на лопасти относительно горизонтального шарнира.

Сумма моментов от этих сил относительно горизонтального шарнира должна быть равна нулю.

Для уяснения зависимости изменения шага от азимутального положения лопасти, рассмотрим лопасть, изображенную на рис. 17.

В исходном положении, до наклона кольца автомата перекоса шаг был равным 10° и на лопасти в любом азимутальном положении создавалась постоянная подъемная сила Yл. При этом моменты всех сил относительно горизонтального шарнира были уравновешены.

Лопасть вращалась по какой-то правильной конической поверхности с углом конусности β (угол конусности в этом случае — поворот лопасти вверх от плоскости вращения втулки несущего винта).

Допустим, что при отклонении ручки управления кольцо автомата перекоса наклонилось, т. е. повернулось вокруг оси а — а так, что в азимутальном положении 180° шаг лопасти уменьшился на угол Δφ, ΰ в положении 0° увеличился на угол Δφ. Οусть Δφ = 2° (ρм. рис. 17,а).

Отклоненное положение всей системы на рисунке изображено пунктиром. Если окружность, описываемую сечением лопасти при ее вращении, представить в виде прямой линии и построить график величин шага лопасти при наклоненном кольце автомата перекоса, то он будет выглядеть так, как это показано на рис. 17,6. Как видно из графика, изменение шага будет происходить в следующем порядке:

— в положении 0° азимута шаг будет максимальным;

— от азимута 0° до 90° шаг будет убывать и в азимутальном положении 90° будет равен исходному (10°);

— от 90° до 180° шаг будет продолжать убывать и в азимутальном положении 180° будет равен минимальному (8°);

— от 180° до 270° шаг возрастает до исходного значения (10°);

— от 270° до 0° шаг будет продолжать возрастать до максимального значения (12°).

При наклоне кольца автомата перекоса (см. рис. 17, а) в левой половине поверхности, ометаемой несущим винтом при его вращении (от 90° до 270°) вследствие уменьшения шага уменьшится угол атаки сечений лопасти.

С уменьшением угла атаки начнет уменьшаться и величина подъемной силы лопасти Yл (см. рис. 18). Это приведет к нарушению равновесия моментов от сил относительно горизонтального шарнира, и лопасть начнет опускаться.

IB правой половине поверхности, ометаемой несущим винтом при его вращении (от 270° до 90°), где шаг лопасти увеличивается, она будет подниматься.

В результате циклического изменения шага лопасть при вращении начнет совершать маховые движения. При этом след общего движения какого-либо ее сечения (вращательного и махового) будет лежать в новой плоскости, наклоненной относительно прежней плоскости вращения на некоторый угол.

Следует заметить, что наклон плоскости вращения вследствие инерции лопасти при маховых движениях несколько отстает от циклического изменения шага. Там, где шаг минимальный, лопасть опускается с наибольшей скоростью, и, несмотря на то, что далее при вращении шаг увеличивается, она продолжает еще опускаться. Точно так же там, где шаг после наибольшего значения начинает убывать, лопасть еще продолжает подниматься, но уже

Лопасть В крайнем верхнем положении     Взмах лопасти вниз

Рис. 19. Угол атаки сечения лопасти при ее опускании; vB3 скорость опускания лопасти

замедляет подъем. В связи с запаздыванием наклона плоскости вращения циклическое изменение шага требуется производить с некоторым упреждением по азимуту. Конструкция автомата перекоса выполнена так, что это запаздывание автоматически учитывается. Автомат перекоса обеспечивает наклон плоскости вращения в том направлении, в котором отклонена ручка управления.

Очень важно отметить, что подъемная сила лопасти при ее движении по поверхности, ометаемой несущим винтом, почти не изменяется. Это объясняется изменением угла атаки сечений лопасти при маховых движениях, компенсирующим изменение угла атаки из-за циклического изменения шага. Действительно, при опускании лопасти изменится величина и направление скорости обтекания в сечениях лопасти (рис. 19). Величина скорости обтекания при этом не будет равна окружной скорости вращения, а выразится как геометрическая сумма скоростей воздушных потоков от вращательного и махового движений.

Произведем построение геометрической суммы этих скоростей для сечения на конце лопасти r = R согласно правилу сложения векторов.

Начнем с вектора окружной скорости ωR. Этот вектор для выбранного сечения лопасти лежит в плоскости его вращения, которую представим проходящей через хвостик хорды. Эта плоскость параллельна плоскости вращения втулки винта. K началу вектора скорости потока от вращения приложим конец вектора скорости

Взмах лопасти вверх

 

Лопасть в крайнем нижнем положении

 

Рис. 20. Угол атаки сечения при взмахе лопасти вверх

 

 

 

 

 

 

Рис. 21. Схема действия автомата перекоса:

I — направление полета вперед; II — направление полета в сторону

потока от махового движения лопасти вниз vвз. Отрезок прямой, соединяющей конец первого вектора с началом второго, будет вектором равнодействующей скорости W.

При маховом движении лопасти вниз результирующий вектор скорости будет составлять с хордой сечения лопасти больший угол α1, чем шаг φ1 в данном азимутальном положении. Это значит, что угол атаки сечения лопасти в этом положении будет больше шага при данном азимуте, а величина подъемной силы возрастет почти до своего первоначального значения (см. рис. 19).

При взмахе лопасти вверх она обдувается дополнительным потоком сверху, а вектор результирующей скорости W составляет меньший угол с хордой. Следовательно, здесь будет меньший угол атаки, в результате чего увеличения подъемной силы в азимутах, где шаг увеличен, почти не будет (рис. 20).

Таким образом, изменение шага лопасти и следующее за ним изменение подъемной силы лопасти, только начавшись сразу с возникновением поворотного движения лопасти относительно горизонтального шарнира, встречает противодействие изменению величины подъемной силы. Незначительное увеличение или уменьшение подъемной силы лопасти относительно ее среднего значения, вызывающее либо взмах вверх, либо опускание лопасти, уравновешивается возникновением сил инерции махового движения.

При движении ручки управления плоскость вращения может быть наклонена в любом направлении и соответственно этому будет создаваться горизонтальная составляющая тяги, сообщающая движение вертолету в том же направлении; при этом он наклоняется в ту же сторону (рис. 21). Это происходит за счет появления момента от тяги относительно центра тяжести вертолета.

 

 

Назад ] Аэроклуб "ТвистЭйр" ] Вверх ] Вперед ] Авиамагазин      АВТОЖИРные страницы  НОВОСТИ

Пишите нам: jjhelicopters@mtu-net.ru
Copyright © 2000-2001 Mr.Twistair
Крайние изменения произведены: апреля 15, 2002

Авиационный топ. Нижние два числа - хитов всего
            и хитов в среднем за день.