Физические условия возникновения полетного резонанса вертолета МИ-8 и способы его устранения

• Автор: Натальин, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.22.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 268 с. : ил.

Введение
За послед ние десятилетия вертолеты заняли достойное место как в гражданской , так и в военной авиации.
Решение многих народнохозяйственных задач в настоящее время немыслимо без применения вертолетов- Об уникальных возможностях вертолета как летательного аппарата (ЛА) овадетелъствует его успешное использование на сельхозработах, геологической и ладовой разведки, на строительно-монтажных работах, с ограниченных площадок корабжй, при спасении ладей из горящих объектов, высотных зданий и т.и Рассматривая вертолет как боевую летательную машину, весьма эффективную на театре военных действий, ведущие специалисты как в России, так и за рубежом утверждают, что "вертолеты становятся такими же необход имыми военными машинами, как и танки в плане обеспвчшия эффективности ведения наступательных боевых действий'1 и по "лучшее свидетельство защиты от вертолета - другой вертолет" [6]. Объем задан, вьвтолняемых на вертолетах зависит от динамических характеристик и свойств ЛА, а также точностных характеристик управления аппаратом особенно в условиях плохой погоды, при полетах на малых высотах Непрерывное расшЕфение сферы и условий применения вертолетов в народном хозяйстве и на театре военных д ействий требует дальнейшего повышения эффективности летной эксплуатации и уровня безопасности полетов вертолетов. Эффективность и безопасность их полета но-раорьвно связаны между собой и зависят от качества вертолета и пилота, управляющего им. Вели говорить о таком типе летательного аппарата как верто-
лет, то его качества характеризуются, прежде всего, устойчивостью, управляемостью и маневренностью, надежной и безотказной работой конструкции, дви-гатакй и систем. В свою очередь, качества пилота определяются от» теоретической и практической подготовкой, пониманием динамики движения вертолет в различных ситуациях, его профессиональным мастерством и знанием соответствующих инструкций до летной экшлушэдии [2], [б], [37].
Вертолет как динамическая система облапает рядом особенностей, к числу которых, в первую очередь, следует отнести динамическую неустойчивость вертолета и особенности его несущей системы, подвижной относительно фюзеляжа и выполняющей функции управления, в том числе и непосредственное управление подъемной силой. При этом несущая система представляет собой динамическую систему, имекяцую запаздывание, что приводит в общем случае к необходимости рассматривать вертолет, кж систему, состоящую из нескольких тел Ошы и моменты, создаваемые несущей системой, являются определяющими среди аэродинамических сип и моментов, действующих на вертолет, и имеют боже сложную зависимость от скорости по сравнению с самолетом, что в общем случае не позволяет при описании движения вертолета перейти к уравнениям с безразмерными коэффициентами. Необходимо отметить и проявляющиеся на вертолете в значительной степени аэродинамическое взаимодействие продольного и бокового движений. Указанные особенности требуют всестороннего изучения характеристик устойчивости и управляемости каждого вновь созданного вертолета, чтобы убедиться в отсутствии небшгоприяшых особенностей в
его пшютажнык свойствам и установить соотвегствгк его хфавжрисшк техническому заданию и существующим нормам.
Поскольку вопросы устойчивости, управляемости и безопасности полета дли воздушных судов (ВС) являются важнейшими и тесно связжы между собой, то методы как теоретических, так и экспериментальных исследований обеспечения хороших показателей этих качеств ВС, относятся к числу весьма сложных проблем [б], [32], [30].
Вое хрупкости в изучении и понимании этих проблем вытекают, с одной стороны, из большого чиста параметров и эксплуатационных ограничений, указанных пшюту в инструкции вертолета, определяют предельные режимы полет, пшюшрование на которых требует повышенного внимания. Поэтому в некоторых случаях полета из-за ошибок (погрешностей) в пилотировании возможно попадание вертолета на критические режимы полета, которые могут усугубляться сложными метеорологическими условиями, отказами функциональных систем вертолета, влиянием упругих колебштий элементов конструкции (несущего винта, фюзеляжа) и т.п. Вое это приводит к дополнительным труд ностям в эксплуатации вертолетов к снижению их летно-технических свойств и уровня безопасности действующие в настоящее время нормы летной годности самолетов и вертолетов охватывают широкий круг проблем, решение которых в процессе разработки, сертификации и внедрения летательного аппарата в эксплуатацию обеспечивают в основном безопасность полета ЛА в ожидаемых условиях экс-плуатшии. Методы определения соответствуют нормам включают широкий круг
чительной степени аэродинамическом взаимодействии продольного н бокового движений.
Рассмотрим наиболее простую систему уравнений, описывающую достаточно точно основные свойства вертолета как динамической системы. Уравнения получены при следующих основных допущениях. Элементы конструкции вертолета считаются абсолютно жесткими, принято, что углы взмаха лопастей меняются мгновенно и пропорционально изменению параметров движения и отклонения органов управления, Изменение положения центра масс и величин моментов инерции в связанных с вертолетом осях от перемещения лопастей не учитываются.
В итоге вертолет рассматривается как динамическая система состоящая из двух элементов. Первый - это фюзеляж как твердое тело, на которое действуют силы и моменты, создаваемые фюзеляжем и равнодействующие силы моментов несущего и хвостового винтов.
Математическая модель второго элемента описывает вращение звеньев несущей системы относительно вала винта. Следовательно, система дифференциальных уравнений, описывающих движение вертолета, будет состоять из шести уравнений, описывающих движение фюзеляжа как твердого тела и уравнения моментов относительно вала несущего винта. Эта система для связанных осей имеет вид:

т(Ухх + Ууцву- Уукау) зт*;
т(Уук + К**У'гкау) = /?,-£-со5У-со$у; I
т(1аг + У& = Ке+ (у' со5У $ту,