Высшие гармоники нагрузок

На режиме висения концевой вихрь до подхода следующей лопасти успевает лишь ненамного сместиться вниз и к оси винта. Поэтому вихрь приближается к концевой части лопасти, а расстояние между ними мало. В результате сильно изменяется нагрузка на конце лопасти, что оказывает заметное влияние на аэродинамические характеристики винта на режиме висения (см. также разд. 2.7.4). При полете вперед вихревой след винта уносится потоком, так что концевые вихри перемещаются вдоль всего диска винта, а не остаются лишь вблизи концевых сечений лопастей. Взаимодействие лопастей с вихрями происходит главным образом на боковых частях диска винта, где вихри оказываются в непосредственной близости от лопастей. Поэтому на режиме полета вперед индуктивные скорости распределяются по азимуту крайне неравномерно, что порождает высшие гармоники нагрузок, амплитуды которых велики. Таким образом, при полете вперед неоднородность поля индуктивных скоростей существенно влияет на нагрузки, вибрации вертолета и шум винта. Довольно велико влияние этого поля и на первую гармонику нагрузки, а следовательно, и на эффективность циклического управления винтом. С изменением режима полета влия- [c.652]

Метод расчета неоднородного поля индуктивных скоростей винта вертолета и высших гармоник нагрузок развит в работах Миллера [М.123, М.124] ). При постоянной или линейно изменяющейся по радиусу винта скорости протекания расчетные гармоники аэродинамических нагрузок убывают как ц" (где п — номер гармоники), тогда как по результатам измерений в определенных условиях полета (переходные режимы, посадка с подрывом) доминируют пятая и шестая гармоники нагрузки. Такие гармоники вызывают увеличение шума винта и вибраций вертолета. Основной причиной их, возникновения являются скорости, индуцируемые системой вихрей несущего винта. По- [c.663]

Для несущего винта вертолета на режимах висения и полета вперед характерны малые расстояния между концевым вихрем и последующей лопастью. При таких расстояниях концевой вихрь, проходя под последующей лопастью, вызывает появление на ней большой аэродинамической нагрузки. Ввиду того что именно она обусловливает возникновение высших гармоник нагрузок несущего винта и вибраций, расчет вызванной вихрем нагрузки составляет важную часть анализа работы лопасти. [c.683]

Высшие гармоники нагрузок 638 [c.1013]

Рис. 4 показывает, что величина нижней балансировочной скорости в пределах от нуля до oi значения не имеет различие пунктирных и сплошных кривых весьма мало. Роль верхней балансировочной скорости в зоне у1 2 i более существенна сравнительно небольшие отклонения 0 приводят на рис. 1 и 2 к заметным изменениям диапазона хорошей уравновешенности. Здесь сказывается влияние высших гармоник. Для их компенсации достаточно назначать верхнюю балансировочную скорость роторов любого типа, в том числе и стабильных вблизи максимальной рабочей скорости. Выбор промежуточных балансировочных скоростей, как и нижней, в известных пределах произволен. Если они не совпадают с критическими, то соответствующие гармоники устраняются не полностью и реакции от низших и высших форм результирующей неуравновешенности взаимно компенсируются. Это следует из соотношения ( <4) и аналогичной формулы для кососимметричных нагрузок. Приравнивая при балансировочных скоростях правую часть нулю, получим уравнения, которые связывают результирующие коэффициенты Фурье. [c.84]

Высокочастотные колебания элементов конструкции роторов н корпусов возбуждаются высшими гармониками неуравновешенных центробежных нагрузок роторов, зубчатыми передачами, подшипниками качения, аэродинамическими силами взаимодеиствия лопаточных венцов ротора и статора и т д [c.285]

Для расчета нагрузок лопасти была использована теория несущей линии. Рассматривались маховое движение только абсолютно жесткой лопасти и управление только общим и циклическим шагами. Качание и установочное движение лопасти (помимо определяемого управлением), а также ее изгиб в плоскости взмаха в расчет не принимались. Был рассмотрен шарнирный винт без относа ГШ, пружин в шарнирах и без связи между углами взмаха и установки. Зона обратного обтекания не учитывалась, все углы (кроме азимута) считались малыми. При определении аэродинамических характеристик сечений градиент подъемной силы по углу атаки был принят постоянным, а коэффициент сопротивления — равным его среднему значению. Влияние срыва, сжимаемости воздуха и радиального течения не учитывалось. Распределение индуктивных скоростей по диску было принято равномерным. Рассматривались только лопасти с постоянной хордой и линейной круткой. Неоперенная часть лопасти, концевые потери, высшие гармоники махового движения и вес лопасти не учитывались. [c.201]

Теория несущей линии представляет собой основу аэродинамики несущего винта, но она не пригодна для концевой части лопасти и тех частей, где к лопасти близко подходит вихрь, а нагрузки этих участков лопасти имеют важное значение. Качание и установочное движение лопасти (помимо определяемого управлением), а также ее изгиб в плоскости взмаха важны с точки зрения вибраций, нагрузок и аэроупругой устойчивости лопасти, но при расчете аэродинамических характеристик винта и характеристик управления ими обычно можно пренебречь. Аналогично высшие гармоники махового движения важны с точки зрения вибраций и нагрузок лопасти, но при указанных расчетах ими также можно пренебречь. Зону обратного обтекания можно не учитывать в интервале О ц 0,5, соответствующем [c.201]

Чтобы получить аналитические выражения для сил и моментов, действующих на несущий винт, а также для коэффициентов махового движения, приходится сделать некоторые упрощения расчетной схемы обтекания винта. К этим упрощениям относятся пренебрежение эффектами срыва и сжимаемости, замена неравномерного распределения индуктивных скоростей равномерным (или простейшим линейным), пренебрежение вторыми и высшими гармониками махового движения и учет из всех форм изгиба лопастей только основной формы. Получаемое при этих предположениях аналитическое решение дает представление о работе винта и, кроме того, имеет приемлемую точность в широком диапазоне режимов полета. Если вертолет летает на экстремальных режимах (большая скорость полета, большие концевые числа Маха, большой полетный вес и др.), одно или большее число предположений становится уже неприемлемым, и требуется более близкая к реальности расчетная схема. Кроме того, даже на тех режимах, для которых простая схема позволяет надежно рассчитать аэродинамические характеристики и маховое движение, расчет нагрузок лопастей и вибраций следует проводить с использованием усовершенствованной схемы. [c.253]

Второй тон изгибных колебаний обычно имеет собственную частоту, в 2,6-=-2,8 раза превышающую частоту оборотов. По мере увеличения номера тона увеличиваются число узлов и кривизна формы. Высшие гармоники, таким образом, важны с точки зрения нагрузок на лопасть и их вычисления. Для шарнирной лопасти второй тон махового движения часто называют первым тоном изгибных колебаний, поскольку основной тон махового движения не связан с упругими деформациями. Для формы второго тона изгибных колебаний шарнирной лопасти можно использовать приближение г — 4г — Зг, если нет более точных данных. Оно ортогонально первому тону г = г, однако не удовлетворяет граничным условиям нулевых моментов на конце и у комля лопасти. Можно предложить также выражение х = г — (я/3) sin п/, удовлетворяющее всем условиям, кроме нулевой перерезывающей силы на конце лопасти. Эти приближенные формулы полезны при оценке инерционных и аэродинамических коэффициентов в процессе анализа динамики несущего винта и особенно при оценке собственной частоты второго тона с помощью энергетического соотношения. [c.361]

Выражения для изгибающих и крутящих моментов, действующих в сечении лопасти, были получены в гл. 9. Важная особенность расчета лопасти на прочность заключается в том, что обязателен учет нагрузок не только от основного тона движения лопасти, но и от упругих тонов изгиба и кручения. Аэродинамические силы хорошо определяются основными тонами, доминирующими в движении лопасти (например, жестким тоном махового движения шарнирной лопасти). Однако возбуждение упругих тонов высшими гармониками этих аэродинамических сил может вызвать большие нагрузки в сечении, даже если деформации по этим тонам невелики. Обычно для достаточно точного вычисления нагрузок на лопасть нужно учитывать по меньшей мере 4—б связанных тонов изгиба в плоскостях взмаха и вращения. [c.640]

Расчет вибраций вертолета и нагрузок на несущем винте представляет трудную задачу, которая не всегда может быть удовлетворительно решена даже с применением наиболее сложных современных математических моделей. Сначала вычисляются периодические аэродинамические и инерционные силы на лопасти, а затем движения винта и фюзеляжа. Поскольку высшие гармоники аэродинамической нагрузки на лопасть являются основными источниками сильных вибраций и напряжений, требуется как можно точнее рассчитывать обтекание несущего винта, включая влияние вихрей, срыва и сжимаемости. Присутствие высокочастотных возбуждающих сил и опасность резонанса делают столь же важным наличие хороших моделей инерционных и упругих явлений. Расчет аэроупругих характеристик вертолета, включая вибрации и нагрузки, обсужден в гл. 14. [c.646]

Наиболее характерны для системы вихрей винта концентрированные концевые вихри. При работе винта как на осевых режимах, так и на режимах полета вперед лопасть регулярно проходит вблизи концевого вихря, сошедшего с предыдущей лопасти. При этом вихрь индуцирует около нее большие по величине скорости, что приводит к сильному изменению действующих на лопасть аэродинамических нагрузок. В этом причина появления высших гармоник нагружения лопасти, существенно влияющих на шум винта, вибрации и летные свойства вертолета. Расчет деформаций вихрей в поле индуцируемых ими [c.651]

И наклон диска винта. Распределение нагрузки по лоПасти предполагалось заданным, причем нагрузка считалась распределенной вдоль хорды по простому закону. Оказалось, что при численном интегрировании шаг по азимуту следует брать равным Г или менее и что приближение дальнего поля заметно занижает расчетные значения в ближнем поле. Влияние скорости полета в основном сводилось к повышению уровня высших гармоник звукового давления. Направленность излучения пра этом оставалась почти осесимметричной. Было получено хорошее соответствие расчетных и экспериментальных уровней шума для низких гармоник, но расчетные гармоники (полученные на основе измеренных нагрузок) быстро уменьшались q увеличением их номера в отличие от экспериментальных. [c.851]

Присутствие существенных по амплитуде высших гармоник свидетельствует о действии на колеблющуюся систему значительных нагрузок, которые могут в несколько раз превышать нагрузки, вызывающие колебания основной частоты. Однако, поскольку вопрос о связи между спектральным составом вибрации и опасностью ее для турбины недостаточно изучен, можно ограничиться лишь указанием на необходимость принятия более жестких допусков на вибрацию в случае значительных высокочастотных составляющих. Что касается низкочастотных колебаний, то вследствие [c.95]

Вибрации вертолета с частотами, кратными NQ, вызваны высшими гармониками нагрузок на несущем винте. Источники этих нагрузок — след винта и эффекты срыва и сжимаемости на больших скоростях полета. На режиме висения вибрации вер-— толета невелики вследствие почти полной осевой симметрии его обтекания. Единственным возбудителем высокочастотных гармоник нагрузок является небольшая асимметрия, вносимая влиянием фюзеляжа и других винтов. На малых скоростях полета (при 0,1) обычно наблюдается резкое увеличение вибраций, обусловленное большой неравномерностью поля индуктивных скоростей. Аэродинамическое сопротивление вертолета на малых скоростях невелико, поэтому наклон ПКЛ также мал, и концевые вихри лопастей остаются вблизи диска винта. Характеристика режима полета все же достаточно велика, поэтому лопасти проходят вблизи концевых вихрей предшествующих лопастей. Такое взаимодействие вихрей и лопастей приводит к сильному росту высших гармоник аэродинамических нагрузок, которые передаются через втулку и создают вибрации. Вибрации вообще увеличиваются в случаях, когда вихревая система находится вблизи диска винта, например на режимах торможения или снижения. Для увеличения скорости полета ПКЛ наклоняется вперед, что создает пропульсивную силу при этом вихри уносятся потоком от диска винта, и вибрации, вызванные влиянием вихрей, уменьшаются. На больших скоростях полета вибрации вновь возрастают в основном в результате увеличения высших гармоник нагрузок, вызванного эффектами срыва и сжимаемости. Максимальная скорость полета вертолета часто ограничивается именно этими вибрациями. [c.638]

В работе [М. 125] рассмотрены высшие гармоники нагрузок на режиме полета вперед и также сделан вывод, что основной причиной их возникновения является сложная система вихрей винта,, в частности концевые вихревые жгуты, интенсивность которых определяется постоянной частью циркуляции, т. е. средним значением подъемной силы. Кроме того, п-я гармоника циркуляции порождает п-ю гармонику индуктивной скорости, что приводит к эффекту, описываемому функцией уменьшения подъемной силы. Показано, что в полете вперед при 0,2 ц 0,3 такой эффект определяется лишь влиянием ближних поперечных вихрей (т. е. соответствует обычной функции Теодорсена), но при меньших значениях я становится существенным также [c.665]

В работе [Р.67] развивается далее метод расчета неоднородного поля скоростей и высших гармоник нагрузок. При этом аэроупругие деформации лопасти, в частности зависимость угла взмаха р от азимута ip, определяются одновременно с интенсивностью присоединенного вихря. Как известно, в уравнения движения лопасти входят члены с первой и второй производными по времени. Для интересующего нас периодического решения эти производные могут быть выражены через коэффициенты разложения в ряд Фурье соответствующих смещений. Указанные коэффициенты выражаются в свою очередь через значения смещений в конечном числе точек по азимуту. Таким образом, уравнения движения лопасти преобразуются в систему линейных алгебраических уравнений относительно смещений в ряде точек по азимуту. Поскольку алгебраические уравнения для циркуляции и движения лопасти связаны между собой, для определения Г(г/, ijji) и P(ij3/) требуется совместное их решение. Авторы [c.666]

Рассмотрим теперь несущий винт на режиме установившегося полета вперед с некоторым значением характеристики режима полета Хотя при этом высшие гармоники нагрузок весьма велики и существенно влияют на шум вращения, для изучения влияния продвижения винта вперед на шумоизлучение, временно, ограничимся случаем постоянной нагрузки. Как и ранее, распределим по диску винта систему вертикально направленных акустических диполей, которые теперь будут перемещаться в направлении отрицательной оси х со скоростью, соответствующей числу Маха М = С этой же скоростью будем перемещать и точку наблюдения. Звуковое давление движущегося вертикального диполя определяется формулой [c.847]

Если амплитуды гармоник нагрузки с увеличением п быстро убывают, то требуемое число их уменьшается.) Таким образом, при больших концевых числах Маха и большом числе лопастей для расчета шума вращения необходимо учитывать очень большое число гармоник нагрузки, значительно большее, чем обычно определяется расчетными или экспериментальными методами в аэродинамических исследованиях винта. В работе делается вывод, что недостатком предыдущих исследований является лренебрежение очень высокими гармониками нагрузки однако при практических расчетах данные о столь высоких гармониках обычно отсутствуют как из-за ограничений на практически приемлемое количество вычислительных операций, так и из-за недостаточной точности методов. Авторы предложили упрощенный метод, который основан на следующих предположениях на лорду каждого сечения действует импульсная нагрузка (это предположение идет в запас надежности) используется эквивалентный радиус (т. е. нагрузка сосредоточивается в одном сечении, так как расчеты показали, что шум слабо зависит от распределения нагрузки по радиусу) из анализа результатов измерений нагрузок на лопасти сделан вывод, что амплитуды высших гармоник нагрузок изменяются с ростом их номера п по закону Рп = РоП , где Fq — средняя нагрузка. Для всех внешних сечений лопасти и режимов работы винта от висения до полета вперед на режиме = 0,2 наилучшее согласие с экспериментом было достигнуто при k = 2, причем в расчетах использовалось 10 гармоник нагрузки. По некоторым признакам, для полета в неспокойной атмосфере следует принимать /г — I. Предположение, что длина корреляции изменения гармоник нагрузки по радиусу пропорциональна приближенно [c.852]

Если лопасть несущего винта совершает п колебаний за оборот, то частота ее колебаний m равна nQ, где Q — угловая скорость вращения винта. Поскольку при этом скорость набегающего на сечение потока равна Qr, а полухорда — с/2, для приведенной частоты получаем выражение k = n jlr. В случае винтов с лопастями большого удлинения приближенно можно принять k 0,05n. Для низких гармоник, когда приведенная частота мала, функция уменьшения подъемной силы близка к 1. Так, для первой гармоники вихревой след уменьшает подъемную силу примерно на 5%. Поэтому пренебрежение влиянием следа и другими нестационарными эффектами при выполненном в предыдущих главах анализе аэродинамических коэффициентов несущего винта и махового движения вполне оправдано. Однако для высших гармоник приведенная частота довольно велика, и влияние следя поперечных вихрей необходимо принимать во внимание при точном расчете нагрузок. [c.441]

СИЛОЙ, которая, согласно нестационарной теории профиля, в свою очередь зависит от движения лопасти и величины циркуляции. Поэтому уравнение махового движения лопасти позволяет связать коэффициенты гармоник циркуляции с коэффициентами махового движения, что замыкает определяющую их систему уравнений. Решение ищется методом последовательных приближений, а индуктивные скорости подсчитываются при заданной циркуляции. После этого вычисляются коэффициенты гармоник нагрузки и махового движения, что позволяет уточнить циркуляцию. Процедура повторяется до достижения сходимости приближений. Поскольку высшие гармоники индуктивных скоростей в основном зависят от структуры вихревого следа, в качестве первого приближения можно использовать среднее для заданной силы тяги значение циркуляции. Миллер обнаружил, что гармоники нагрузок сильно зависят от шага винтовых поверхностей, и предположил, что для расчета влияния концевого вихря, приближающегося к лопасти, требуются нелинейная вихревая теория и представление лопасти несущей поверхностью. Он ввел также концепцию полужесткого следа, каждый элемент которого имеет вертикальную скорость, равную скорости протекания в соответствующей точке диска винта в момент схода этого элемента с лопасти. [c.665]

Метод расчета шума вращения винта вертолета на режиме полета вперед приведен в работе [S.24]. Метод состоит в том,, что движение винта считается установившимся (т. е. принимается стационарное распределение диполей), но учитывается нестационарность нагрузок, как это сделано в разд. 17.3.4. Предполагается, что измеренные или расчетные значения нагрузок известны и что подъемная сила равномерно распределена по хорде. Звуковое давление в произвольной точке поля определяется путем численного интегрирования по диску винта. Проведено сравнение результатов расчета шума вращения с результатами летных испытаний. Выяснено, что сходимость первой, гармоники звукового давления улучшилась (по сравнению с теорией Гутина, правильно оценивающей первую гармонику на режиме висения, но занижающей ее на режиме полета вперед) > Однако расчеты высших гармоник, начиная с третьей, были по-прежнему неудовлетворительны. В работе [S.23] этот метод, был уточнен путем учета действительного распределения давления по хорде. Использовался гармонический анализ распределения давления по диску винта, полученного пересчетом результатов измерений давления на поверхности лопасти. При таком подходе хорошая сходимость с экспериментом имела место по крайней мере до четвертой гармоники как на режиме висения, так. и при полете вперед. (В этой связи полезно напомнить, что при равномерном распределении нагрузки по хорде множители 1щы уменьшаются слишком быстро.) В работе даны примеры влияния высших гармоник нагрузки на расчетный уровень шума и сделан вывод, что для получения т-й гармоники шума вращения нужно знать гармоники нагрузки по крайней мере до-номера mN. По этому вопросу ряд данных имеется также в ра- боте [S.22]. [c.851]

Изоляция вибраций и ударов должна применяться наряду с рассмотренными выше мероприятиями. Вибро- и удароизоля-ция являются наиболее эффективны.ми и универсальными мерами, применением которых удается значительно уменьшить вибрации, вызываемые не только основными, но также и высшими гармониками возмущающих нагрузок, а также уларны.х нагрузок и нагрузок, возникающих вследствие различных непредвиденных причин. Суть их состоит в том, что между изолируемым объектом н его основанием устанавливаются специальные упругие элементы — амортизаторы. [c.16]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...