Предполётное моделирование и экспресс анализ маневренных возможностей вертолёта

• Автор: Онушкин, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 211 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Основы механики полета вертолета

1.1 Число степеней свободы вертолета и методы составления уравнений движения

1.2 Аэродинамика несущего винта вертолета на примере дисковой теории

1.3 Динамика упругой лопасти с шарнирным или торсионным креплением

1.3.1 Моменты инерционных сил, действующих на лопасть

при движении центра масс вертолета

1.3.2 Моменты инерционных сил, действующих на лопасть

при движении относительно центра масс вертолета

ГЗ.ЗМоменг аэродинамических сил. Уравнение махового движения лопасти

1.4 Математические модели динамики движения НВ в задачах динамики вертолета
1.5 Уравнения движения вертолета
1.5.1 Уравнения продольного и бокового движений вертолта
1.5.2 Уравнения движения вертолта как материальной точки
Глава 2. Расчет маневренных характеристик вертолета для произвольных эксплуатационных условий
2.1. Типы задач динамики движения вертолета
2.2. Маневр вертолета. Перегрузки как показатель маневренности вертолета
2.3 Располагаемые нормальные перегрузки
2.4 Метод энергий как инструмент для нахождения располагаемых перегрузок
2.4.1 Метод энергий на примере разгона или торможения
2.4.2 Метод энергий на примере горки или пикирования
2.5 Общая постановка задачи. Влияние эксплуатационных факторов на располагаемые перегрузки
2.5.1 Перерасчет стандартного диапазона Н и V на измененные условия по полетному весу и температуре наружного воздуха
2.5.2 Расчет нормальных скоростных перегрузок на заданные полетный вес, температуру наружного воздуха, высоту маневра
2.5.3 Расчет тангенциальных перегрузок на заданные полетный вес, температуру наружного воздуха, высоту маневра
2.5.4 Расчет сеток перегрузок
2.5.5 Перерасчет сеток перегрузок на произвольный режим работы силовой установки учет исходного шага НВ
2.6. Архитектура программ расчета
Глава 3. Проверка адекватности математической модели и программ
расчета маневров
3.1 Разгон, торможение на примере вертолета Ми
3.2 Горка, пикирование на примере вертолета Ми
3.3 Вираж, форсированный вираж на примере вертолета
3.4 Боевой разворот, разворот на горке, поворот на горке на примере вертолета Ми
3.5 Материалы объективного контроля, используемые для
проверки адекватности математической модели, алгоритмов
и расчтных программ.
Глава 4. Результаты исследования маневренных возможностей вертолта МИ
4.1 Разгон в горизонтальном полте
4.2 Торможение в горизонтальном полте
4.3 Горка
4.4 Пикирование
4.5 Вираж
4.6 Форсированный вираж
4.7 Петля Нестерова
4.8 Пространственные маневры
4.8.1 Боевой разворот
4.8.2 Разворот на горке
4.8.3 Поворот на горке
4.8.4 Бочка
4.9 Связки маневров
4.9.1 Связка Бочка Пикирование .
4.9.2 Связка Полубочка Полупетля
Заключение
Список литературы


Особое внимание уделено посадке на режиме само-вращения несущего винта, как классическому примеру перехода одного вида энергии в другой. Анализируются и обосновываются действия лётчика, позволяющие сделать эту посадку безаварийной. Адекватность математической модели, алгоритма и программ расчёта проверялась путём анализа материалов объективного контроля двух вертолётных полков Сызранского высшего военного авиационного училища лётчиков. Анализировались полёты в зону, где выполнялись такие манёвры, как разгон, торможение, вираж, форсированный вираж, горка, пикирование, боевой разворот, поворот на горке, разворот на горке. Лётчик, при выполнении маневра, чисто интуитивно стремится выжать из вертолёта всё, на что тот способен, работая при этом как общим шагом, так и ручкой циклического шага. Физически увеличение общего шага и отклонение ручки управления на себя приводят к одному и тому же, а именно: увеличению углов атаки элементов лопастей всех без исключения. Однако для достижения одного и того же результата малый общий шаг потребует больших отклонений ручки управления на себя, а большой шаг незначительных. Аналогичное явление происходит и при уменьшении ОШ и отклонении ручки управления от себя. Теперь углы атаки элементов будут уменьшаться, и тяга НВ будет падать. И это, на наш взгляд, вполне приемлемо. Тем более, что коэффициент лобового сопротивления корректировался по известным из практики углам тангажа на манёвре. Во всех расчетных случаях результат получается несколько лучшим по времени его практического исполнения. Но это легко объяснимо. Расчёт предполагает максимальное использование возможностей вертолёта. Лётчик же может по максимуму использовать эти возможности лишь при наличии высоких профессиональных качеств. Следовательно, расчётный результат является некоторым пределом (вершиной мастерства), к которому рядовой лётчик должен стремиться. Однако расхождение в результатах не превышают 3-4 секунд, что говорит о практической ценности работы. Был замечен и другой немаловажный фактор. Результат, полученный при выполнении маневра одним и тем же лётчиком, но на разных бортах, также незначительно отличается по времени. И это, на наш взгляд, говорит об индивидуальных возможностях конкретного вертолёта. Четвёртая глава посвящена более глубокому анализу маневренных возможностей вертолёта МИ-[-,,]. Рассмотрено влияние на выходные данные маневра факторов, не зависящих от лётчика (это-полётного веса, температуры наружного воздуха, высоты маневра), а также факторов, зависящих от лётчика (это - скорости начала маневра, определённой последовательности управляющих воздействий на вертолёт по тангажу и крену)[]. На примере разгона вертолета показано следующее. Увеличивая общий шаг несущего винта вплоть до взлетного, (тем самым увеличивая общую энергию вертолета на некоторую величину) с одновременным отклонением ручки циклического шага «от себя», можно получить следующую динамическую картину. Кинетическая энергия вертолета будет расти (за счет увеличения скорости) до тех пор, пока разница кинетических энергий вывода из маневра и ввода не будет равна энергии, полученной вертолетом за счет увеличения общего шага. Разгон от скорости км /ч до 0 км/ч выполняется за ,4 секунды. По мере разгона тангаж на пикирование (отрицательные углы атаки несущего винта), естественный завал постепенно съедают тот избыток тяги, который позволял осуществлять разгон, и вертолет на какой-то скорости переходит в установившийся горизонтальный полёт. Правда, если нужна меньшая скорость, то потребуется вмешательство летчика. Уменьшение полётного веса вертолёта до 0 кг уменьшает время разгона до ,5 секунд. Уменьшается при этом и дальность разгона до метров. Увеличение полётного веса вертолёта до 0 кг делает скорость У= 0 км/час недосягаемой, так как максимально достижимой скоростью при этих условиях является У= 9 км/час. Сказывается на динамике разгона и температура наружного воздуха и высота маневра. Торможение вертолета. Затормозить вертолет в горизонте, а другими словами, избавиться от лишней кинетической энергии, можно лишь заставив вертолет потратить эту энергию на что-то другое.