Аэроупругость вертолета

Нелинейный анализ аэроупругости вертолета обычно состоит из следующей последовательности вычислений. Исходными данными являются описание несущего винта вертолета и режима полета. Выходные параметры зависят от рассматриваемой задачи (характеристики несущего винта, нагрузки на лопасть, возмущенное движение вертолета и т. д.). На каждом шаге анализа вычисляются геометрия вихревой системы, индуктивные скорости и аэродинамические силы на несущем винте и фюзеляже с использованием простой или сложной модели каждого элемента в соответствии с характером задачи. После интегрирования уравнений движения для определения реакции несущего винта и фюзеляжа дается приращение времени и вычисления повторяются. Итерационный процесс продолжается до тех пор, пока не будет получено периодическое решение для установив-щегося режима полета или определен соответствующий переходный процесс. Такой прямой подход в случае сложных моделей требует огромного количества вычислений. Поэтому большое внимание уделяется разработкам более эффективных вариантов указанной процедуры в соответствии с исследуемой проблемой и имеющимися вычислительными возможностями. [c.690]

Тип несущего винта вертолета определяется в основном конструкцией комлевой части лопасти и ее крепления к втулке. Конструкция комлевой части лопасти решающим образом влияет на движение лопасти в плоскостях взмаха и вращения и, следовательно, на характеристики управляемости вертолета, его вибрации, нагрузки и аэроупругую устойчивость. Различие типов несущих винтов определяется наличием или отсутствием ГШ и ВШ, а значит, и тем, совершает ли лопасть поворот как жесткое тело или имеют место изгибные деформации ее комлевой части. [c.295]

Как и в случае самолета, максимальная скорость вертолета в горизонтальном полете ограничена располагаемой мощностью, но для винтокрылого летательного аппарата имеется и целый ряд других ограничений скорости, обусловленных, в частности, эффектами срыва, сжимаемости и аэроупругости. Основным ограничением для многих современных вертолетов является срыв потока на отстающей лопасти, приводящий на больших скоростях полета к резкому увеличению нагрузок на несущий винт и систему управления и росту вибраций вертолета. Вследствие этого расчетная крейсерская скорость вертолета без вспомогательных движителей при современном уровне развития техники лежит в пределах 280—370 км/ч. Для достижения более высоких скоростей требуется либо улучшение аэродинамики несущего винта и фюзеляжа, либо существенное изменение конфигурации вертолета. [c.304]

Аэроупругое поведение несущего винта или вертолета во многих случаях описывается линейными дифференциальными уравнениями с периодическими коэффициентами. Периодичность коэффициентов обусловлена воздействием аэродинамических сил при полете вперед, а также асимметрией, органически присущей несущему винту. Следовательно, необходимо иметь возможность оценить динамические характеристики периодических систем, в частности их собственные значения, определяющие устойчивость. [c.340]

В кн. 2 рассматриваются детальные математические модели аэродинамики, аэроупругости, динамики движения, управления, устойчивости и акустических шумов вертолета. [c.508]

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]

Правильное определение неравномерного поля скоростей, индуцированных вихрями, а также вызванных ими аэродинамических сил и перемеш,ений лопасти необходимо для расчетов действующих на лопасти нагрузок, вибраций вертолета и шума винта, а также суммарных характеристик винта и эффективности циклического управления. Возможно лишь численное решение такой задачи, для чего строят детальные аэродинамические и динамические модели винта. Общая задача аэродинамического расчета винта с учетом аэроупругости лопастей изло- [c.653]

Анализ аэроупругости начинается с определения характера проблемы, подлежаш,ей решению (летно-технические характеристики, нагрузки на лопасти и т. д.), и состава модели (одна лопасть, несущий винт или вертолет в целом). Характер проблемы зависит от стадии расчета и от вопроса, представляющего интерес. Затем выявляются основные элементы анализа детальное описание системы, модель динамики (уравнения движения) и аэродинамическая модель. Имеется много различных моделей структуры вихревой системы, вычисления индуктивных скоростей, динамики несущего винта и фюзеляжа, аэродинамики лопасти и других элементов. Важно, чтобы модели, используемые для различных элементов, достаточно правильно отображали явление. Использование подробной модели лишь в части задачи ведет либо к потере точности, либо к снижению [c.689]

Вначале вычисляется распределение индуктивных скоростей по всему диску несущего винта, а затем уравнения движения интегрируются за столько оборотов, сколько требуется для получения сходящегося решения. Этот основной цикл повторяется, причем требуются только две или три итерации для уточнения распределения индуктивных скоростей, обеспечивающего сходимость решения для индуктивного потока и махового движения. В результате объем вычислений существенно уменьшается по сравнению с прямым подходом. Другие элементы анализа аэроупругости, такие, как определение геометрии деформированной вихревой системы, могут выполняться аналогичным образом. Даже для реакции вертолета на установившихся режимах полета имеется много вариантов решения, но наилучшим оказывается тот, в котором значительная роль отводится повышению эффективности вычислений. [c.691]

Реакция несущего винта с учетом аэроупругости может быть определена для заданного положения управления. Однако режим задается такими параметрами, как скорость и полетная масса, а не положением управления. Следовательно, дополнительно к анализу должен быть выполнен расчет балансировочных параметров, включающий итерационные вычисления положения управления для достижения равновесия сил и моментов на несущем винте или на вертолете. Если рассматривается только несущий винт, то три параметра управления, а именно общий шаг и коэффициенты циклического шага (продольный и поперечный) определяют значения балансировочных параметров, например тяги несущего винта и наклона плоскости концов лопастей (или тяги, пропульсивной и поперечной сил). Если рассматривается вертолет в целом, то для уравновешивания шести сил и моментов на вертолете необходимо задать шесть параметров управления общий шаг, продольный и поперечный циклические шаги, положение педалей управления и углы тангажа и крена фюзеляжа. Расчет балансировочных параметров заключается в сравнении текущих значений сил и моментов на вертолете с заданными и таком изменении управляющих параметров, чтобы заданные значения получились при следующем цикле. Эти шаги повторяются до тех пор, пока не будут получены значения сил и моментов в пределах допустимых отклонений от заданных значений. Для определения требуемых приращений параметров управления необходимо знать производные сил на вертолете по параметрам управления. Эти производные могут быть либо получены простым анализом, либо вычислены перед итерацией путем задания приращения параметров управления на определенную величину с последующим определением приращения сил. Последний способ особенно подходит для расчетов предельных режимов полета. Нахождение одного балансировочного параметра, например значения общего шага при [c.691]

Устойчивость несущего винта с учетом аэроупругости может быть оценена путем численного решения нелинейных уравнений движения для определения переходного процесса. Недостаток такого подхода заключается в том, что для определения Переходного процесса требуется существенно больший объем вычислений, чем для получения периодического решения (которое, кстати говоря, должно быть определено как исходное состояние для переходного процесса), и в том, что по переходному процессу не так просто получить количественную информацию о полной динамике системы. Альтернативным подходом является расчет устойчивости с учетом аэроупругости при помощи методов теории линейных систем (см. разд. 8.6). Линейные дифференциальные уравнения описывают возмущенное движение несущего винта и вертолета относительно балансировочного положения. Затем устойчивость оценивается непосредственно по собственным значениям. При этом подходе основная трудность заключается в получении уравнений движения, описывающих систему, что является условием применения эффективного аппарата теории линейных систем. В случае рассмотрения всего вертолета при расчете устойчивости с учетом аэроупругости одновременно определяются динамические характеристики вертолета как жесткого тела, что также важно для характеристик устойчивости и управляемости. [c.692]

Управляющее воздействие, необходимое для балансировки вертолета на заданном режиме полета, может быть определено путем анализа аэроупругости, как это описано в гл. 14. При проектировании системы управления для того, чтобы убедиться, что вертолет имеет нужные запасы управления, необходимо определить балансировочные положения рычагов управления для всех условий полета, особенно при различных скоростях, полетных весах и центровках. При расчете балансировки итеративно определяются положения рычага общего шага, ручек и педалей управления и углы тангажа и крена вертолета при условии, что сумма всех сил и моментов, действующих на вертолет, равна нулю. Для этого необходимо найти решение уравнений движения лопастей несущего винта по крайней мере для первой гармоники махового движения, а для определения балансировочных отклонений поперечного управления требуется олее точная модель несущего винта. Поэтому полный расчет балансировочных характеристик вертолета крайне сложен. [c.703]

Другим важным фактором, влияющим на работу винта в условиях срыва, является аэроупругая реакция лопастей при больших нагрузках, выражающаяся в характере вибраций вертолета и нагрузок в цепи управления. Движение лопастей в свою очередь приводит к изменению углов атаки, а следовательно, и аэродинамических сил. В частности, большие пикирующие моменты профиля при срыве вызы-вают сильное закручивание лопасти, что непосредственно изменяет углы атаки сечений. Поскольку жесткость цепи управления лопастью обычно невелика, крутильные колебания лопасти в основном состоят из ее поворота как твердого тела за счет упругих деформаций цепи управления. Таким образом, расчет характеристик несущего винта в условиях срыва не может ограничиваться рассмотрением лишь аэродинамических сил, а требует полного анализа, включающего аэроупругие колебания лопастей. При этом углы атаки сечений должны определяться для неоднородного поля скоростей, индуцируемых вихревым следом винта с учетом упругого кручения лопасти. Игнорирование неравномерности скорости протекания и упругого кручения лопасти ведет к большим погрешностям при расчете характеристик винта в условиях срыва. [c.798]

Важной особенностью аэродинамических сил является то, что они могут зависеть от перемещений и деформаций части вертолета, на которую действуют. Например, вследствие действия аэродинамических сил возникают колебания лопастей, при которых в свою очередь изменяются и аэродинамические силы. В определенных случаях при совместном действии аэродинамических, инерционных сил и сил упругости колебания конструкции и действующие в ней переменные напряжения начинают увеличиваться по времени до опасных размеров, несмотря на то, что внешние условия (параметры режима полета) не изменяются. Имеет место аэроупругая или механическая динамическая неустойчивость конструкции. Для обеспечения безопасной эксплуатации вертолета необходимо устранить возможность возникновения неустойчивости конструкции, что также является одной из задач комплекса работ по прочности. [c.23]

Одним из элементов анализа аэроупругости вертолета, который еще не рассматривался, является численное интегрирование уравнений движения. Дифференциальные уравнения, подлежащие решению, могут быть записаны в форме Р==/(Р, Р, iti), где р представляет степени свободы системы, а ij) — безразмерное время. Нескольким степеням свободы соответствует система уравнений. В случае линейных уравнений и небольшого количества степеней свободы возможно аналитическое решение задачи. В анализе аэроупругости часто присутствуют нелинейные аэродинамические, упругие и инерционные силы, что делает необходимым численное решение. Если заданы значения р и р при ij) = ijJrt (из чего может быть найдена производная р = /), то задача заключается в интегрировании уравнений с временным шагом Aij) для определения значений р и р при = il)n + А Ф- [c.693]

Предлагаемая вниманию читателей монография известного американского специалиста по вертолетам представляет собой наиболее полное на сегодняшний день изложение теории вертолета, включающее целую иерархию математических моделей аэродинамики, динамики, аэроупругости, управляемости и устойчивости движения вертолета. При изложении аэродинамики несущего винта много места отведено классическим схемам импульсной теории винта. Рассмотрены модели вихревой теории, которые допускают аналитическое решение, хотя бы приближенное. Впервые так полно излагаются теория обтекания лопасти нестационарным потоком с учетом повторного влияния вихревого следа и методы расчета шума, создаваемого вертолетом. Вопросы динамики лопастей несущего винта рассмотрены в книге весьма подробно вгОють до использования наиболее сложного представления движения дифференциальными уравнениями с периодическими коэффициентами. При исследовании динамики несущего винта и вертолета в целом автор, отступая от традиционной формы изложения, широко пользуется весьма уместным здесь математическим аппаратом теории автоматического управления. [c.5]

Максимальное значение (л, при котором полет вертолета возможен, зависит от ряда факторов. При увеличении (х ухудшается аэроупругая устойчивость, возрастают нагрузки на лопасть и систему управления из-за асимметрии обтекания, а аэродинамическая эффективность несущего винта и его способность создавать пропульсивную силу снижаются. Срыв потока на отсту- [c.305]

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]

F.69. Фридманн П., Силверторн Л. Дж., Устойчивость аэроупругих периодических систем в приложении к флаттеру лопасти винта вертолета. — РТиК, [c.994]

Вибрации фюзеляжа приводят к нежелательным или аже недопустимым последствиям. Большие по величине вибрации вредно влияют на членов экипажа и пассажиров. Они могут вызвать преждевременный выход из строя установленных в фюзеляже приборов, оборудования и др. В элементах конструкции фюзеляжа при вибрациях возникают переменные напряжения, определяющие его ресурс. В известных случаях вибрации фюзеляжа свидетельствуют о возникновении определенного опасного явления, которое может окончиться разрушением вертолета. Поэтому при конструировании и постройке вертолетов принимают меры по снижению уровня вибраций и полному предотвращению появления их опасных видов. Для этого необходимо знать причины и механизм возникновения колебаний. Различают следующие вибрации нормально обусловленные типа бафтинга вызванные технологическими отклонениями, работой двигательной установки и трансмиссии, аэроупругой или механической неустойчивостью типа автоколебаний с перемещениями золотников бустеров вызванные на пробеге неровностями площадки кроме того, собственные колебания от воздействия неспокойного воздуха и действий органами управления. [c.77]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...