Динамика полета вертолета

ДИНАМИКА ПОЛЕТА ВЕРТОЛЕТА [c.204]

Основные понятия аэродинамики и динамики полета вертолета [c.204]

Динамика полета вертолета [c.205]

Динамика полета вертолета 209 [c.209]

Эта работа Н.Е. Жуковского, по сути дела, является основой отечественной научной школы динамики полета вертолета. [c.101]

Рассмотрим далее такие пилотажные качества вертолета, как динамическая устойчивость и реакция его как твердого тела на отклонение управления. При анализе динамики полета учитываются шесть степеней свободы твердого тела. Поскольку несущий винт является важным объектом анализа, необходимо рассматривать также и его степени свободы, в частности маховое [c.705]

Так же как и для режима висения, в рассматриваемом случае силы и моменты несущего винта, действующие на вертолет, находятся из низкочастотной модели несущего винта, и, следовательно, несущий винт не добавляет системе степеней свободы. Обычно низкочастотная модель хорошо представляет несущий винт при анализе динамики полета, но в некоторых случаях оиа неудовлетворительна. В разд. 12.1 были получены квазистатические силы и моменты на несущем винте с учетом влияния махового движения. При полете вперед в выражениях для производных устойчивости несущего винта, полученных для режима висения, появляются члены, имеющие величину порядка так что эти производные до = 0,5 меняются не очень сильно. Появляются также производные величиной порядка связывающие вертикальное и продольно-поперечное движения [c.749]

Неравномерность индуктивного потока — важный фактор в динамике полета вперед, обусловливающий значительные изменения производных устойчивости. Например, производная устойчивости по скорости особенно чувствительна к продольным изменениям индуктивной скорости. В настоящем анализе частота вращения несущего винта полагалась постоянной. На режимах авторотации, снижения с работающими двигателями или в отсутствие регулятора оборотов могут иметь место значительные колебания частоты вращения, которые существенно влияют на динамику вертолета. Установлено, что на режиме авторотации несущий винт статически нейтрален по скорости (jWu = 0) и статически устойчив по углу атаки (jW O). [c.756]

В работе [М. 121] проведено сравнение корней продольного движения вертолета, найденных с учетом динамики несущего винта и с использованием низкочастотной модели. Для вертолета на режиме висения учитывались четыре степени свободы продольная скорость хв, угол тангажа 0в, продольный Pi и поперечный Pis наклоны конуса лопастей. Квазистатическая аппроксимация позволила снизить порядок модели до двух степеней свободы, Хв и 0в- В результате сравнения корней продольного движения вертолета с учетом и без учета степеней свободы несущего винта для шарнирного и бесшарнирного винтов, а также сравнения частотных характеристик до частоты (o = 0,14Q был сделан вывод о том, что квазистатическая аппроксимация хорошо описывает несущий винт при анализе динамики полета. [c.775]

В системах с прямой механической связью между рычагами летчика и несущим винтом шарнирные моменты лопастей передаются на рычаги управления. Усилие на рычаге общего шага определяется постоянной составляющей шарнирного момента на лопасти, а на ручке циклического шага — переменной составляющей, имеющей чистоту оборотов. Для получения хороших характеристик управляемости важно надлежащее изменение усилий на ручке управления. Общие требования к усилиям на рычагах управления включают малое трение, низкие вибрации и логически понятное изменение усилий на переходных режимах полета. Должны иметься также средства для разгрузки рычагов управления на установившихся режимах полета. Желательно иметь также умеренные усилия, направленные противоположно и пропорциональные любому отклонению ручки управления. На вертолете с чисто механической системой управления шарнирные моменты и, следовательно, усилия на рычагах управления чувствительны к динамике и геометрии лопасти. [c.702]

Двухвинтовой вертолет поперечной схемы имеет поперечную симметрию, поэтому его симметричные и антисимметричные движения на висении ив полете вперед полностью изолированы. На режиме висения его динамика в основном такая же, как и у вертолета продольной схемы, если поменять местами продольную и поперечную оси. Симметричные движения (продольное и вертикальное) для этой схемы соответствуют движениям одновинтового вертолета. Поперечное движение вертолета поперечной схемы соответствует продольному движению вертолета продольной схемы движения рыскания у них одинаковы. Перемена осей сильно влияет на характеристики управляемости, поскольку требования управляемости различны для продольного и поперечного движений. [c.740]

Рассмотрим характеристики управляемости вертолета при полете вперед. Вследствие поступательной скорости появляются новые силы, действующие на вертолет центробежные, возникающие при повороте вектора скорости вертолета относительно связанной системы координат аэродинамические, воздействующие на фюзеляж и хвостовое оперение силы на несущем винте, пропорциональные характеристике режима. В результате характеристики управляемости вертолета при полете вперед и на режиме висения существенно различны. При полете вперед вертикальное и продольно-поперечное движения связаны через силы на несущем винте и ускорения фюзеляжа. Тем не менее будем вновь предполагать возможным раздельный анализ продольного движения (продольная скорость, угол тангажа и вертикальная скорость) и бокового движения (поперечная скорость, угол крена и угловая скорость рыскания). Такой подход дает удовлетворительное описание динамики вертолета, хотя на самом деле все шесть степеней свободы взаимозависимы. [c.747]

Подытоживая, можно сказать, что полет вперед влияет на динамику продольного движения тем, что появляются момент тангажа от вертикальной скорости и вертикальное ускорение, вызванные угловой скоростью тангажа и инерционностью вертолета. Их произведение дает член —в характеристическом уравнении. Влияние скорости полета на корни легко установить, если рассматривать характеристическое уравнение как передаточную функцию некоторой разомкнутой системы с коэффициентом обратной связи Полюсы разомкнутой системы являются корнями характеристического уравнения для режима висения (строго говоря, это корни для режима висения, полученные с производными устойчивости, соответствующими полету вперед). Кроме того, имеется двойной нуль разомкнутой системы в начале координат. Режиму висения соответствуют два действительных корня для движений по тангажу и вертикали и два длиннопериодических слабо неустойчивых колебательных корня. За коэффициент обратной связи можно принять и л , поскольку производная Mw пропорциональна ц. Корневой годограф при изменении или, что то же самое, скорости полета, показан на рис. 15.10, где видно изменение корней продольного движения как при исходной неустойчивости по углу атаки от несущего винта (М >0), так и при устойчивости по углу атаки, создаваемой достаточно большим стабилизатором Ми, < 0). [c.754]

Вертолет с довольно большим стабилизатором может быть в целом статически устойчив по углу атаки. В этом случае при полете вперед действительные корни движений по тангажу и вертикали переходят в колебательные с коротким периодом и высоким демпфированием, а длиннопериодические корни обычно перемещаются в левую полуплоскость с небольшим увеличением периода и демпфирования. Таким образом, динамика вертолета со стабилизатором при полете вперед характеризуется короткопериодическим колебательным движением, обусловленным демпфированием по вертикали и тангажу, и длиннопериодическим колебательным движением, устойчивость которого обусловлена статической устойчивостью по углу атаки. Стабилизатор, достаточно большой для того, чтобы обеспечить высокий уровень статической устойчивости, не всегда приемлем на практике, особенно при бесшарнирном несущем винте. Его эффективность снижается на малых скоростях вследствие влияния винта и фюзеляжа. Тем не менее он настолько улучшает характеристики управляемости, что большинство одновинтовых вертолетов снабжается стабилизатором. [c.755]

К примеру динамики продольного движения вертолета при полете вперед [c.764]

В работе [R.30] была исследована динамика продольного движения вертолета без стабилизатора и установлено, что основные проблемы управляемости при полете вперед связаны с неустойчивостью по углу атаки и усилиями на ручке при выполнении маневров. Неустойчивость по углу атаки приводила к неприемлемой реакции по нормальному ускорению при отклонении ручки на себя . Выяснился неустойчивый характер изменения нормального ускорения и зафиксированы нежелательные усилия на ручке при выполнении продольных и поперечных маневров на режиме висения. При полете вперед обнаружилось сильное ухудшение устойчивости длиннопериодических колебаний из-за неустойчивости по углу атаки, которое возрастало с увеличением скорости. Для обеспечения устойчивости по углу атаки при полете вперед было предложено применить стабилизатор. [c.765]

Рассмотрим далее динамику изолированного бокового движения вертолета при полете вперед с учетом трех степеней свободы поперечной скорости, угла крена и угловой скорости рыскания. Переменными управления являются поперечный циклический шаг несущего винта, общий шаг рулевого винта, учитывается также скорость поперечного порыва ветра. Пренебрегая инерционными и гравитационными силами порядка апв, уравнения движения можно записать в виде [c.766]

В работе [К-8] исследовалась динамика продольного движения вертолета в поступательном полете с учетом шести степеней свободы, включая динамику махового движения (хв, 0в, 2в, Ро, Pi и Pis), либо трех степеней свободы с низкочастотной моделью винта (хв, в и 2в). Частотные характеристики вв/Qis для обоих случаев были почти идентичными до частоты (о = = 0,Ш, а в двух примерах даже до (о = (особенно по амплитуде). [c.775]

Для точного анализа динамики полета вертолета с бесшар-нирным винтом часто необходим учет, кроме махового движения лопасти, еще и движения ее в плоскости вращения, а также крутильных колебаний. Инерционные и упругие взаимосвязи в динамике бесшарнирной лопасти могут оказывать большое влияние на характеристики управляемости. Тем не менее низкочастотная модель дает в общем приемлемую аппроксимацию даже для бесшарнирного винта. [c.774]

Приведенный здесь анализ динамики полета вертолета основан на использовании низкочастотной модели несущего винта. При такой аппроксимации получается система с шестью степенями свободы твердого тела, причем влияние несущего винта проявляется в форме производных устойчивости. Для анализа, а часто и для численных решений удобнее система более низкого порядка. Низкочастотная модель несущего винта в целом достаточно хороша для анализа динамики полета. Она согласуется с очень низкими частотами движения вертолета как твердого тела, что было показано численными примерами для корней, приведенными в предыдущих разделах. Оправданием для использования низкочастотной модели служит быстрая перестройка махового движения лопастей (см. разд. 12.1.3). Небольшое запаздывание объясняется мощным демпфированием махового движения лопасти. В разд. 12.1 низкочастотная модель была получена непосредственно из дифференциальных уравнений махового движения. В невращающейся системе координат были опущены все производные по времени от угла взмаха, так что уравнения свелись к квазистатической реакции махового движения на отклонения управления, перемещения вала и порывы ветра. [c.774]

Жуковский по праву может считаться основоположником отечественной науки о вертолетах. Опубликованные им в начале XX в. труды, такие, как О полезном грузе, поднимаемом геликоптером , Теория гребного винта с большим числом лопастей и Опыт теоретического определения эффекта ветра, дующего в плоскости геликоптерного винта , в совокупности с некоторыми публикациями Д.П. Рябушинского, В.И. Ярковского и Б.Н. Юрьева (см. далее) явились основой трех направлений отечественной теории проектирования, аэродинамики и динамики полета вертолета. [c.102]

Глубина проработки средств продольно-поперечного управления непосредственно зависела от уровня представлений о динамике полета вертолета. Винтокрылый аппарат считался идеально устойчивым средством воздушной навигации. Органов создания продольного и поперечного управляющих моментов, как правило, не предусматривалось. Впервые они встречаются в 1891 г. в проекте С.А. Гроховского, что, по-видимому, связано с переосмыслением опыта воздухоплавания и анализом результатов опытов с моделями. В 1901 г. вышла брошюра Д. Чумакова — первая работа в области динамики полета винтокрылых летательных аппаратов. Проведенные затем во вновь созданных аэродинамических лабораториях экспериментальные исследования несущих винтов позволили выявить силы и моменты, действующие на винте, и подтвердили целесообразность установки органов продольнопоперечного управления. Появились различные предложения повышения устойчивости вертолетов, в том числе и прообразов современных автопилотов. [c.205]

Возмущение вертикальной скорости вертолета, направленное вниз (2вт < 0), вызывает при полете вперед увеличение угла атаки вертолета. При этом несущий винт наклоняется назад, создавая на вертолете кабрирующий момент, стремящийся еще более увеличить угол атаки. Таким образом, при. полете вперед несущий винт становится источником неустойчивости вертолета по углу атаки, что играет важную роль в динамике полета. [c.580]

В первые годы XX в. появились работы Ш. Ренара, Н.Е. Жуковского, Г. Вельнера и других ученых, ставшие основами теории проектирования вертолетов. Возникли основы весового и аэродинамического расчетов винтокрылых летательных аппаратов, методы оптимизации их параметров. Значительно изменилась глубина проработки проектов вертолетов. Они стали сопровождаться энергетическими и аэродинамическими расчетами, весовыми сводками, более подробным описанием частей и деталей конструкции и оборудования. В это же время произошла существенная переоценка представлений о динамике полета винтокрылых летательных аппаратов. Если раньше вертолет считался устойчивым по самой своей природе , так как его винт рассматривался как точка подвеса, и чем ниже располагался центр тяжести аппарата, тем устойчивее он считался, то в начале XX в. была признана ошибочность такого мнения. Стала очевидной необходимость обеспечения вертолета средствами управления, позволяющими осуществлять балансировку сил и моментов, которые действуют относительно всех трех осей, и эффективными не только при поступательном движении, нй и на режиме висения. При этом конструкторы использовали уже давно известные органы управления, а также разрабатывали новые. Обращалось внимание на рациональное распределение функций между органами управления. [c.41]

Д. Чумаков. Исследования по динамике полета, 1901. В 1901 г. в Ашхабаде была издана брошюра Д. Чумакова Основы к решению задачи воздухоплавания , в которой автор сделал первую в мире попытку проанализировать динамику полета винтокрылого летательного аппарата. Чумаков отметил, что основными частями летательного аппарата являются средства создания подьемной ашы (несущие винты и крылья), силовая установка, корпус и органы управления и балансировки. Не уделяя большого внимания другим частям, он особо подчеркнул необходимость оснащения вертолета такими органами управления, благодаря которым летчик каждому уклонению аппарата в какую-либо сторону... в С0СТ0Я1ШИ будет быстро отвечать известным движением или действием, восстанавливающим желаемое направление . [c.68]

Большой вклад в развитие динамики винтокрылых летательных аппаратов внесли российские ученые. Ими были проанализированы особенности динамики полета винтокрылого аппарата на специфических вертолетных режимах полета, в первую очередь на режиме косой обдувки несущего винта при полете с поступательной скоростьк (Д.П. Рябушинский и Н.Е. Жуковский) и на режиме авторотации (Д.П. Рябушинский, Б.Н. Юрьев и др.), теоретически осмыслена при-i рода сил и моментов, действующих на вертолет в полете, начаты исследования повышения устойчивости вертолета, разработаны средства автоматической стабилизации. Эти исследования характеризуют отечественное вертолетостроение в 1907—1914 гг. [c.94]

Г.А. Ботезат. Проект, исследования винтов, 1916—1918. Выдающийся деятель петроградской научной авиационной школы профессор Георгий Александрович Ботезат (1882—1940) был ученым с мировым именем. Особенно большую известность принесли ему работы по динамике полета и аэродинамике. Кроме того, профессор занимался конструированием самолетов, баллистикой, строительством научно-исследовательских учреждений и, конечно, преподавательской деятельностью. Важнейшим его вкладом в авиационную науку в годы мировой войны было совершенствование импульсной теории, основы которой ранее заложили московские студенты Г.Х. Сабинин и Б.Н. Юрьев. Ботезат разобрал с единых позиций различные режимы работы винта. Он рассмотрел режим, названный им впервые вихревым кольцом . Особое внимание уделил режиму авторотации, на котором осуществляют аварийную посадку вертолета. Ученый впервые учел закручивание потока за винтом, получил основные формулы, позволяющие определять характеристики винтов, используемых в ка- [c.194]

Будучи одним из руководителей технического комитета УВВФ, Г.А. Ботезат занимался рассмотрением различных проектов винтокрылых летательных аппаратов, поступавших от изобретателей. Если в первые годы он был весьма скептичен к проектам подобного рода, то в 1917 г. его экспертные оценки аппаратов с несущим винтом значительно смягчились. Вероятно, дело было в том, что Г.А. Ботезат, основываясь на результатах испытания своих плоско-радиальных несущих винтов, а также на многолетнем опыте исследований динамики полета летательных аппаратов различного типа, приступил в то время к разработке вертолета собственной конструкции. Мастерские Главного аэродрома УВВФ, директором которого он был в то время, могли обеспечить необходимую производственную базу. Однако начавшаяся гражданская война и интервенция прервали работу ученого. Он был вынужден в 1918 г. эмигрировать в США. [c.195]

Работы российских вертолетостроителей по созданию и совершенствованию конструкции несущих винтов способствовали возникновению и формированию основных направлений науки о вертолетах, не только аэродинамики, но и проектирования, динамики полета, прочности и технологии. Способствовали они и развитию методов конструирования частей и деталей вертолета. Выявленная в процессе экспериментальных исследований целесообразность увеличения диаметра несущего винта противоречила быстрому росту его веса. В начале XX в. конструкторы пришли к выводу о существовании оптимального значения диаметра, выше которого выигрыш в увеличении подъемной силы теряется за счет роста веса самого винта. Впервые в России формула для определения такого оптимального диаметра была предложена Н.Е. Жуковским в 1904 г. В дальнейшем большой вклад в оптимизацию параметров винтов и вертолета внесли В.И. Ярковский и Б.Н. Юрьев. Результаты теоретических исследований, а также опыт практической постройки вертолетов позволяют утверждать, что оптимальными были несущие винты диаметром 6—8 м. Таким образом зарождались в российском вертолетостроении принципы научного выбора оптимальных параметров вертолета. [c.203]

В начале XX в. постройка натурных аппаратов, экспериментальные и теоретические исследования несущих винтов способствовали разработке и совершенствованию методов проектирования и конструирования винтокрылых летательных аппаратов. Если в XIX в. схема, параметры, компоновка вертолета выбирались часто независимо друг от друга, то в XX в. была признана их взаимосвязь и взаимовлияние. Появились даже отдельные публикаций (В.И. Ярковского и Б.Н. Юрьева) — комплексные исследования по всему циклу проектирования винтокрылого аппарата (от определения типа и конструкции отдельных частей до выбора схемы и параметров всего аппарата в целом), охватывающие вопросы аэродинамики, динамики полета и расчета на прочность. Таким образом, происходило зарождение нового вида отечественной промышленности — вертолетостроения. Многие проектно-конструкторские решения, разработанные в рассмотренный период, неоднократно находили свое воплощение в более поздних трудах как отечественных, так и зарубежных вертолетостроителей. Особенно важное значение имели разработанные в начале XX в. основы науки о вертолете. По сути дела к концу рассматриваемого времени были созданы все предпосылки для создания экспериментального вертолета, способного совершать управляемые полеты. Накопленный в дореволюционное время теоретический, экспериментальный и конструкторский опыт позволил советским вертолетостроителям достичь к началу 30-х гг. успехов, значительно превосходящих зарубежные. [c.208]

Висение — это режим полета, при котором вертикальная и горизонтальная составляющие скорости несущего винта относительно невозмущенного воздуха равны нулю. В общем случае вертикального полета набегающий поток направлен вдоль оси винта. Обтекание несущего винта в вертикальном полете предполагается осесимметричным, так что скорости и нагрузки лопастей не зависят от азимута. Осевая симметрия сильно упрощает исследование вопросов динамики и аэродинамики несущего винта вертолета, как это станет ясным позже при рассмотрении полета вперед. Теория винта в осевом потоке была в основном создана в XIX в. применительно к корабельным винтам. Позже ее применили к пропеллерам самолетов. Главная задача теории несущего винта на режиме висения состоит в определении сил, создаваемых лопастями, и требуемой для их вращения мощности, что обеспечивает основу для проекти-рювания высокоэффективных несущих винтов. [c.42]

До сих пор в анализе динамики рассматривалось только движение самого несущего винта. Движение вала винта также является важным фактором как с точки зрения проблем устойчивости и управляемости вертолета, в которых рассматриваются степени свободы фюзеляжа как жесткого тела, так и в отношении проблем я роупругости, включающих связанное движение упругого фюзеляжа и винта. На рис. 9.10 показаны линейные и угловые движения втулки. Возмущенное линейное смещение втулки относительно установившейся траектории полета обозначается перемещениями Лвт, Увт и Zbt] возмущенное угловое смещение — углами ах, ау и аг. В данном случае используется инерциальная система координат, которая остается неподвижной в пространстве при возмущенном движении втулки. [c.400]

Маховое движение лопасти несущего винта играет главную роль почти в любом аспекте динамики вертолета. Гл. 5 в основном была посвящена установившемуся маховому движению при полете вперед. Здесь мы будем рассматривать динамические ха-рактеристки махового движения, т. е. собственные значения во вращающейся и невращающейся системах координат, а также изменение махового движения под действием управления, порывов ветра и движения вала винта. Кроме того, будут подвергнуты анализу реакции втулки при движении вала с учетом динамики махового движения. Полученные уравнения затем будут использованы в гл. 15 при исследовании устойчивости и управляемости вертолета. Принимая вал неподвижным, можно рассматривать одну лопасть с одной степенью свободы во вращающейся системе координат. Если исследуется движение несущего винта в целом, то принимаются во внимание N степеней свободы, по одной для каждой лопасти. [c.554]

Динамика несущего винта при полете вперед описывается дифференциальными уравнениями с периодическими коэффициентами, но мы видели, что аппроксимация с постоянными коэффициентами в невращающейся системе координат дает хорошее представление махового движения при не очень больших ц. Эта аппроксимация особенно хороша для низкочастотного движения винта. Рассмотрим несущий винт с тремя или более лопастями при полете вперед, когда в качестве степеней свободы достаточно учитывать только угол конусности и наклон плоскости концов лопастей. В уравнениях движения инерционные члены можно принять такими же, как и для режима висения, а аппроксимация с постоянными коэффициентами для аэродинамических членов изложена в разд. П.4 и 11.6. Поскольку искомый результат предназначен для анализа устойчивости и управляемости вертолета, будем использовать связанные оси. Если оставить только члены, содержащие оператор Лапласа нулевого порядка, то уравнения махового движения лопасти при полете вперед приобретают вид [c.575]

Традиционно под термином флаттер понимают аэроупру-гую неустойчивость, возникающую при совместных изгибно-крутильных колебаниях крыла. Применительно к вертолету флаттер относится к совместным маховому движению и крутильным колебаниям лопасти несущего винта. Часто этот термин распространяют на все случаи аэроупрУгой неустойчивости несущего винта, но в данном разделе будут рассмотрены только маховые и крутильные колебания. Классическая постановка задачи включает две степени свободы — взмах и поворот в ОШ жесткой лопасти шарнирного винта. Поскольку в системе управления лопастью наименьшую жесткость при кручении имеет проводка управления, указанная модель лопасти хорошо представляет ее динамику. Будем учитывать только основной тон махового движения с собственной частотой vp. Подробный анализ флаттера бесшарнирного винта обычно требует дополнительного учета движения лопасти в плоскости вращения. Вращение вызывает ряд явлений, которые делают флаттер лопасти сильно отличающимся от флаттера крыла. Центробежные силы связывают движение взмаха и кручение, если центр масс сечения не совпадает с осью ОШ. Повторное влияние вихревой системы винта на аэродинамические силы лопасти и их периодичность при полете вперед также имеет важное значение. [c.585]

Особого внимания в динамике короткопериодического продольного движения заслуживает реакция вертолета по нормальному ускорению. Напомним, что в связанных осях абсолютное вертикальное ускорение равно az = —Zb -f М бв- Угловая скорость тангажа в основном определяет перегрузку при полете вперед. Зависимость az = —sis-f М бв от отклонения продольного управления, как это следует из короткопериодиче- [c.757]

В качестве примера рассмотрим динамику бокового движения вертолета с основными данными, приведенными в разд. 15.3.4.6 и 15.3.5, при полете вперед со скоростью V = 250 км/ч (pi = 0,35). Для рулевого винта принято /рв = 1,15 и стЛрв/стЛнв — = 0,05. Нормированные моменты инерции по крену и тангажу равны / = 2,5 и / =10,2 ( 2 = 0,02 и fe = 0,08). В табл. 15.6 [c.770]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...