Кинематические характеристики несущего винта
Кинематика несущего винта вертолета Ми-8 в принципе не отличается от кинематики несущего винта вертолета Ми-4. Несущий винт вертолета Ми-8, как и винт вертолета Ми-4, имеет шарнирную подвеску лопастей. На всех режимах полета лопасти совершают колебания вокруг шарниров, конус вращения несущего винта заваливается назад и вправо. Предусмотрен регулятор (компенсатор) взмаха. В кинематике несущего винта вертолета Ми-8 есть некоторые особенности.
I. Данные трансмиссии вертолета Ми-8
Свободная турбина двигателя не имеет кинематической связи с турбокомпрессорной частью двигателя, обе турбины приводятся в движение потоком горячих газов, поступающих из камеры сгорания.
Турбина компрессора развивает обороты от минимальных 13 550 об/мин (на малом газе) до максимальных 21400 об/мин (на взлетном режиме при высокой температуре). Обороты компрессора измеряются двухстрелочным указателем оборотов компрессоров двигателей ИТЭ-2. Указатель устанавливается отдельно на левой и правой панелях досок приборов в кабине пилотов. Шкала прибора градуируется в процентах оборотов турбокомпрессора от 0 до 100%. За 100% принимаются обороты турбокомпрессора 21 200 об/мин, тогда цена одного процента составит 212 об/мин. Следовательно, минимальные обороты турбокомпрессора на малом газе по указателю составят 64%, максимальные допустимые обороты на взлетном режиме—101%.
Номинальные обороты турбины винта 12 000 об/мин. На малом газе она развивает обороты 5400—7900 об/мин. Максимально допустимые обороты кратковременно на малом газе Ао 200об/мин. Указатель оборотов свободной турбины (несущего винта) ИТЭ-1показывает обороты в процентах.
Номинальные обороты свободной турбины 12 000 об/мин соот-твуют по указателю ИТЭ-1 95,3% (практически принято /о). Цена одного процента составляет 126 об/мин. Тогда ми-имальные обороты свободной турбины на малом газе по ука-ателю составят 45+10%, максимальные допустимые кратко->еМенно—105%. Указатель оборотов свободной турбины
(винта) ИТЭ-1 ставится.на левой и правой панелях приборной доски пилотов.
п~Ш4 об/мин п=2589 об/мин |
п^192 об/мин^ п~60Ш об/мин, * 12000 об/мин |
Рис. 13. Данные трансмиссии вертолета Ми-8 |
Главный редуктор снижает обороты свободных турбин а входных валов к валу несущего винта и к хвостовому валу, а также к приводу вентилятора. Полное передаточное отношение валов редуктора (относительно входных валов редуктора) к вЯ лу несущего винта составляет 0,016, т. е. главный редуктор уменьшает обороты вала несущего винта по сравнению с .обо-!
ротами свободных турбин и входных валов в 62,5 раза. Тогда фактические номинальные обороты несущего винта составят 12 000:62,5=192 об/мин, минимальные обороты на малом газе составят 9.0+20, максимально допустимые кратковременно — 212 об/мин (рис. 13). Полное передаточное отношение к хвостовому валу составит 0,2158, т. е. обороты хвостового вала уменьшаются по сравнению с оборотами входных валов в 4,64 раза, тогда номинальные обороты хвостового вала составят 12 000: : 4,64=2589 об/мин.
Промежуточный редуктор не изменяет обороты концевого вала, а лишь изменяет его направление на 45°.
Хвостовой редуктор имеет передаточное отношение 23/58 = = 1 : 2,304, т. е. обороты хвостового винта этим редуктором уменьшаются по сравнению с оборотами хвостового и концевого валов в 2,304 раза, тогда номинальные обороты хвостового винта составят 5589 : 2,304= 1124 об/мин.
Итак, номинальные обороты свободных турбин и входных валов Г2 000 об/мин, несущего винта 192 об/мин, хвостового и концевого валов 2589 и хвостового винта 1124 об/мин соответствуют 95% на указателе оборотов свободных турбин (несущего винта) ИТЭ-1. Указанные обороты всей трансмиссии поддержи-
я на всех режимах полета автоматически регулятором обо-РО-40ВР.
Шарниры лопасти
Горизонтальный шарнир. Лопасти вертолета Ми-8 имеют го-изонтальные шарниры такого же назначения, как и у вертолета Ми-4. Возможный максимальный угол взмаха лопасти вверх (верхний упор Г. Ш) — 25°, угол свеса при упоре на скобу (нижний упор Г. Ш) —4° ниже плоскости вращения. Угол свеса при упоре на собачку центробежного ограничителя свеса — 1°40/ ниже плоскости вращения. Центробежный ограничитель овеса
Рис. 14. Схема расположения шарниров:
о—смещение середины проушины ГШ; б—разнос ГШ; в—разнос ВШ; М, Н—подшипники ГШ; «у—угол поворота ГШ; Р^§—центробежная сила лопасти; X—лобовое сопротивление лопасти; ^—равнодействующая сила лопасти; о—угловая скорость
вращения
срабатывает при разгоне несущего винта на оборотах 56% по указателю оборотов несущего винта, при торможении — на оборотах 42%. Разнос горизонтальных шарниров — 220 мм.
Середины проушин горизонтального шарнира корпуса втулки несущего винта смещены от радиального направления вперед по вращению на некоторое расстояние а (рис. 14), которое для вертолета Ми-8 составляет 45 мм. Кроме того, угол между осью горизонтального шарнира и продольной осью лопасти при ее радиальном положении сделан меньше 90° на определенный угол, который называется углом поворота горизонтального шарнира. тот угол обычно выбирается равным среднему углу отставания лопасти на основных режимах работы несущего винта и для вертолета Ми-8 выбран равным б'Ч'Ш». Расстояние а и угол.-у выбраны такими, чтобы на основных режимах полета равнодей-^вующая сила лопасти Я от сил лобового сопротивления X и Центробежной силы лопасти Рцъ была направлена по оси О\О2 (см рис. 14). Ось ОХО2 расположена посередине проушины го-
ризонтального шарнира и направлена под прямым углом к оси горизонтального шарнира. Такое направление равнодействующей силы /? обеспечивает равномерное распределение нагрузки между опорными подшипниками горизонтального шарнира (М и Я), и уменьшает усилие на упорные подшипники того же шарнира и тем самым повышает их надежность в работе и увеличивает срок службы.
Наличие угла поворота горизонтального шарнира, равного углу отставания, приводит к тому, что хорды лопасти будут параллельны оси горизонтального шарнира, и при маховых движениях лопасти вокруг горизонтального шарнира установочный угол не будет меняться в направлении, обратном его изменению за счет регулятора взмаха. Отсутствие этого угла может приводить к нарушению устойчивости маховых движений и возможности ударов об упоры горизонтального шарнира.
Регулятор взмаха. Лопасти совершают маховое движение вокруг горизонтальных шарниров как за счет циклического изменения шага несущего винта, так и за счет несимметричного поля скоростей и аэродинамических сил по ометаемой винтом поверхности в поступательном полете. Маховое движение лопастей вокруг горизонтальных шарниров за счет циклического изменения шага приводит к завалу конуса вращения по воле пилота в сторону отклоненной ручки управления. За счет же самостоятельных маховых движений лопастей вокруг горизонтальных шарниров в поступательном полете конус вращения несущего винта и его аэродинамическая сила заваливаются назад и влево Такой завал не желателен. Поэтому для вертолета Ми-8, как и для других вертолетов, предусмотрен регулятор (компенсатор) взмаха с характеристикой 0,5. За счет наличия регулятора взмаха, одновременно со взмахом вокруг горизонтального шарнира,, лопасть совершает колебания вокруг осевого шарнира, т. е. происходит изменение установочного угла лопасти: при взмахе вверх установочный угол уменьшается, при взмахе вниз •—увеличивается. При этом изменение установочного упла Дер будет равно произведению угла взмаха на характеристику регулятора взмаха Дф = |3-/(. Регулятор взмаха преодолевает инерцию лопастей в их маховом движении, тем самым изменяет направление самостоятельного завала конуса вращения и его аэродинамической силы: теперь они заваливаются назад и вправо. Завал вправо порождает боковую силу, -которая и уравновешивает тягу хвостового винта, действующую влево. В этом заключается основное назначение регулятора взмаха. Кроме того, регулятор взмаха ограничивает величину маховых движений лопастей вокруг горизонтальных шарниров и завал конуса вращения, более точно перераспределяет подъемную силу по ометаемой поверхности и улучшает переход несущего винта на режим самовращения.
Инерционный момент втулка за счет разноса ГШ. Когда конус вращения несущего винта не завален, то центробежные
силы лопастей действуют параллельно основанию конуса вращения и, следовательно, строго по плоскости вращения, так как эти плоскости параллельны между собой. В этом случае центробежные силы момента на втулке не создают (рис. 15).
При завале конуса вращения ручкой циклического шага или
самостоятельном завале за счет косой обдувки в поступательном
полете на втулке винта создается момент от центробежных сил
лопастей, действующий в
сторону завала конуса вра
щения. При наличии завала
конуса вращения п\ (см.
рис. 15,6) центробежные
силы лопастей РЦб будут
направлены параллельно
плоскости основания конуса
и между ними образуется
плечо С. За счет этого пле
ча появится момент на
втулке, равный по-величине
Л^вт.гш =Рцб*С. Чем боль
ше разнос горизонтальных
шарниров и завал конуса
вращения, тем будет боль
ше момент втулки. Указан
ный момент будет ПРОДОЛЬ- Рис- 15- Инерционный момент втулки
-7 г за счет разноса горизонтальных шарни-
ным, если происходит завал р0В
конуса вращения в продольной плоскости, как это доказано на рис. 15. Этот момент направлен © сторону завала конуса — назад и является кабрирую-щим. Момент будет поперечным, если завал конуса будет в поперечной плоскости.
Инерционный момент втулки появляется при отклонении пилотом конуса вращения ручкой управления, и так как он действует в сторону завала конуса, то способствует управлению, придавая ему определенную эффективность.
Конус вращения несущего винта в поступательном полете всегда завален вправо для уравновешивания тяги хвостового винта, поэтому вправо всегда направлен инерционный момент втулки, он и порождает правый крен вертолета при полете без скольжения.
Инерционный момент втулки также будет появляться при нарушении равновесия вертолета относительно конуса вращения в любом режиме полета, тогда этот момент будет демпфирующим и будет препятствовать дальнейшему нарушению равновесия, обеспечивая некоторую статическую устойчивость вертолета как в продольном, так и в поперечном направлениях.
Вертикальный и осевой шарниры. Лопасти вертолета Ми-8, кроме горизонтальных, имеют вертикальные и осевые шарниры.
По вертикальному шарниру лопасть может перемещаться в плоскости вращения вперед на 13° (передний упор ВШ) и назад на 11° (задний упор ВШ) от перпендикуляра к оси горизонтального шарнира (см. рис. 14).
В отличие от вертолета Ми-4 вертикальные шарниры вертолета >Ми-8 имеют гидравлические демпферы. Гидравлические демпферы имеют более стабильные характеристики, меньший вес. Они проще в обслуживании и эксплуатации по сравнению с фрикционными демпферами. Вертолет с гидравлическими демпферами вертикальных шарниров меньше подвержен «земному резонансу» ввиду того, что у таких демпферов момент трения не остается постоянным, как у фрикционных, а растет с ростом амплитуды колебаний лопастей по вертикальным шарнирам.
Разнос вертикальных шарниров 507 мм.
Осевые шарниры лопастей позволяют изменять установочные углы их для изменения подъемных сил. Установочные углы меняются у всех лопастей на одну и ту же величину изменением общего шага несущего винта. Они меняются беспрерывно за счет циклического изменения шага винта, а также под действием регулятора взмаха.
3. Устранение несоконусности вращения лопастей несущего
Винта
После установления всем лопастям, несущего винта одинаковых установочных углов в процессе предварительной регулировки, при работе винта может оказаться, что не все лопасти описывают одинаковый конус, т. е. получается так называемая «несоконусность» лопастей.
Соконусность лопастей может быть лишь в том случае, если все лопасти имеют исключительно одинаковые геометрические, кинематические, аэродинамические и массовые характеристики, если у лопастей одинаковая жесткость, одинаковые центровки и т. д. Так как даже при самом тщательном изготовлении лопастей невозможно добиться одинаковых указанных характеристик, то каждая из них и будет описывать свой собственный конус. Следовательно, получится не один общий конус вращения несущего винта, а количество конусов будет соответствовать числу лопастей.
При наличии соконусности лопастей равнодействующая аэродинамических сил несущего винта будет проходить через ось вращения. При наличии несоконусности лопастей равнодействующая аэродинамических сил винта будет смещена в сторону от оси вращения. Это вызовет тряску всего вертолета не только в поступательном шюлете, когда винт будет иметь косую обдувку, но и на вертикальных режимах полета при наличии только осевого обтекания (прямой обдувки).
Проверке соконусности и устранению несоконусности пред-
шествует предварительная установка корпусов осевых шарниров при регулировке управления вертолетом-путем установления одинаковой длины вертикальным тягам автомата перекоса и отгиб пластин закрылков. Вертикальные тяги автомата перекоса должны иметь длину 380±5 мм, а закрылки должны быть отклонены вниз от нижней поверхности лопасти на 8+2° для лопастей 8АТ-2710-00 и 0+2° для лопастей РП-2700-0О, установленных на вертолете серии МЭ.
Замер углов отгиба пластин производится специальным угломером. Отгиб пластин производится специальной обоймой.
Проверка и устранение несоконусности производится в тихую безветренную погоду. Если вертолет не пришвартован, то запуск двигателей и работа их на режимах выполняются только пилотом.
Проверка соконусности и устранение несоконусности лопастей несущего винта вертолета Ми-8 производятся следующим образом.
1. Подготовить специальную установку 8АТ-9937-00 для про
верки соконусности несущего винта и на койце ее удлинителя
закрепить лист белой плотной бумаги размером 594X841, свер
нутый рулоном. Окрасить кисточки законцовок лопастей цвет
ными красками; каждую лопасть разным цветом. Кисточки слу
жат для предохранения стекол контурных огней от ударов о бу
магу.
2. Запустить и прогреть двигатели на малом газе. Затем ус
тановить режим двигателям: общий шаг 4° по указателю, оборо
ты несущего винта по указателю 70%. Отрегулировать длину
шеста так, чтобы середина листа бумаги находилась на уровне
концов лопастей несущего винта. Подвести шест к вращающе
муся несущему винту так, чтобы кисточки лопастей коснулись
бумаги, и отвести шест. Остановить двигатели.
3. Измерить расстояние на бумаге между отпечатками ло
пастей и произвести соответствующее регулирование. Допусти-
мый разброс отпечатков лопастей не должен превышать 15 мм.
Лопасть, отпечаток которой-расположен на бумаге выше сред
него отпечатка^ имеет больший установочный угол и большую
подъемную силу, поэтому необходимо уменьшить ее установоч
ный угол путем уменьшения длины тяги — укоротить ее. Ло
пасть, отпечаток которой расположен на бумаге ниже среднего
отпечатка, имеет соответственно меньший установочный угол и
подъемную силу, необходимо тягу этой лопасти удлинить. Один
оборот тяги управления лопастью по резьбе в верхней вилке тя
ги изменяет установочный угол лопасти на 26', что изменяет вы
соту движения конца лопасти примерно на 50 мм. Поворот же
тяги на одну грань (1/6 оборота) вызывает изменение высоты
движения конца лопасти на 7—8 мм.
4. После регулирования изменением длин тяг управления ло
пастями опять запустить двигатели и на том же режиме (пн.в.=
= 70%, общий шаг 4°) проверить соконусность лопастей. Разброс лопастей не должен превышать 15 мм.
5. Добившись соконусности лопастей на оборотах несущего винта 70%, необходимо проверить соконусность на других оборотах, так как полученная соконусность н-а одних оборотах несущего винта может перейти в несоконусность на других оборотах. Объясняется это тем, что лопасти винта не являются абсолютно жесткими, и они от действия аэродинамических и инерционных сил подвергаются не только изгибу, но и кручению. Кручение же лопасти во время ее изгиба происходит потому, что центр тяжести и центр давления лопасти не всегда совпадают с центрами жесткости ее. Весовой балансировкой конструктор добивается совпадения центра тяжести с центром жесткости, или допустимого расстояния между ними. Местоположение же центра давления непостоянно и зависит в основном от величины углов атаки. Поэтому перейдя на другие обороты, изменившиеся моменты вокруг продольной оси лопасти будут закручивать отдельные лопасти на увеличение или уменьшение установочных углов. Это приведет к изменению углов атаки, подъемной силы и образованию другого конуса вращения этой лопасти.
После того как будет достигнута соконусиость на оборотах 70%, необходимо, не меняя величину общего шага (4°), увеличить обороты несущего винта при помощи корректора газа до 85% по указателю и проверить соконусность таким же образом. Здесь отпечатки на бумаге будут другими по сравнению с их отпечатками при удовлетворительной соконусности на оборотах 70% (размыв 15 мм). Лопасть, ушедшая от среднего положения вверх, имеет увеличенный установочный угол за счет закрутки ее кабрирующим моментом. Уменьшить кабрирующий момент этой лопасти необходимо отгибом аэродинамической пластины лопасти вниз. Лопасть, ушедшая от среднего положения вниз, имеет меньший установочный угол за счет закрутки пикирующими моментами. На этой лопасти надо увеличить кабрирующий момент отгибом аэродинамической пластины вверх. Отгиб пластины на 2° изменяет высоту отпечатка на бумаге при оборотах несущего винта 85% приблизительно на 40—50 мм.
Отгиб аэродинамических пластин (закрылков) вверх или вниз вызывает соответствующий подъем или опускание плоскости вращения концов лопастей, которые могут оказаться различ-нЫхМИ для разных оборотов несущего винта, один и тот же по величине отгиб закрылков вызывает незначительное перемещение плоскости вращения лопасти при оборотах несущего винта 70% и существенно больше при оборотах 85%. Задача заключается в том, чтобы установить такие отгибы пластин, при которых концы различных лопастей на всех оборотах будут вращаться в параллельных плоскостях. При этом разброс отпечатков на бу-
маге должен оставаться одинаковым и не выходить из нормы (15 мм) как на оборотах 70%, так и на оборотах 85%.
6. После достижения соконусности на оборотах несущего
винта 85% снова проверить соконусность при оборотах 70%. На
этом режиме добиться соконусности изменением длины тяг уп
равления.
7. Снова проверить соконусность при оборотах несущего вин
та 85%. На этом режиме добиться соконусности при помощи от
гиба аэродинамических пластин (закрылков). Таким образом,
устранения несоконусности добиваются последовательным сбли
жением конусов вращения отдельных лопастей при работе не
сущего винта на оборотах 70% изменением длины тяг управле
ния лопастями и путем изменения положения аэродинамических
пластин при работе винта на оборотах 85%. При наличии до
статочного опыта для сокращения числа запусков двигателей
обе эти операции производятся одновременно.
Окончательно установленные регулировочные данные по длинам тяг и углам отклонения аэродинамических пластин фиксируются в паспорте комплекта лопастей с указанием номера вертолета, на котором производилось регулирование.
Изложенный здесь порядок определения и устранения несоконусности необходимо применять при установке на вертолет •нового комплекта лопастей. Если лопасти эксплуатировались на другом вертолете, то начальные длины тяг управления и отгиба пластин должны соответствовать данным, записанным в паспорте комплекта при его регулировке на другом вертолете. При регулировке такого комплекта достаточно добиться соконусности изменением длины тяги на оборотах винта 70%. Если же при опробовании двигателей на других режимах ощущается повышенная вибрация вертолета по сравнению с обычной вибрацией, то такой комплект лопастей необходимо регулировать как новый.