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 200 об/мин. Указатель оборотов свободной турбины (несуще­го винта) ИТЭ-1 показывает 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 Р_цъ была направлена по оси О\О₂ (см рис. 14). Ось О_ХО₂ 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 Р_Цб 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 р_0В

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 (п_н._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.