Динамические модели автожира и нормирование условий нагружения конструкции

• Автор: Калмыков, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 252 с. : ил.

Принятые обозначения

Глава 1. Математическая модель пространственного управляемого движения

автожира

§ 1.1. Системы координат и уравнения движения

§ 1.2. Математическая модель автожира

§ 1.3. Оценка сходимости результатов имитации

§ 1.4. Исследование распределения характеристик авторотации по диску НВ и

основных режимов полета

Выводы к Главе

Глава 2. Динамика неустановившихся режимов полета автожира

§ 2.1. Аналитические исследования динамики возмущенного продольного движения

автожира
§ 2.2. Динамика маневрирования автожира
§ 2.3. Срыв потока по диску НВ при нарастании перегрузки
§ 2.4. Энергетическая оценка эффективности динамического набора высоты
§ 2.5. Влияние характеристик НВ и автожира на располагаемую перегрузку
§ 2.6. Прыжковый взлет
Выводы к Главе
Глава 3. Условия нагружения, прочность и ресурс автожира
ф § 3.1. Расчетные условия нагружения автожира
§ 3.2. Нагрузки и прочность карданной втулки НВ
§ 3.3. Оценка ресурса втулки НВ
Выводы к Главе
Глава 4. Сравнение результатов моделирования с экспериментом
§ 4:1. Опытный автожир А-002 с лопастями вертолета Ми
§ 4.2. Опытный автожир А-002 с лопастями вертолета «Ансат»
Выводы к Главе
Заключение
Список литературы
Приложения

Принятые сокращения
АНС - авторотирующая несущая система;
АП - Авиационные Правила;
АТ - авиационные тренажеры;
ВИШ - винт изменяемого шага;
ВЛА- винтокрылый летательный аппарат;
ВПП - взлетно - посадочная полоса;
ВФШ - винт фиксированного шага;
ГО - горизонтальное оперение;
ГШ - горизонтальный шарнир;
ДУ - дифференциальные уравнения;
ЗСК - земная система координат;
ИМ - имитационная модель;
ЛА - летательный аппарат;
ЛДС - линия действия силы;
ЛИ- летные испытания;
ЛКИ- летно- конструкторские испытания;
ЛТХ- летно-технические характеристики;
ЛХ- летные характеристики;
МГ - малый газ (режим малого газа СУ);
МСА - Международная стандартная атмосфера;
МКЭ- метод конечных элементов;
ММ - математическая модель;
НВ - несущий винт;
НУ, н.у,- начальные условия;
ОКБ ЛА - опытно - конструкторское бюро легкой авиации; ОУЭ- ожидаемые условия эксплуатации;
ПД- поршневой двигатель;
ПКЛ - плоскость концов лопастей;
ПО - программное обеспечение;
ПУ - плоскость управления;
РЛЭ - Руководство по летной эксплуатации;
PH - руль направления;
РУ - ручка управления циклическим шагом;
РУД - рычаг управления двигателем;
СБИ - система бортовых измерений;
СГФ - строительная горизонталь фюзеляжа;
СК - система координат;
СПР - система предварительной раскрутки НВ;
СУ - силовая установка;
ТТЗ - тактико- техническое задание;
ТТТ - тактико- технические требования;
ЦБ-сила - центробежная сила;
XX - холостой ход (режим холостого хода СУ).
Индексы переменных «а/д - силы» - аэродинамические силы;
г - к характеристикам лопасти в сечении, находящемся на расстоянии г от оси вращения НВ; і - индикаторная (скорость, мощность);
«во» - к характеристикам вертикального оперения;
«вр.» - вредное (сопротивление);
«вт» - к характеристикам втулки НВ;
«го» - к характеристикам горизонтального оперения;
«демп.» - к характеристикам демпфирования;
«доп.» - допустимое значение;
«спр» - к системе предварительной раскрутки;
«к» - к характеристикам корпуса;
«л», «лоп.» - к характеристикам лопасти;
«МСА» - к характеристикам в стандартных условиях;
«обд.» -к характеристикам обдуваемой части частей автожира;
«опт.» - к оптимальным значениям;
«от» - к системе управления общим шагом;
«пр.» - «приборная» (скорость);
«р» - к характеристикам ротора (НВ);
«ст.» - к статическим значениям;
«н» - к характеристикам на высоте Н;
«ц.д.» - центр давления;
«ц.м.» - центр масс.
Термины, употребляемые как синонимы: «пропеллер - воздушный винт», «ротор - НВ», «стабилизатор - ГО».
Обозначения Физические характеристики среды
Ро, рн - массовая плотность воздуха на высоте полета Я = 0 и текущей, в условиях МСА, кг/м3; Д=рн / Ро - относительная плотность; а - скорость звука, м/с;
Т = 273°+ /°С - температура воздуха (К); р - атмосферное давление;
X - относительная влажность.
Параметры движения автожира и характеристики траектории
V = {У,} - вектор скорости ц.м. ЛА в связанной СК с компонентами У/, і = х, у, г;
V = ф'х + Уу +V2 - воздушная скорость ЛА;
У^зфф. ~ скорость эффективного вертикального порыва;
{о)5) - компоненты угловых скоростей автожира в осях связанной СК; х = л:, у, г;

что и линейная скорость сечения лопасти ротора. В этом случае уменьшается потребный балансировочный диапазон хода РУ по крену, так как момент крена от завала конуса НВ влево частично компенсирует реактивный момент СУ.
левое вращение маршевого винта правое вращение
Рис. 1.19. Распределение местных углов атаки ссг (град) на осевом режиме НВ, 5,, = 15°
На рис. 1.20, а приведен график изменения аэродинамического крутящего момента ротора (табл. 1.4.1 Приложения 1.4.) в зависимости от угла отклонения НВ (5в+ фк) с учетом обдувки НВ маршевым винтом (взлетный режим) и без учета обдувки (штриховая линия). Рассмотрены режимы: 1 - раскрутка НВ (осевой режим), 2 - разбег с V = 0,05; 3 - разбег с V = 0,10.
В начале разбега, пока мала скорость, происходит заметное торможение НВ. Обдувка уменьшает тормозящий момент (рис. 1.20). Наибольший эффект достигается при обдуве НВ на взлетном режиме СУ. Вклад обдува не пропорционален режиму работы СУ: существуют такой режим работы, при котором из-за особенностей распределения аэродинамических коэффициентов сечений вклад обдувки будет минимален, а при меньших режимах влияние обдувки увеличивается. Зависимости крутящего момента ротора от режима работы СУ при максимальном угле 5р = 15° (наибольшая площадь обдува НВ) приведены на рис. 1.20, б.
8 9 10 11 12 13<5р.град. 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 (^П)су
Эгш без учета обдува Згш
с обдувом части диска
а) 8Р = 7°. ..15°; взлетный режим СУ б) 8^=15°; (шЛ)^ = 0... 1,8
Рис. 1.20. Влияние обдува на крутящий момент НВ в зависимости от 6Р и режима СУ