Введение к работе
Несущая система вертолетов является главным агрегатом, который обеспечивает существование вертолета как летательного аппарата, обладающего вертикальными взлётом и посадкой и не требующего специально подготовленных взлетно-посадочных площадок. Именно её безотказное функционирование обеспечивает безопасность полета вертолета во всех ожидаемых условиях эксплуатации, в том числе и на неустановившихся режимах, таких как взлет, разгон, посадка и маневры. Процесс проектирования и обеспечение заданных ресурсов требует наличия расчетных методик и прикладного математического обеспечения для определения нагрузок на агрегаты несущей системы и расчета её динамики, как на стадии проектирования, так и в процессе лётных и сертификационных испытаний.
Расчеты нагрузок на лопастях винтов вертолета на маневренных режимах является одной из важнейших задач проектирования несущих систем вертолета, поскольку высокие напряжения в конструкции лопасти на этих режимах существенно влияют на их ресурс. Для расчёта несущих систем, работающих на таких режимах, используют приближённые методы расчёта, что существенно снижает их надёжность. При расчёте установившихся режимов существующие методики также используют допущения, снижающие точность расчётов.
В связи с этим, задача разработки универсального метода расчёта лопастей несущих винтов вертолёта, позволяющего рассчитывать как установившиеся, так и неустановившиеся режимы полёта (манёвренные, переходные) и получать более точные, по сравнению с существующими методами, результаты, является весьма актуальной.
Целью данной работы является разработка обобщённой методики расчёта лопастей несущего винта вертолёта при сложном нагружении (с учётом кручения лопасти и изгиба в двух плоскостях) в условиях установившихся и неустановившихся режимов полёта, позволяющей существенно повысить точность расчётов.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи:
-
Разработка математической модели несущей системы вертолёта на основании уравнений деформаций лопасти несущего винта.
-
Разработка метода решения задач на определение параметров собственного движения лопасти, возникающих при проектировании несущих систем вертолётов.
-
Разработка метода решения задач вынужденных колебаний лопасти, позволяющих производить её расчёт при любых режимах полёта, в том числе и при неустановившихся.
-
Получения решения для ряда практических задач, возникающих при проектировании несущих систем вертолётов, на основании разработанных алгоритмов расчёта.
Научная новизна
-
Разработана математическая модель несущего винта на основании уравнений деформаций лопасти, отражающая поведение лопастей на установившихся и неустановившихся режимах полёта.
-
Разработан алгоритм расчёта параметров собственного движения лопасти, позволяющий решать задачи с меняющимися во времени граничными условиями.
-
Разработан алгоритм расчёта напряжённо деформированного состояния лопастей, работающих в условиях неустановившихся режимов, позволяющий рассчитывать опасные напряжения, возникающие в конструкции в каждый момент времени.
-
Разработана методика расчёта характеристик несущего винта и его нагружения, с одновременным расчётом всех упругих лопастей, входящих в несущий винт.
Практическая значимость и реализация результатов
Разработанный метод расчёта лопастей несущих винтов вертолёта, позволяет определить величины напряжений и деформаций, возникающих в лопасти, работающей в условиях манёвренных и переходных полётных режимов, а также определять параметры собственного движения лопастей.
Достоверность результатов
Обоснованность научных положений и достоверность полученных результатов подтверждается использованием сертифицированных программных сред (Excel, Visual basic) при разработке алгоритма решения, применением аппарата высшей математики, теоретической механики и теории упругости. Полученные результаты сравнивались с решениями, получаемыми в сертифицированной программной среде MSC Patran/Nastran, с существующими точными решениями, с результатами экспериментальных исследований и решениями других авторов.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы опубликованы в статьях [1] – [4]. Результаты исследования докладывались и обсуждались на молодёжной научной конференции «Гагаринские чтения» (Москва, 2009 г).
