Исследование нагруженности и прочности лопасти несущего винта вертолета на маневренных и неустановившихся режимах

• Автор: Аверьянов, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 05.07.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 137 с. : ил.

Содержание
Содержание
Список обозначений
Введение
1. Г лава 1. Обзор современного состояния проблемы
1.1 Уравнения деформаций лопасти. Основные допущения. Системы координат
1.2 Распределение индуктивных скоростей на несущем винте
1.3 Расчёт комлевого участка лопасти
1.4 Методы решения уравнений деформаций лопасти
Выводы к главе
2. Глава 2. Разработка расчётного метода
2.1 Описание метода расчёта
2.2 Преобразование исходной системы уравнений
2.3 Решение системы уравнений
2.4 Задание граничных условий
2.5 Преобразование членов уравнений аэродинамической нагрузки на лопасть
2.6 Моделирование комлевого участка лопасти
2.7 Моделирование демпферов
2.8 Алгоритм вычислений
Выводы к главе
3. Глава 3. Исследование упругих колебаний лопасти несущего винта вертолёта
3.1 Исходные данные
3.2 Собственные колебания недемпфированной системы
3.2.1 Колебания невращающейся консольной балки
3.2.2 Исследования свободных колебаний невращающейся лопасти
3.2.3 Исследования свободных колебаний вращающейся лопасти
3.2.4 Исследования совместных свободных изгибно-крутильных колебаний
вращающейся лопасти
3.3 Исследование вынужденных колебаний
3.3.1 Исследование установившегося режима. Режим «горизонтальный полёт»
3.3.2 Исследование стационарного режима. Режим «висение»
Выводы к главе
4. Г лава 4. Применение расчётного метода для решения практических задач
проектирования несущей системы вертолёта
4.1 Исследования собственных характеристик лопасти вертолёта Ми-8, шарнирно
подвешенной в горизонтальном шарнире, при её падении на ограничитель свеса
4.2 Исследование собственных характеристик лопасти вертолёта Ми-8, работающих в
системе ЗЬЕБ
4.3 Исследование манёвренного режима «горка»
4.3.1 Постановка задачи
4.3.2 Результаты расчёта манёвра методом прямого интегрирования
4.3.3 Сравнение результатов расчета маневренного режима с результатами,
полученными квазистационарным методом
Выводы к главе
Выводы
Заключение
Литература

Список обозначений
х0,у0,г0- неподвижная система координат, связанная с центром втулки х1,у1,г1 - вращающаяся система координат, связанная с центром втулки х,у,г - система координат, связанная с рукавом втулки соответствующей лопасти
х2,у2,г2- система координат, связанная с сечением лопасти
х3,у3,г3- система координат, связанная с главными осями сечения лопасти
¥ - азимут лопасти, рад
О) - угловая скорость вращения втулки, рад/с
ео - расстояние между осями у и _у0, м
хр,Ур - координаты центра растяжения в осях х3,у}, м
%Т ’ Ут - координаты центра тяжести сечения в осях х3,у3 ,м
Хж -расстояние оси жесткости от носка лопасти, м
ъ - хорда лопасти, м
г(цлЛ ] - скорость набегающего потока и её компоненты, м/с
аь - угол атаки винта, рад
ср -угол установки сечения лопасти, рад
в - угол закрутки лопасти за счет её деформации кручения и расстояния, рад
штрих - производная по г или по г
точка над буквой - производная по времени
ах, ау, а. -линейное ускорение точки лопасти, м/с'
Рх’Р ’Р-" составляющие погонной нагрузки в сечениях лопасти, кг
составляющие погонных моментов в сечениях лопасти, кг м

р - плотность материала, из которого изготовлена лопасть, кг - м - площадь поперечного сечения лопасти, м2
т - погонная масса лопасти, кг - с2/м2

Іт,І -погонные массовые моменты инерции лопасти относительно осей X, и Уз, кг-с2
/ =/ + - погонный массовый момент инерции лопасти относительно оси

жесткости, кг-с
г - координата г центра жесткости сечения недеформированной лопасти, м и = г-г- перемещение центра жесткости сечения недеформированной лопасти по оси г, м Я - радиус винта, м
Е1х,Е12 - изгибная жесткость лопасти, кг-м
(ик - жесткость лопасти на кручение, кг-м2
Е,С- модули растяжения и сдвига для лонжерона лопасти
г - коэффициент Пуассона
N - растягивающая сила в сечении лопасти, кг
I -полярный момент инерции сечения, работающего на растяжение,

относительно оси жесткости, м
Е - площадь сечения, работающая на растяжение, м2
в -угол закрутки сечения лопасти за счет её растяжения, рад
9изг - угол поворота сечения лопасти за счет изгиба, рад
гг,гь,гос- выносы горизонтального, вертикального и осевого шарниров, м
КвиГ коэффициент компенсатора взмаха лопасти вокруг горизонтального
шарнира
Р - круговая частота собственных колебаний лопасти, кол/мин а
Рх у гир'Чх V -составляющие погонных гироскопических сил и моментов
х(г,ф,у(г,ф,0(г,г)-деформация лопасти, м
Мд - момент демпфера вертикального шарнира, кг-м

1.4 Методы решения уравнений деформаций лопасти
На практике для решения уравнений деформаций лопасти часто используют метод Б.Г. Галёркина. При этом функция внешней нагрузки представляет собой периодическую функцию, изменяющуюся с определённой частотой. В работе [1] для решения уравнений деформаций, представленных в интегро-дифференциальной форме, использовался метод интегрирующих матриц [7]. Описанные методы расчёта колебаний лопасти применимы для ограниченного класса задач - задач определения собственных частот и форм лопасти и задач установившихся режимов.
Для анализа неустановившихся режимов (манёвренных и переходных) на практике используют квазистатический способ расчёта уравнений деформаций лопастей, при котором считается, что в каждый момент времени режим является статическим, то есть скорость полета и угол атаки несущего винта постоянны, а ускорения отсутствуют. При этом динамика и деформация лопастей соответствует именно данному установившемуся режиму. Расчеты такого режима проводятся до установления деформации и махового движения лопасти вокруг шарниров. В реальной ситуации силы, действующие на лопасти, постоянно меняются, а наличие ускорений от движения вертолета приводит к возникновению дополнительных инерционных сил на лопастях, поэтому расчетные величины нагрузок на лопасти винтов при квазистатическом подходе могут отличаться.
В связи с тем обстоятельством, что функции внешних нагрузок в системе уравнений (1. 2) в общем случае не являются периодическими, то решить данную систему уравнений деформаций лопасти возможно только методом прямого интегрирования [14] этих уравнений.
В связи с выше изложенным, целью данной работы является разработка обобщённой методики расчёта лопастей несущего винта вертолёта при сложном нагружении (с учётом кручения лопасти и изгиба в двух плоскостях) в