Из чего сделаны лопасти вертолета

Конструкция лопасти несущего винта вертолета

Лопасти несущего винта вертолета надо построить так, чтобы они, создавая необходимую подъемную силу, выдерживали все возникающие на них нагрузки. И не просто выдерживали, а имели бы еще запас прочности на всякие непредвиденные случаи, которые могут встретиться в полете и при техническом обслуживании вертолета на земле (например, резкий порыв ветра, восходящий поток воздуха, резкий маневр, обледенение лопастей, неумелая раскрутка винта после запуска двигателя и т. д.).

Одним из расчетных режимов для подбора несущего винта вертолета является режим вертикального набора на любой избранной для расчета высоте. На этом режиме из-за отсутствия поступательной скорости в плоскости вращения винта потребная мощность имеет большую величину.

Зная приблизительно вес конструируемого вертолета и задаваясь величиной полезной нагрузки, которую должен будет поднимать вертолет, приступают к подбору винта. Подбор винта сводится к тому, чтобы выбрать такой диаметр винта и такое число его оборотов в минуту, при которых бы расчетный груз мог быть поднят винтом отвесно вверх с наименьшей затратой мощности.

При этом известно, что тяга несущего винта пропорциональна четвертой степени его диаметра и только второй степени числа оборотов, т. е. тяга, развиваемая несущим винтом, более зависит от диаметра, чем от числа оборотов. Поэтому заданную тягу легче получить увеличением диаметра, чем увеличением числа оборотов. Так, например, увеличив диаметр в 2 раза, получим тягу в 24 = 16 раз большую, а увеличив число оборотов в два раза, получим тягу только в 22 = 4 раза большую.

Зная мощность двигателя, который будет установлен на вертолете для приведения во вращение несущего винта, сначала подбирают диаметр несущего винта. Для этого применяют следующее соотношение:

Лопасть несущего винта работает в очень тяжелых условиях. На нее действуют аэродинамические силы, которые ее изгибают, скручивают, разрывают, стремятся оторвать от нее обшивку. Чтобы «противостоять» такому действию аэродинамических сил, лопасть должна быть достаточно прочной.

При полетах в дождь, в снег или в облаках при условиях, способствующих обледенению, работа лопасти еще более усложняется. Капли дождя, попадая на лопасть с огромным» скоростями, сбивают с нее краску. При обледенении па лопастях образуются ледяные наросты, которые искажают ее профиль, мешают ее маховому движению, утяжеляют ее. При хранении вертолета на земле на лопасть разрушающе действуют резкие изменения температуры, влажность, солнечные лучи.

Значит, лопасть должна быть не только прочной, но она еще должна быть невосприимчивой к влиянию внешней среды. Но если бы только это! Тогда лопасть можно было бы сделать цельнометаллической, покрыв ее противо-коррозийным слоем, и задача была бы решена.

Но есть еще одно требование: лопасть, кроме этого, должна быть еще и легкой. Поэтому ее изготовляют полой За основу конструкции лопасти берут металлический лонжерон, чаще всего — стальную трубу переменного сечения, площадь которого постепенно или ступенчато уменьшается от корневой части к концу лопасти.

Лонжерон, как главный продольный силовой элемент лопасти, воспринимает перерезывающие силы и изгибающий момент. В этом отношении работа лонжерона лопасти схожа с работой лонжерона самолетного крыла. Однако на лонжерон лопасти действуют в результате вращения винта еще центробежные силы, чего нет у лонжерона крыла самолета. Под действием этих сил лонжерон лопасти подвергается растяжению.

К лонжерону привариваются или приклепываются стальные фланцы для крепления поперечного силового набора — нервюр лопасти. Каждая нервюра, которая может быть металлической или деревянной, состоит из стенок и полок. К металлическим полкам приклеивается или приваривается металлическая обшивка, а к деревянным полкам приклеивается фанерная или пришивается полотняная обшивка или к носку приклеивается фанерная обшивка, а к хвостику пришивается полотняная, как показано. В носовой части профиля полки нервюр крепятся к переднему стрингеру, а в хвостовой части — к заднему стрингеру. Стрингеры служат вспомогательными продольными силовыми элементами.

Обшивка, покрывающая полки нервюр, образует собой профиль лопасти в любом ее сечении. Наиболее легкой является полотняная обшивка. Однако во избежание искажения профиля в результате прогиба полотняной обшивки на участках между нервюрами, нервюры лопасти приходится ставить очень часто, примерно через 5—6 см одна от другой, что утяжеляет лопасть. Поверхность лопасти с плохо натянутой полотняной обшивкой выглядит ребристой и обладает низкими аэродинамическими качествами, так как ее лобовое сопротивление велико. В процессе одного оборота профиль такой лопасти меняется, что способствует появлению дополнительной вибрации вертолета. Поэтому полотняная обшивка пропитывается аэролаком, который по мере своего высыхания сильно натягивает полотно.

При изготовлении обшивки из фанеры жесткость лопасти увеличивается и расстояние между нервюрами может быть увеличено в 2,5 раза по сравнению с лопастями, обтянутыми полотном. Для того чтобы уменьшить сопротивление, поверхность фанеры гладко обрабатывается и полируется.

Хороших аэродинамических форм и большой прочности можно добиться, если изготовить полую цельнометаллическую лопасть. Трудность ее производства состоит в изготовлении переменного по сечению лонжерона, который образует носовую часть профиля. Хвостовая часть профиля лопасти изготовляется из листовой металлической обшивки, которую передними кромками заподлицо приваривают к лонжерону, а задние кромки склепывают между собой.

Профиль лопасти винта вертолета выбирается с таким расчетом, чтобы при увеличении угла атаки срыв обтекания возникал на возможно больших углах атаки. Это необходимо для того, чтобы избежать срыва обтекания на отступающей лопасти, где углы атаки особенно велики. Кроме того, во избежание вибраций профиль надо подобрать такой, у которого бы при изменении угла атаки не менялось положение центра давления.

Очень важным фактором для прочности и работы лопасти является взаимное расположение центра давления и центра тяжести профиля. Дело в том, что при совместном действии изгиба и кручения, лопасть подвержена самовозбуждающейся вибрации, т. е. вибрации со все возрастающей амплитудой (флаттеру). Во избежание вибрации лопасть должна балансироваться относительно хорды, т. е. должно быть обеспечено такое положение центра тяжести на хорде, которое исключало бы самовозрастание вибрации. Задача балансировки сводится к тому, чтобы у построенной лопасти центр тяжести профиля находился впереди центра давления.

Продолжая рассматривать тяжелые условия работы лопасти несущего винта, необходимо отметить, что повреждение деревянной обшивки лопасти каплями дождя может быть предотвращено, если вдоль ее передней кромки укрепить листовую металлическую окантовку.

Борьба же с обледенением лопастей представляет собой более сложную задачу. Если такие виды обледенения в полете, как иней и изморозь, большой опасности для вертолета не представляют, то стекловидный лед, постепенно и незаметно, но чрезвычайно прочно наращивающийся на лопасти, приводит к утяжелению лопасти, искажению ее профиля и, в конечном счете, к уменьшению подъемной силы, что приводит к резкой потере управляемости и устойчивости вертолета.

Существовавшая одно время теория о том, что лед вследствие машущего движения лопастей будет в полете скалываться, оказалась несостоятельной. Обледенение лопасти начинается раньше всего у корневой части, где изгиб лопасти при ее машущем движении невелик. В дальнейшем слой льда начинает распространяться все дальше к концу лопасти, постепенно сходя на нет. Известны случаи, когда толщина льда у корневой части достигала 6 мм, а у конца лопасти — 2 мм.

Предотвратить обледенение возможно двумя путями.

Первый путь — это тщательное изучение прогноза погоды в районе полетов, обход встретившихся по пути облаков и изменение высоты полета с целью выхода из воны обледенения, прекращение полета и т. д.

Второй путь — это оборудование лопастей противо-обледенительными устройствами.

Известен целый рад этих устройств для лопастей вертолета. Для удаления льда с лопастей несущего винта может

быть применен спиртовой противообледенитель, который разбрызгивает на передней кромке винта спирт. Последний, смешиваясь с водой, понижает температуру ее замерзания и препятствует образованию льда.

Скалывание льда с лопастей винта может быть осуществлено воздухом, который нагнетается в резиновую камеру, проложенную вдоль передней кромки несущего винта. Раздувающаяся камера надкалывает ледяную корку, отдельные куски которой затем сметаются с лопастей винта встречным потоком воздуха.

Если передняя кромка лопасти винта сделана из металла, то ее можно подогревать или электричеством, или теплым воздухом, пропускаемым через трубопровод, проложенный вдоль передней кромки несущего винта.

Будущее покажет, какой из этих способов найдет себе более широкое применение.

Для аэродинамических характеристик несущего винта большое значение имеют число лопастей несущего винта, и удельная нагрузка на ометаемую винтом площадь. Теоретически число лопастей винта может быть любым, от одной бесконечно большого их числа, настолько большого, что они в конечном счете сливаются в спиральную поверхность, как это предполагалось в проекте Леонардо да Винчи или в вертолете-велосипеде И. Быкова.

Однако есть какое-то наиболее выгодное число лопастей. Число лопастей не должно быть меньше трех, так как при двух лопастях возникают большие неуравновешенные силы и колебания тяги винта. Показано изменение тяги несущего винта около его среднего значения в течение одного оборота винта у однолопастного и двухлопастного винтов. Трехлопастной винт уже практически сохраняет среднее значение тяги в течение всего оборота.

Число лопастей винта не должно быть также очень большим, так как в этом случае каждая лопасть работает в потоке, возмущенном предыдущей лопастью, что снижает коэффициент полезного действия несущего винта.

Чем больше лопастей винта, тем большую часть площади ометаемого диска они занимают. В теорию несущего винта вертолета введено понятие коэффициента заполнения о, который подсчитывается как отношение суммарной площади

Для расчетного режима работы несущего винта вертолета (отвесный подъем) наивыгоднейшей величиной коэффициента заполнения является величина 0,05—0,08 (среднее значение 0,065).

Эта нагрузка является средней. Малой нагрузкой называют нагрузку в пределах 9—12 кг/м2. Вертолеты, имеющие такую нагрузку, маневренны и обладают большой крейсерской скоростью.

Вертолеты общего назначения имеют среднюю нагрузку в пределах от 12 до 20 кг/м2. И, наконец, большой нагрузкой, редко применяемой, является нагрузка от 20 до 30 кг/м2.

Дело в том, что хотя высокая удельная нагрузка на ометаемую площадь и обеспечивает большую полезную нагрузку вертолета, но при отказе двигателя такой вертолет на режиме самовращения будет снижаться быстро, что недопустимо, так как в этом случае нарушается безопасность снижения.

Отстройка от флаттера лопастей

Упруго-массовые характеристик лопасти НВ

Характристика втулки несущего винта вертолета

Расчет крутки лопасти.

  1. IV Раздел. Расчет общей суммы затрат. Проверка.
  2. Nbsp; Расчет усилителя низкой частоты.
  3. АКТУАРНЫЕ РАСЧЕТЫ. СТРАХОВАЯ СТАТИСТИКА
  4. Аналитические расчеты совместимы с таблицей исходных данных.
  5. Аэродинамический расчет
  6. Безналичные расчеты физических лиц
  7. В дополнение к этому прилагаются расчеты основных показателей платежеспособности и ликвидности, а также прогнозируемые показатели эффективности проекта.
  8. Взаимодействие в области организации взаимных платежей и расчетов
  9. ВЫПЛАТЫ РЕЖИССЕРУ-ПОСТАНОВЩИКУ И ПОРЯДОК РАСЧЕТОВ
  10. Выполняем проверочный расчет универсальных шпинделей клети.

Исходные данные.

Вариант № 4.3 ( вертолёт–кран ).

Масса m, кг Двигатели Параметры НВ Рулевой винт Высота
Тип Число Мощность одного двигателя N, кВт Диаметр D, м Число лопастей Kл Заполнение σ7 Окружная скорость ωR, м/c Диаметр Dрв, м Расстояние от оси НВ Lрв, м Вертолёта, м Висения у земли H, м
ТВД 0,1 19.2 6,7 7,7
Тип лопастей НВ Форма в плане Относительная толщина профиля в сечениях лопастей Профиль для всех типов лопастей
Лопасти стеклотекстолитовые Прямоугольная ; ηл = 1

I. Геометрические характеристики лопастей несущего винта.

Расчет крутки лопасти.

Цель расчёта – определить крутку лопасти, при которой относительный КПД винта имеет наибольшее значение. Расчёт производится для режима висения вертолёта у земли (H=0 м, ρ₀=1,266 кг/м3) без учёта сжимаемости воздуха. Минимальными индуктивными потерями обладает винт НЕЖ, а минимальными профильными потерями – винт с постоянным распределением по длине лопасти углов атаки сечений. Поэтому расчёт производится отдельно для этих двух случаев, и находятся законы крутки, обеспечивающие минимальные индуктивные и минимальные профильные сопротивления соответственно. Далее выбирается компромиссный закон крутки, обеспечивающий максимальный относительный КПД винта. Этот закон крутки должен отвечать не только аэродинамическим требованиям, но и конструктивно–технологическим. Исходя из этого, крутку целесообразно делать линейной.

Расчёт.

Вычисляем удельную нагрузку на площадь, ометаемую лопастями несущего винта:

Из таблицы выбираем значение коэффициента силы тяги , учитывающего форму лопасти в плане; для прямоугольной лопасти имеем:

Вычисляем коэффициент тяги винта:

Коэффициент концевых и втулочных потерь по приближённой формуле Б. Н. Юрьева:

Вычисляем значение коэффициента подъёмной силы профиля в характерном сечении:

  1. Далее расчёт ведётся для винта с постоянным распределением по длине лопасти углов атаки.

2. Далее расчёт ведётся для компенсированного винта НЕЖ.

Определяется относительная индуктивная скорость, постоянная по длине лопасти

Абсолютное значение отрицательной крутки лопасти

II. Расчёт поляры несущего винта на режиме висения.

Поляра несущего винта на режиме висения представляет собой зависимость

Для ряда значений угла установки вычисляются значения коэффициентов тяги и крутящего момента методом табличного интегрирования (метод трапеций). Подынтегральные функции выражаются следующим образом:

В записанных выражениях:

где

M – текущее число Маха

Mо – число Маха на конце лопасти,

Размерность в вышеприведённых формулах . Расчёты ведутся для фиксированных значений угла установки и сводятся в таблицы. Участок относительных радиусов занят втулкой, размеры рукавов которой равны приблизительно а коэффициент их сопротивления Индуктивное сопротивление на этом участке отсутствует.

Вычисление коэффициента тяги ведётся по следующим формулам

где – условный радиус, на котором заканчиваются рабочие сечения лопасти. Приближённо полагается, что кончики лопастей не создают подъёмных сил из–за концевых потерь. B – коэффициент, учитывающий концевые потери

По Б.Н.Юрьеву:

где – число лопастей винта.

Здесь СT*– аэродинамический коэффициент силы тяги, вычисленный без учёта концевых потерь.

Значение коэффициента концевых потерь приближённо может быть вычислено через СT*, т.е.

Аэродинамический коэффициент крутящего момента вычисляется так:

Расчёт выполняется для углов установки φ7 = 2о, 4о, 6о, 8о, 10о, 12о, 14о, 16о и сводится в таблицы. На основании табличных данных методом трапеций вычисляются интегралы, строится поляра несущего винта для режима висения . Вычисляются значения относительного КПД винта:

строится зависимость

ΙΙΙ. Расчёт энергетических затрат на привод рулевого винта.

В расчёте относительный КПД рулевого винта полагается равным 0,65, коэффициент мощностных потерь для одновинтового вертолёта ξ = 0,8.

2*N ном кВт М кр H/м
ξ 0.8 T рв H
ωR м/с N рв 1302.244 кВт
L рв 19.2 м N̅ рв 13.56504 %
D нв м
D рв м
η₀ 0.65
R м

ΙV. Расчёт лётных характеристик вертолёта на режиме вертикального взлёта и висения у земли.

1. Расчёт вертикальной скороподъёмности и барограммы взлёта вертолёта.

Целью данного расчёта является нахождение зависимости вертикальной скороподъёмности вертолёта от высоты и нахождение практического потолка висения вертолёта.

Расчёт выполняется по следующему алгоритму.

Для заданной высоты вычисляется удельная нагрузка на ометаемую площадь

и коэффициент тяги

Для найденного коэффициента по поляре несущего винта находится коэффициент .

Вычисляется мощность, потребная для висения вертолёта для висения на данной высоте

Расчёт производится для ряда высот и строится и строится кривая

На этот же график наносится кривая располагаемой мощности

Для каждой высоты H находится избыточная мощность

и определяется вертикальная скороподъёмность по следующим формулам:

Все расчёты сводятся в таблицу, и строится кривая вертикальной скороподъёмности вертолёта. Затем строится барограмма взлёта вертолёта методом численного интегрирования по формуле

Практический потолок висения определятся по высоте, на которой

Расчёт вертикальной скороподъёмности и барограммы взлёта вертолёта.

2. Максимальный вес вертолёта в зоне влияния воздушной подушки.

Исходные данные

Определение массы вертолёта в перегрузочном варианте вне влияния земли
mk G m φ7
0.001947 0.108775 218734.4 12.6
Учёт влияния земли
ƺн Cтн/Cт
0.48125 0.633 1.35643 первое приближение
Cy7 Cxp7 Cy7н Cxp7н Cтн/Cт
4.004133 0.0106 5.431329 0.0144 1.352902 второе приближение
5.4172 0.0136 1.353645 третье приближение
(Cтн/Cт)*
1.353274

На наших вертушках лопасти несущего винта довольно сложная конструкция (поэтому одна лопасть стоит более 20 тыс.баксов)- цельнолитой пустотелый лонжерон из алюминиевого сплава к которому на задней кромке клеются законцовки из сотового заполнителя (как пчелинные соты из алюминиевой фольги, на Ми-26 из специальной бумаги) покрытые снаружи листовым алюминием. Внутри лонжерона создается давление и ставится сигнализатор — если появится трещина, то давление падает и сигнализатор срабатывает. На носке лонжерона клеются противооблединительные электронагревательные накладки и сверху защитные накладки из нержавейки. Хвостовой или рулевой винт примерно по конструкции такой же.
На Хью, Чинуке, Белл 206 и других НИКОГДА не было лопастей из стальных труб! Обычно у них массивные лопасти из алюминиевых сплавов, поэтому рассказы, что во Вьетнаме вертолеты рубили кусты, реальны. На Ми-6 и Ми-10 первых выпусков были лопасти с лонжеронами из стальных труб. Наши лопасти уступают американским только в том, что при хранении под открытым небом набирают воду и появляется дисбаланс несущего винта. У америкосов такого нет — лом, он и есть лом, хоть и из люминия. Поэтому при длительном хранении наши стараются лопасти снимать и хранить в ангаре под крышей. Зато на америкосских лопастях часто идет эррозия металла по передней кромке при полетах на грунт — жутко смотреть, передняя кромка бывает как губка, вся изъедена песком. Правда и ремонтируется легко — поверх шпаклюется специальным составом и потом полируется и балансируется.
Вот примерно так!

За последнее время в мире вертолетной техники произошло несколько значимых событий. Американская компания Kaman Aerospace объявила о намерении возобновить производство синхроптеров, Airbus Helicopters пообещала разработать первый гражданский вертолет с электродистанционным управлением, а немецкая e-volo — испытать 18-роторный двухместный мультикоптер. Чтобы не запутаться во всем этом разнообразии, мы решили составить краткий ликбез по основным схемам вертолетной техники.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Впервые идея летательного аппарата с несущим винтом появилась около 400 года нашей эры в Китае, однако дальше создания детской игрушки дело не пошло. Всерьез инженеры взялись за создание вертолета в конце XIX века, а первый вертикальный полет нового типа летательного аппарата состоялся в 1907 году, спустя всего четыре года после первого полета братьев Райт. В 1922 году авиаконструктор Георгий Ботезат испытал вертолет-квадрокоптер, разработанный по заказу Армии США. Это был первый в истории устойчиво управляемый полет техники такого типа. Квадрокоптер Ботезата сумел взлететь на высоту пяти метров и провел в полете несколько минут.

С тех пор вертолетная техника претерпела множество изменений. Появился класс винтокрылых летательных аппаратов, который сегодня делится на пять типов: автожир, вертолет, винтокрыл, конвертоплан и X-крыло. Все они отличаются конструкцией, способом взлета и полета, управлением несущим винтом. В этом материале мы решили рассказать именно о вертолетах и их основных типах. При этом за основу была взята классификация по компоновке и расположению несущих винтов, а не традиционная — по типу компенсации реактивного момента несущего винта.

Вертолет

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Вертолет является винтокрылым летательным аппаратом, у которого подъемная и движущая силы создаются одним или несколькими несущими винтами. Такие винты располагаются параллельно земле, а их лопасти устанавливаются под определенным углом к плоскости вращения, причем угол установки может изменяться в достаточно широких пределах — от нуля до 30 градусов. Установка лопастей на ноль градусов называется холостым ходом винта или флюгированием. В этом случае несущий винт не создает подъемной силы.

Во время вращения лопасти захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению винта. В результате перед винтом создается зона пониженного давления, а за ним — повышенного. В случае вертолета так возникает подъемная сила, которая очень похожа на образование подъемной силы фиксированным крылом самолета. Чем больше угол установки лопастей, тем большую подъемную силу создает несущий винт.

Характеристики несущего винта определяются двумя основными параметрами — диаметром и шагом. Диаметр винта определяет возможности вертолета по взлету и посадке, а также отчасти величину подъемной силы. Шаг винта — это воображаемое расстояние, которое воздушный винт пройдет в несжимаемой среде при определенном угле установки лопастей за один оборот. Последний параметр влияет на подъемную силу и скорость вращения ротора, которую на большей части полета летчики стараются держать неизменной, меняя только угол установки лопастей.

Версия AH-64.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Фотография: Phillip Capper / flickr.com

При полете вертолета вперед и вращении несущего винта по часовой стрелке, набегающий поток воздуха сильнее воздействует на лопасти с левой стороны, из-за чего возрастает и их эффективность. В результате левая половина окружности вращения винта создает большую подъемную силу, чем правая, и возникает кренящий момент. Для его компенсации конструкторы придумали автомат перекоса — это особая система, которая уменьшает угол установки лопастей слева и увеличивает его справа, выравнивая таким образом подъемную силу по обе стороны винта.

В целом, вертолет имеет несколько преимуществ и несколько недостатков перед самолетом. К преимуществам относится возможность вертикального взлета и посадки на площадки, диаметр которых в полтора раза превосходит диаметр несущего винта. При этом вертолет может на внешней подвеске перевозить крупногабаритные грузы. Вертолеты отличаются и лучшей маневренностью, поскольку могут висеть вертикально, лететь боком или задом-наперед, поворачиваться на месте.

К недостаткам же относятся большее, чем у самолетов, потребление топлива, большая инфракрасная заметность из-за горячего выхлопа двигателя или двигателей, а также повышенная шумность. Кроме того, вертолетом в целом сложнее управлять из-за ряда особенностей. Например, летчикам вертолетов знакомы явления земного резонанса, флаттера, вихревого кольца, эффекта запирания несущего винта. Эти факторы могут приводить к разрушению или падению машины.

У вертолетной техники любых схем существует режим авторотации. Он относится к аварийным режимам. Это означает, что при отказе, например, двигателя несущий винт или винты при помощи обгонной муфты отсоединяются от трансмиссии и начинают свободно раскручиваться набегающим потоком воздуха, тормозя падение машины с высоты. В режиме авторотации возможна управляемая аварийная посадка вертолета, причем вращающийся несущий винт через редуктор продолжает раскручивать рулевой винт и генератор. Поделиться

Классическая схема

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Из всех типов вертолетных схем сегодня самой распространенной является классическая. При такой схеме машина имеет только один несущий винт, который может приводиться в движение одним, двумя или даже тремя двигателями. К этому типу, например, относятся ударные AH-64E Guardian, AH-1Z Viper, Ми-28Н, транспортно-боевые Ми-24 и Ми-35, транспортные Ми-26, многоцелевые UH-60L Black Hawk и Ми-17, легкие Bell 407 и Robinson R22.

При вращении несущего винта на вертолетах классической схемы возникает реактивный момент, из-за которого корпус машины начинает раскручиваться в сторону, противоположную вращению ротора. Для компенсации момента используют рулевое устройство на хвостовой балке. Как правило им является рулевой винт, но это может быть и фенестрон (винт в кольцевом обтекателе) или несколько воздушных сопел на хвостовой балке.

Белл AH-1Z «Вайпер».

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Особенностью классической схемы являются перекрестные связи в каналах управления, обусловленные тем, что рулевой винт и несущий приводятся одним и тем же двигателем, а также наличием автомата перекоса и множества других подсистем, ответственных за управление силовой установкой и роторами. Перекрестная связь означает, что при изменении какого-либо параметра работы воздушного винта, поменяются и все остальные. Например, при увеличении частоты вращения несущего винта возрастет и частота вращения рулевого.

Управление полетом осуществляется наклоном оси вращения несущего винта: вперед — машина полетит вперед, назад — назад, вбок — вбок. При наклоне оси вращения возникнет движущая сила и уменьшается подъемная. По этой причине для сохранения высоты полета летчику необходимо менять и угол установки лопастей. Направление полета задается изменением шага рулевого винта: чем он меньше, тем меньше компенсируется реактивный момент, и вертолет поворачивает в сторону, противоположную вращению несущего винта. И наоборот.

В современных вертолетах в большинстве случаев управление полетом по горизонтали осуществляется при помощи автомата перекоса. Например, для движения вперед летчик при помощи автомата уменьшает угол установки лопастей для передней половины плоскости вращения крыла и увеличивает — для задней. Таким образом сзади подъемная сила увеличивается, а спереди — уменьшается, благодаря чему изменяется наклон винта и появляется движущая сила. Такая схема управления полетом применяется на всех вертолетах почти всех типов, если на них установлен автомат перекоса.

AH-64 «Апач».

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Соосная схема

Фотография: Wikimedia Commons

Второй по распространенности вертолетной схемой является соосная. В ней рулевой винт отсутствует, зато есть два несущих винта — верхний и нижний. Они располагаются на одной оси и вращаются синхронно в противоположных направлениях. Благодаря такому решению винты компенсируют реактивный момент, а сама машина получается несколько более устойчивой по сравнению с классической схемой. Кроме того, у вертолетов соосной схемы практически отсутствуют перекрестные связи в каналах управления.

Камов Ка-27.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Наиболее известным производителем вертолетов соосной схемы является российская компания «Камов». Она выпускает корабельные многоцелевые вертолеты Ка-27, ударные Ка-52 и транспортные Ка-226. Все они имеют по два винта, расположенных на одной оси друг под другом. Машины соосной схемы, в отличие от вертолетов классической схемы, способны, например, делать воронку, то есть выполнять облет цели по кругу, оставаясь на одном и том же расстоянии от нее. При этом носовая часть всегда остается развернутой в сторону цели. Управление рысканием осуществляется подтормаживанием одного из несущих винтов.

Камов Ka-52.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

В целом управлять вертолетами соосной схемы несколько проще, чем обычными, особенно в режиме висения. Но существуют и свои особенности. Например, при выполнении петли в полете может случиться перехлест лопастей нижнего и верхнего несущего винтов. Кроме того, в проектировании и производстве соосная схема более сложна и дорога, чем классическая схема. В частности из-за редуктора, передающего вращение вала двигателя на винты, а также автомата перекоса, синхронно устанавливающего угол лопастей на винтах.

Камов Ka-52.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Продольная и поперечная схемы

Фотография: Wikimedia Commons

Третьей по популярности является продольная схема расположения несущих винтов вертолета. В этом случае винты располагаются параллельно земле на разных осях и разнесены друг от друга — один находится над носовой частью вертолета, а другой — над хвостовой. Типичным представителем машин такой схемы является американский тяжелый транспортный вертолет CH-47G Chinook и его модификации. Если винты располагаются на законцовках крыльев вертолета, то такая схема называется поперечной.

Серийных представителей вертолетов поперечной схемы сегодня не существует. В 1960-1970-х годах конструкторское бюро Миля разрабатывало тяжелый грузовой вертолет В-12 (также известен, как Ми-12, хотя этот индекс неверен) поперечной схемы. В августе 1969 года прототип В-12 установил рекорд грузоподъемности среди вертолетов, подняв на высоту 2,2 тысячи метров груз массой 44,2 тонны. Для сравнения самый грузоподъемный в мире вертолет Ми-26 (классическая схема) может поднимать грузы массой до 20 тонн, а американский CH-47F (продольная схема) — массой до 12,7 тонны.

Боинг CH-47 «Чинук»

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

У вертолетов продольной схемы несущие винты вращаются в противоположных направлениях, однако это компенсирует реактивные моменты лишь отчасти, из-за чего в полете летчикам приходится учитывать возникающую боковую силу, уводящую машину с курса. Движение в стороны задается не только наклоном оси вращения несущих винтов, но и разными углами установки лопастей, а управление рысканием производится за счет изменения частоты вращения роторов. Задний винт у вертолетов продольной схемы всегда располагается чуть выше переднего. Это сделано для исключения взаимного влияния от их воздушных потоков.

Кроме того, на определенных скоростях полета вертолетов продольной схемы иногда могут возникать значительные вибрации. Наконец, вертолеты продольной схемы оснащаются сложной трансмиссией. По этой причине такая схема расположения винтов распространена мало. Зато вертолеты продольной схемы меньше других машин подвержены возникновению вихревого кольца. В этом случае во время снижения воздушные потоки, создаваемые винтом, отражаются от земли вверх, затягиваются винтом и снова направляются вниз. При этом подъемная сила несущего винта резко снижается, а изменение частоты вращения ротора или увеличение угла установки лопастей эффекта практически не оказывает.

Боинг CH-47 «Чинук».

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Синхроптер

Фотография: Wikimedia Commons

Сегодня вертолеты, построенные по схеме синхроптера, можно отнести к самым редким и наиболее интересными с конструктивной точки зрения машинами. Их производством до 2003 года занималась только американская компания Kaman Aerospace. В 2017 году компания планирует возобновить выпуск таких машин под обозначением K-Max. Синхроптеры можно было бы отнести к вертолетам поперечной схемы, поскольку валы двух их винтов расположены по бокам корпуса. Однако оси вращения этих винтов расположены под углом другу к другу, а плоскости вращения — пересекаются.

У синхроптеров, как у вертолетов соосной, продольной и поперечной схем, рулевой винт отсутствует. Несущие же винты вращаются синхронно в противоположные стороны, а их валы связаны друг с другом жесткой механической системой. Это гарантированно предотвращает столкновение лопастей при разных режимах и скоростях полета. Впервые синхроптеры были изобретены немцами во время второй мировой войны, однако серийное производство велось уже в США с 1945 года компанией Kaman.

Kaman K-1200 K-Max.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Направлением полета синхроптера управляют исключительно изменением угла установки лопастей винтов. При этом из-за перекрещивания плоскостей вращения винтов, а значит сложения подъемных сил в местах перекрещивания, возникает момент кабрирования, то есть подъема носовой части. Этот момент компенсируется системой управления. В целом же, считается, что синхроптером проще управлять в режиме висения и на скоростях больше 60 километров в час.

К достоинствам таких вертолетов относится экономия топлива за счет отказа от рулевого винта и возможность более компактного размещения агрегатов. Кроме того, синхроптерам характерна большая часть положительных качеств вертолетов соосной схемы. К недостаткам же относится необычайная сложность механической жесткой связи валов винтов и системы управления автоматами перекоса. В целом это делает вертолет дороже, по сравнению с классической схемой.

Kaman K-MAX.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Мультикоптер

Фотография: Ville Hyvönen / flickr.com

Разработка мультикоптеров началась практически одновременно с работами над вертолетом. Именно по этой причине первым вертолетом, совершившим управляемый взлет и посадку стал в 1922 году квадрокоптер Ботезата. К мультикоптерам относят машины, как правило имеющие четное количество несущих винтов, причем их должно быть больше двух. В серийных вертолетах сегодня схема мультикоптеров не используется, однако она чрезвычайно популярна у производителей малой беспилотной техники.

Дело в том, что в мультикоптерах используются винты с неизменяемым шагом винта, причем каждый из них приводится в движение своим двигателем. Компенсация реактивного момента производится вращением винтов в разные стороны — половина крутится по часовой стрелке, а другая половина, расположенная по диагонали, — в противоположном направлении. Это позволяет отказаться от автомата перекоса и в целом значительно упростить управление аппаратом.

Для взлета мультикоптера частота вращения всех винтов увеличивается одинаково, для полета в сторону — вращение винтов на одной половине аппарата ускоряется, а на другой — замедляется. Поворот мультикоптера производится замедлением вращения, например, винтов, крутящихся по часовой стрелке или наоборот. Такая простота конструкции и управления и послужила основным толчком к созданию квадрокоптера Ботезата, однако последующее изобретение рулевого винта и автомата перекоса практически затормозило работы над мультикоптерами.

Гексакоптер DJI S800.

Фотография: Wikimedia Commons

Поделиться

Причиной же, по которой сегодня не существует мультикоптеров, предназначенных для перевозки людей, является безопасность полетов. Дело в том, что в отличие от всех остальных вертолетов, машины с несколькими винтами не могут совершать аварийную посадку в режиме авторотации. При отказе всех двигателей мультикоптер становится неуправляемым. Впрочем, вероятность такого события невысока, однако отсутствие режима авторотации является главным препятствием для прохождении сертификации на безопасность полетов.

Впрочем, в настоящее время немецкая компания e-volo занимается разработкой мультикоптера с 18 роторами. Этот вертолет предназначен для перевозки двух пассажиров. Как ожидается, он совершит первый полет в ближайшие несколько месяцев. По расчетам конструкторов, прототип машины сможет находиться в воздухе не больше получаса, однако этот показатель планируется довести по меньшей мере до 60 минут.

Следует также отметить, что помимо вертолетов с четным количеством винтов существуют и мультикоптерные схемы с тремя и пятью винтами. У них один из двигателей расположен на отклоняемой в стороны платформе. Благодаря этому осуществляется управление направлением полета. Впрочем, в такой схеме становится сложнее гасить реактивный момент, поскольку два винта из трех или три из пяти всегда вращаются в одном направлении. Для нивелирования реактивного момента некоторые из винтов вращаются быстрее, а это создает ненужную боковую силу.

Скоростная схема

Фотография: Wikimedia Commons

Сегодня наиболее перспективной в вертолетной технике считается скоростная схема, позволяющая вертолетам летать на существенно большей скорости, чем могут современные машины. Чаще всего такую схему называют комбинированным вертолетом. Машины этого типа строятся по соосной схеме или с одним винтом, однако имеют небольшое крыло, создающее дополнительную подъемную силу. Кроме того, вертолеты могут быть оснащены толкающим винтом в хвостовой части или двумя тянущими на законцовках крыла.

Ударные вертолеты классической схемы AH-64E способны развивать скорость до 293 километров в час, а соосные Ка-52 — до 315 километров в час. Для сравнения, комбинированный вертолет — демонстратор технологий Airbus Helicopters X3 с двумя тянущими винтами может разгоняться до 472 километров в час, а его американский конкурент с толкающим винтом — Sikorksy X2 — до 460 километров в час. Перспективный разведывательный скоростной вертолет S-97 Raider сможет летать на скоростях до 440 километров в час.

Sikorsky X2

Фотография: Sikorsky

Поделиться

Строго говоря, комбинированные вертолеты относятся скорее не к вертолетам, а к другому типу винтокрылых летательных аппаратов — винтокрылам. Дело в том, что движущая сила у таких машин создается не только и не столько несущими винтами, сколько толкающими или тянущими. Кроме того, за создание подъемной силы отвечают и несущие винты, и крыло. А на больших скоростях полета управляемая обгонная муфта отключает несущие винты от трансмиссии и дальнейший полет идет уже в режиме авторотации, при которой несущие винты работают, фактически, как крыло самолета.

В настоящее время разработкой скоростных вертолетов, которые в перспективе смогут развивать скорость свыше 600 километров в час, занимаются несколько стран мира. Помимо Sikorsky и Airbus Helicopters такие работы ведут российские «Камов» и конструкторское бюро Миля (Ка-90/92 и Ми-X1 соответственно), а также американская Piacesky Aircraft. Новые комбинированные вертолеты смогут совместить в себе скорость полета турбовинтовых самолетов и вертикальные взлет и посадку, присущие обычным вертолетам.

Василий Сычев

Конструкции лопастей

Лопасти различаются по своей конструкции ввиду различных подходов к материалам, изготовлению и компоновке элементов лопасти.

Лопасти цельнометаллической конструкции. Лопасти цельнометаллической конструкции можно подразделить на две группы: лопасти каркасной конструкции с трубчатым стальным лонжероном и лопасти с прессованным лонжероном из легких сплавов.

Лопасти каркасной конструкции впервые появились в 30-х годах на вертолете ЦАГИ 1-ЭА и вертолетах конструкция Снерва (Англия). Основным элементом лопасти является лонжерон, изготовленный из стальной трубы, имеющей переменную по длине толщину стенки и форму поперечного сечения. Для трубчатого лонжерона применяется обычно труба из высоколегированной стали типа 30ХГСА или 40ХНМА, закаленной и отпущенной на прочность (ув = 1100-1300 МПа). После горячей и холодной прокатки, формообразования и закалки наружная и внутренняя поверхности трубы полируются. На внешней и внутренней поверхностях лонжерона создается наклеп виброударным способом, повышающий предел выносливости до амплитуды изгибных динамических напряжений ущ min = 280-300 МПа при постоянной части нагружения равной 200-250 МПа . Такие лопасти используются на вертолетах Ми-6 и Ми-26 .

Лопасть состоит из отдельных отсеков, включающих в себя обшивку, нервюры и стрингеры. Отсек цельнометаллической лопасти со стальным трубчатым лонжероном состоит из носовой и хвостовой частей, закрепленных на лонжероне (рисунок 1.7).

Основа носовой части отсека — обшивка, имеющая подсечку для укладки пакета электрического противообледенителя. Для увеличения жесткости контура носовой части к обшивке приклеены и дополнительно приклепаны диафрагмы, гофрированные накладки и передний профиль. Для создания необходимой по флаттерным характеристикам поперечной центровки лопасти к обшивке носка приклеены и приклепаны противовесы в виде стального профиля. Носовая часть отсека приклеена к передней стенке хвостовой части отсека и прикреплена к ней винтами по подсечке .

Хвостовая часть отсека лопасти с трубчатым лонжероном включает в себя переднюю стенку корытообразного сечения, к которой приклеивают обшивку, торцевые нервюры и сотовый заполнитель. Для придания жесткости задней кромке в нее вклеен текстолитовый стрингер. Усиливающие подкладки приклеены для устранения резкого изменения жесткости в местах соединения обшивки с профилем передней стенки и сходят на ус в направлении к задней кромке отсека. Сотовый блок склеен из листов алюминиевой фольги и придает жесткость хвостовой части отсека. По бокам хвостовой части имеются торцевые нервюры, к которым прикреплены боковые накладки, предназначенные для соединения винтами носовых и хвостовых частей отсеков. Спереди хвостовой части приклеен дюралюминиевый башмак с выступающими передними поясами, которые охватывают сзади часть лонжерона и опираются на хомуты, приклеенные к лонжерону (рисунок 1.7). Это позволяет воспринимать и передавать на лонжерон центробежные и перерезывающие силы. В поясах имеются отверстия под болты для крепления лент, притягивающих хвостовые части отсеков к лонжерону. Эти ленты воспринимают моменты, действующие на отсек. Для крепления хвостовых частей отсеков к лонжерону приклеены и притянуты двумя стальными хомутами стальные цапфы. Хомуты также приклеены к цапфам и лонжерону. В местах расположения средних частей отсеков на лонжероне приклеен пенопластовый блок, армированный фанерой, к которому приклеен носок .

Упругие изгибные деформации лопасти в плоскости вращения таковы, что задняя кромка лопасти, находящаяся на наибольшем удалении от оси жесткости, испытывает значительные сжимающие усилия, особенно на режимах раскрутки НВ. Для разгрузки от переменных усилий задняя часть лопасти выполняется разрезной и обычно состоит из отдельных, не связанных между собой отсеков с резиновыми вкладышами между ними, которые предотвращают перетекание воздуха с нижней на верхнюю поверхность лопасти. При изгибных деформациях лонжерона лопасти хвостовые отсеки практически не нагружаются. Обшивка является наиболее нагруженным элементом конструкции хвостового отсека. Она передает на лонжерон центробежную силу отсека, изгибающие моменты, создаваемые аэродинамическими и инерционными силами, и деформируется в зоне прикрепления вместе с лонжероном . Использование в конструкции отдельных секций позволяет в производстве легко обеспечить крутку лопасти, а в случае повреждения одной из секции заменить ее, не заменяя всей лопасти .

В конструкции лопасти, основанной на стальной трубе, лонжерон обычно защищен каркасом и не может быть механически поврежден при эксплуатации .

Лопасти с прессованным лонжероном применяются на вертолетах Ми 2, Ми-8, Ми-24. Лопасти имеют прессованный лонжерон из алюминиевого сплава, представляющий собой пустотелую балку с внутренним контуром постоянного сечения .

Использование прессованного профиля из дюралюминиевого материала позволило формировать профиль лонжерона с наиболее целесообразным сечением (рисунок 1.8). Применение замкнутого профиля, полученного методом прессования (экструзия), ограничил диапазон использования существующих дюралюминиевых сплавов. В процессе прессования происходит разделение материала на две части, поэтому и формирующем профиль инструменте (фильере) эти две части должны соединяться и свариваться давлением. Чтобы структура материала в местах сварки не ухудшалась, необходимо применять материал с высокой коррозионной стойкостью. Усталостная прочность дюралюминиевого лонжерона может снизиться из-за дефектов, возникающих в процессе прессования профиля и механической обработки лонжерона . Поэтому наружную и внутреннюю поверхности лонжерона подвергают нагартовыванию стальными шариками вибрационным методом . Предел выносливости может быть доведен до амплитуды изгибных динамических напряжений ущ min = 55-60 МПа при постоянной части нагружения равной 60 МПа .

Рисунок 1.8 — Сечение лопасти с дюралюминовым прессованным лонжероном, где 1 — пакет противоабразивной накладки; нагревателя и прокладки диэлектрика; 2 — резиновый слой; привулканизированный к отсекам противофлаттерного груза (3) из стали; 4 — лонжерон; 5 — клеевое соединение дюралюминовой обшивки хвостового отсека (6) с лонжероном; 7 сотовый заполнитель из алюминиевой фольги

Для повышения жесткости верхняя и нижняя полки лонжерона имеют внутри ребра. Первые от носка ребра служат направляющими для противовеса, устанавливаемого в целях обеспечения требуемой поперечной центровки лопасти. Противовес состоит из отдельных частей, покрытых резиной для уплотнения и предохранения от коррозии. Под концевым обтекателем имеется винтовой упор, удерживающий противофлаттерные грузы от продольных перемещений. Комлевая часть лонжерона утолщена для установки на ней стального наконечника, который крепится к лонжерону стальными болтами и для предохранения от коррозии дополнительно приклеивается к лонжерону. Щеки наконечника имеют увеличивающееся к заделке во втулке сечение для более плавного включения их в работу при изгибе и растяжении. На концевой части лонжерона крепятся на двух шпильках стальные балансировочные пластины статического момента массы лопасти .

Хвостовой отсек лопасти состоит из обшивки, склеенной с сотовым заполнителем, с двумя торцевыми нервюрами и хвостовым стрингером. Хвостовой отсек приклеен к полкам и задней стенке лонжерона .

Процесс прессования не позволяет изменять форму сечения по заданному закону, поэтому требуемую высоту профиля по длине лопасти можно обеспечить только за счет фрезерования внешней поверхности.

В результате конструктор имеет возможность разрабатывать конструктивно-силовую схему лопасти только прямоугольной формы в плане (сужение з = 1).

Лопасти с лонжероном замкнутой формы позволяют использовать технические средства постоянного контроля усталостных разрушений материала лонжерона. Система сигнализации повреждения цельнометаллических лонжеронов состоит из сигнализатора давления воздуха и заглушек на концах лонжерона. Внутренняя полость лонжерона заполняется воздухом под давлением, превышающим давление начала срабатывания сигнализатора. В случае появления в лонжероне трещины давление воздуха в нем падает. Информация о разгерметизации полости лонжерона поступает от сигнализатора давления в виде выдвижения красного колпачка сильфона, установленного в комлевой части каждой лопасти .

Лопасти смешанной конструкции. Лопасти смешанной конструкции имеют стальной трубчатый лонжерон, подкрепленный по длине кольцевым слоем композитного материала. Примером такой лопасти является лопасть вертолета Ми-26, стальной трубчатый лонжерон которой подкреплен стеклопластиковым каркасом.

Лопасть НВ вертолета Ми-26 состоит из общей носовой части и отдельных хвостовых отсеков, а также комлевого и концевого обтекателей (рисунок 1.9). В носовую часть, изготовленную по форме профиля лопасти, входят стальной трубчатый лонжерон, пенопластовый заполнитель и пакет противообледенительной системы. Лонжерон воспринимает все нагрузки от носовой части и хвостовых отсеков лопасти с помощью специальных компенсаторов. Труба лонжерона облицована по наружному диаметру слоем стеклоленты для обеспечения прочного соединения лонжерона с каркасом, защиты его от коррозии и для образования каналов системы сигнализации о повреждении лонжерона. Обшивка носовой части лопасти образована из восьми слоев стеклоткани, компенсаторы изготовлены из стеклопластика. Они представляют собой как бы продольные нервюры носовой части лопасти, связывающие обшивку лопасти с лонжероном и обеспечивающие передачу нагрузок с хвостовых отсеков и носовой части на лонжерон. Компенсатор состоит из набора прямоугольных участков стеклоткани, склеенных связующим и прошедших режим полимеризации .

Рисунок 1.9 — Конструктивно-силовая схема носовой части лопасти вертолета Ми-26, где 1 — стальной трубчатый лонжерон; 2 — заполнитель из самовспенивающегося пенопласта; 3 — обшивка из стеклопластика; 4 — компенсатор из пенопласта; 5 — каналы системы обнаружения усталостных трещин в лонжероне; 6 — электропроводка; 7 — противоабразивная накладка; 8 — нагревательная накладка

Хвостовой отсек включает в себя обшивку с двумя слоями стеклоткани, стеклопластиковые нервюры, хвостовой стрингер, дюралюминиевый закрылок и сотовый заполнитель из специальной бумаги, обладающей высоким сопротивлением усталости и коррозионной стойкостью. Все хвостовые отсеки имеют закрылки для изменения шарнирного момента и усилий в цепи управления .

Система сигнализации повреждения лопасти со стеклопластиковым каркасом имеет некоторую особенность. Наружная поверхность трубы лонжерона облицована стеклолентой, поэтому при возникновении трещины в лонжероне воздух из его внутренней полости не может стравливаться. В связи с этим при изготовлении лопасти вдоль трубы лонжерона укладывают двойные фторопластовые шнуры, обматывают «сырой» стеклолентой, а трубу полимеризуют в пресс-форме. Затем шнуры вытягивают, при этом образуются каналы 5 (рисунок 1.9), в которые и стравливается воздух в случае повреждения лонжерона . Появление усталостной трещины в зоне воздушных каналов приводит к падению давления в полости лонжерона и срабатыванию сигнализатора. Каналы выполняются двойными по технологическим соображениям — всегда имеется вероятность обрыва фторопластового шнура при его вытягивании из полости длиной 14 м.

Лопасти из композиционных материалов. Анизотропность композиционных материалов (КМ) открыла широкие возможности применения их в лопастях НВ. Применение КМ позволяет направленно формировать жесткостные характеристики лопасти (изгибные и крутильные) за счет соответствующей ориентации армирующих волокон композита с учетом сложного характера ее нагружеиия. Эффективность применения КМ в силовых элементах лопастей определяется рядом преимуществ этих материалов по сравнению с металлами. В частности, аэродинамические и аэроупругие параметры лопастей композитов могут выбираться без учета ограничений, вызываемых технологическими процессами получения катаных, экструдированных (прессованных) или механически обработанных металлических конструктивных элементов.

С помощью КМ, обладающих более высокой удельной прочностью, изготавливают лопасти меньшой массы, чем металлические. Снижение массы лопастей, в свою очередь, оказывает влияние на центробежные силы, инерцию ротора, частотные и другие характеристики.

Регулируемая в широких пределах анизотропия КМ позволяет получать необходимые конструктивные и демпфирующие параметры лопасти. Частота собственных колебаний лопасти может быть изменена не только перераспределением массы, но и выбором армирующих волокон, имеющих низкий или высокий модуль упругости, включая их гибридизацию (смешивание), степени армирования и ориентации армирующих волокон относительно оси лопасти. Крутильная жесткость лопасти может быть существенно увеличена за счет добавления слоев с ориентацией ± 45° относительно размаха лопасти при незначительном изменении частот продольных колебаний.

Основным силовым элементом композитной лопасти является лонжерон (рисунок 1.10). Он имеет форму носовой части лопасти. В комлевой части лонжерона находится стальной узел крепления лопасти к втулке. Он крепится к лонжерону на болтах и клее. Для статической балансировки лопасти лонжерон имеет торцевую и комлевую балансировочные камеры. В носовой части лонжерона, защищенной от абразивного износа светоозоностойким резиновым покрытием, расположен центровочный груз, залитый в латунную оковку. К задней части лонжерона приклеены хвостовые секции, которые состоят из тонкой стеклопластиковой обшивки и легкого заполнителя, склеенных между собой.

Тип исходных КМ для лонжеронов выбирается в зависимости от летно-технических данных вертолета. Для малонагруженных лопастей вертолетов используется дешевая стеклоткань сатинового переплетения. Для высоконагруженных лопастей используются гибридные КМ на основе высокопрочной стеклоткани, углеродной ленты и технической ткани на эпоксидном связующем.

Рисунок 1.10 — Конструктивно-силовая схема отсека лопасти из композиционного материала вертолета Ка-26, где 1 — резиновое покрытие; 2 стеклопластиковый носок; 3 — оковка; 4 — трубка противообледенителъной системы; 5 — противофлаттерный груз; 6 — лонжерон; 7 — стеклопластиковая обшивка; 8 — сотовый заполнитель; 9 — резиновый вкладыш

Таким образом, композитные лонжероны имеют контурную форму (D-образное сечение), которая совпадает или близка к форме аэродинамического профиля лопасти.

Кроме того, силовым элементом лопасти может быть лонжерон С-образного сечения (рисунок 1.11).