Краткий обзор развития автожира 5 Глава Теория ротора 6
§ 5. О выборе площади и угла установки неподвижного крыла
жүктеу/скачать 0.51 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Глава 4. Устойчивость и балансировка автожира.
- § 2. Управляемость автожира и ротор.
- § 3. Собственная устойчивость автожира.
- § 4. Моменты на головке ротора.
- § 5. Расчет продольной статической устойчивости и балансировка автожира.
- § 6. Поперечная балансировка автожира.
§ 5. О выборе площади и угла установки неподвижного крыла.Неподвижное крыло в автожире играет существенную роль, хотя в принципе и не является необходимым, так гак автожир мог бы летать и без неподвижного крыла - при наличии бокового управления, примером чего может служить французский автожир Лиоре-Оливье (фиг. 34). Постановка неподвижного крыла выгодна прежде всего потому, что качество несущей системы, состоящей из ротора и крыла, выше, чем качество одного ротора. Кроме того при соответствующем подборе площади и угла установки неподвижного крыла можно достичь почти одинаковых оборотов ротора на большом диапазоне полетных режимов. С точки зрения плавности работы ротора на всех полетных режимах и плавности перехода с одного режима на другой постоянство оборотов ротора является желательным, и американские конструкторы автожиров считают его одним из основных соображений при выборе площади и угла установки неподвижного крыла. Если при выборе площади крыла ставить целью получение постоянных (или близких к постоянным) оборотов ротора при возможно большом диапазоне режимов горизонтального полета, то это можно приближенно сделать следующим образом. Число оборотов ротора определяется из уравнения: 
Подставляя в него вместо величины 
Глава 4. Устойчивость и балансировка автожира.§ I. Условия плавной работы ротора.Плавность в работе ротора на всех полетных режимах автожира является необходимым требованием, так как неровности и тряска, передаваясь на остальные части машины, будут влиять на прочность конструкции, регулировку ротора и других деталей. За неимением достаточного эксплуатационного опыта придется пока ограничиться предварительными соображениями об условиях плавной работы ротора. Во-первых, ротор должен быть тщательно сбалансирован так, чтобы относительно своей оси он имел статический момент равным нулю. Так как лопасти ротора крепятся к втулке шарнирно, то балансировку можно производить двумя способами. Первый способ. Балансируют ротор целиком, так же как обычные винты, для чего лопасти крепят к специальной втулке жестко. Втулка насажана на ось, лежащую горизонтально в шариковых подшипниках; лопасти расчаливаются в плоскости вращения. Второй способ. Балансируют лопасти по отдельности, добиваясь того, чтобы они были равного веса и чтобы центры тяжести их находились точно на одинаковых расстояниях от корня. Второй способ наиболее прост в эксплуатации, так как не требует, как первый, специального приспособления и помещения с высоким потолком, Неровность в работе ротора может быть от неодинаковых углов установки лопастей, так как разница в этих углах заставляет лопасти двигаться в разных плоскостях, что вызывает колебания в величине компонентов сил ротора за один оборот. Эти колебания и создают неровность в работе ротора. Принимая это во внимание, в креплении лопастей ротора к втулке должно быть предусмотрено приспособление для точной регулировки угла их установки. При установке лопастей нужно учитывать возможную закрутку лопастей, могущую получиться или при изготовлении их или за счет деформаций. Лопасть в своем креплении к втулке имеет помимо горизонтального шарнира еще и вертикальный, позволяющий ей колебаться в плоскости вращения. Вертикальный шарнир введен с целью избежать изгиба лопасти в плоскости вращения, могущего возникнуть от следующих причин:
устойчивость лопасти в плоскости вращения и плавность работы ротора, так как это расстояние влияет на колебания лопасти около вертикального шарнира. Удачное местоположение вертикальных шарниров для каждой данной конструкции ротора - свое, так как оно зависит от массовой характеристики лопасти, числа лопастей ротора, от того, в какой мере ограничены колебания лопастей какими-либо упругими ограничителями и связаны ли лопасти друг с другом тросами. Американские конструкторы автожиров сообщают9, что они, решая эту задачу экспериментально и математически (решение задачи не опубликовано), пришли к выводу, что плавность в работе ротора зависит от отношения периода собственных колебаний лопасти в поле центробежных сил к периоду оборота ротора. Так, например, для 4-лопастного ротора, имеющего междулопастные растяжки, плавность получается при нечетном отношении. В табл. 10 даны расстояния вертикальных шарниров от оси ротора для некоторых из существующих автожиров. Таблица 10
В целях поглощения усилий в плоскости вращения ротора, могущих возникать при его запуске, при переходе с одного режима на другой и при сильных порывах ветра, междулопастные тросы кренятся не непосредственно к лопастям, а к рычагам демпферов (поглотителей). В 3-лопастпых роторах амортизирующее приспособление помещено около вертикальных шарниров. § 2. Управляемость автожира и ротор.Рассмотрим, каким образом воздействия руля глубины и элеронов передаются на ротор и переводят его плоскость вращения в нужный режим или, вернее, как при подвесных лопастях (шарнирное крепление) плоскость вращения ротора следует за фюзеляжем при наклонах последнего. Возьмем для рассмотрения 4-лопастный ротор. Предположим, что автожир нужно перевести с угла i на больший угол атаки i', для чего рулем глубины создается кабрирующий момент, который будет поворачивать фюзеляж около центра тяжести машины. Плоскость, проходящая через горизонтальные шарниры (нормальная к оси ротора), будет поворачиваться при этом одновременно с фюзеляжем на один и тот же угол. Допасти, расположенные в первый момент воздействия перпендикулярно к фюзеляжу, повернутся вместе с фюзеляжем и изменят кажущиеся углы атаки; лопасть, идущая вперед по движению машины, будет иметь увеличение углов атаки сечений и будет двигаться в новой плоскости, имеющей с траекторией полета угол меньше i, а лопасть, идущая понятно, будет иметь уменьшение углов атаки сечения и будет далее двигаться тоже в новой плоскости. Лопасти же, расположенные вдоль фюзеляжа (фиг. 83), в первый момент воздействия небeдут п § 3. Собственная устойчивость автожира.Благодаря шарнирному креплению лопастей ротора автожиру присуща собственная статическая устойчивость в форме маятниковой устойчивости, проявляющаяся в особенности при крутых спусках. Действительно, результирующая аэродинамических сил всегда проходит через втулку ротора, которую можно рассматривать как точку привеса для всего автожира. Центр тяжести автожира лежит под втулкой, отстоя от нее по высоте довольно значительно (например, у 2-ЭА расстояние между втулкой и ц. т. равно 1,5 м). Колебания, свойственные маятнику, не будут иметь места в автожире; они будут погашаться возникающей на головке ротора восстанавливающей парой благодаря тому, что горизонтальные шарниры крепления лопастей не находятся в центре втулки, а разнесены по бокам ее. На фиг. 83 показано образование восстанавливающей пары, приближенно равной произведению центробежной силы на плечо d-d1 при внезапном отклонении оси ротора. Эта восстанавливающая пара появляется при колебании автожира в любой плоскости, проходящей через ось ротора, и обеспечивает в значительной степени устойчивость автожира, как в продольном, так и в поперечном направлениях. Величина восстанавливающей пары зависит от расстояния е горизонтального шарнира лопасти от оси ротора. Чем больше е, тем больше величина пары и тем больше устойчивость, однако большое расстояние нежелательно, так как это вызывает увеличение веса втулки. Кроме того, большое расстояние горизонтального шарнира от оси ротора приводит к появлению больших моментов на головке ротора при установившемся режиме горизонтального полета10, которые пришлось бы компенсировать рулевыми поверхностями. В существующих автожирах горизонтальные шарниры отстоят от оси ротора на минимальные, на сколько это позволяет конструкция, расстояния. Таблица 11
Необходимо указать еще на одно обстоятельство, важное с точки зрения устойчивости автожира, - это то, что благодаря шарнирному креплению свойственный вращающимся винтам жироскопический эффект в виде опрокидывающих моментов в роторе не проявляется, так как лопасти моментов на машину не передают. Стоит отметить, что автожир менее чувствителен в полете на малых скоростях к порывам ветра, чем самолет, в силу не только своей устойчивости, но и того факта, что относительные скорости, а стало быть, и силы у лопасти ротора изменяются меньше от порыва ветра, чем у крыла самолета, потому что относительные скорости (при одинаковой скорости полета) у сечения лопасти ротора автожира в среднем больше, чем у крыла самолета.
Подсчет этих моментов довольно прост. Обозначим через F проекцию равнодействующей всех сил одной лопасти на направление, параллельное оси ротора при любом угловом ее положении. Тогда, приняв cos ß = l, получим:
Первый член представляет тягу одной лопасти, второй инерционную силу махового движения, а третий вес лопасти. С Подставляя в эти уравнения вместо силы F1 ее выражение (75), заменив в нем предварительно величину  (77)
 (78)
где
 (79)
Величина моментов mz и тx при дачном режиме μ прямо пропорциональна расстоянию горизонтального шарнира e до оси ротора. Для ротора автожира 2-ЭА имеющего расстояние е = 0,08, при режиме μ = 0,5, числовая величина моментов на головке будет: тz = - 25,7 кг/м; тx = 16 кг/м.
 
и
Поперечная сила S направлена в сторону лопасти, идущей вперед по движению машины, т.е. в ту сторону, в которую происходит завал плоскости (вернее, конической поверхности) вращения лопастей на угол  (94)
Поперечная сила будет сносить и кренить автожир вбок. Для уменьшения сноса и крена от поперечной силы ось ротора наклоняют на угол η в сторону, обратную завалу плоскости вращения, т.е. в сторону лопасти, идущей попятно (фиг. 93), наклоняют так, чтобы центр втулки лежал в плоскости симметрии. Величину угла η нужно брать близкой величине угла Поперечная устойчивость в случае бокового скольжения создается благо даря неподвижным крыльям, для чего последние имеют V и отогнутые Концы. У автожиров Питкерна V = 5° и концы отогнуты на 35°; длина отогнутых концов 0,6 м. Отогнутые концы кроме динамической поперечной устойчивости создают дополнительную устойчивость пути, что является не лишним, так как из-за конструктивных затруднений площадь киля на автожире приходится делать небольшой. Боковое управление в автожире осуществляется элеронами. Размеры элеронов для некоторых из существующих автожиров даны в табл. 1.г При горизонтальном моторном полете с малой скоростью и даже крутых планированиях на больших углах атаки благодаря большому скосу потока от ротора элероны еще работают удовлетворительно, но при строго вертикальном спуске (если это позволяет продольная балансировка) или близком к вертикальному эффективность элеронов пропадает из-за отсутствия поступательной скорости Но обычно, как выше указывалось, продольная балансировка делается такой, что автожир может делать крутые, но не вертикальные, спуски и погон) всегда будет иметь поступательную скорость, а, стало быть, и боковое управление. Для достижения хорошей управляемости на режимах крутых и вертикальных спусков на некоторых из последних автожирах осуществлено продольное и боковое управление путем непосредственного наклона оси ротора. Такое управление эффективно при любых относительных скоростях автожира. 
1 "Aerotecnice" № 6, октябрь 1926 г. 2 "Reports and Memoranda" № 1111. 3 "Reports und Memoranda" № 1127. 4 Плоскостью вращения ротора считается плоскость, перпендикулярная оси ротора и проходящая через центр втулки. 5 Режим взят произвольно. 6 Считается, что все силы приложены к центру тяжести автожира и сумма моментов от всех действующих сил равна нулю. 7 Чосалов, Аэродинамический расчет Библиотека авиационного инженера. Самолетостроение, ГИЗ, 1931г. 8 Уменьшать k можно еще путем уменьшения числа лопастей, например, с 4 до 3. Двухлопастные роторы применять не рекомендуется, так как они могут не обеспечить плавной работы ротора 9 Aviation Engineering", 1931, апрель. 10 См. следующий параграф. жүктеу/скачать 0.51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
ее выражение через угловую скорость ротора:
оворачиваться - их плоскость вращения не будет следовать сразу за поворотом головки, и они будут сохранять тенденцию двигаться в старой плоскости вращения; в 
ила F1 проходит через горизонтальный шарнир, и моменты ее относительно осей zz и хх будут:
(76)
значением из (22), а 
из (5) и суммируя по z лопастям, получим средние моменты:
(см. гл. 2). Так как сила S в большей своей доле создается благодаря наклону плоскости вращения вбок на угол