Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время общим направлением при создании новых бесшарнирных втулок несущих винтов (НВ) современных легких и средних вертолетов стала тенденция к полной или частичной замене традиционных металлических шарниров теми или иными упругими элементами, обеспечивающими необходимые перемещения лопастей за счет собственной податливости. К таким упругим элементам относятся упругие торсионы из композиционных материалов (КМ), воспринимающие центробежную силу и заменяющие шарниры. Торсион, являясь главным силовым элементом втулки НВ, представляет собой силовую многослойную балку, которая воспринимает растягивающую нагрузку от центробежной силы, перерезывающие силы и изгибающие моменты в разных плоскостях и обладающая малой крутильной жесткостью. Проблема проектирования широкого класса легких надежных бесшарнирных втулок НВ вертолетов из композиционных материалов с практически неограниченным ресурсом и минимальным обслуживанием в эксплуатации является актуальной темой исследования в современном вертолетостроении. Широкое внедрение новых классов КМ и стремление к расширению их применения в силовых. конструкциях вертолета требует разработки новых универсальных методов расчета оптимального проектирования и методики выбора рациональных конструктивных параметров. Тем самым исключаются ошибки и улучшается качество проектирования. Все это позволит существенно поднять культуру проектирования изделий из КМ, а значит и ресурс.
Цель работы. Разработка расчетного аналитического метода выбора рациональных проектных параметров упругого торсиона из КМ втулки несущего винта вертолета на этапе первоначального проектирования с учетом эксплуатационных расчетных случаев.
Научная новизна.
1. Впервые разработан расчетный аналитический метод оптимального
проектирования и выбора рациональных проектных параметров упругого
торсиона из КМ различного поперечного сечения и конструктивных схем.
Впервые предложена методика расчета величин нагрева слоев резины при различных колебаниях торсиона и анализа влияния теплообразования на усталостное расслоение.
Построена оптимизационная модель определения геометрических, структурных и конструктивных параметров упругого торсиона при определенном его нагружении.
В диссертации на защиту выносятся следующие основные результаты:
Сравнительный анализ НДС и запаса адгезионной прочности слоев при расчете торсионов из КМ различного поперечного сечения;
Расчетно-экспериментальное исследование применения уточненного расчета НДС слоистой балки типа торсион по сравнению с результатами расчета на основе кинематической модели прямой линии;
Экспериментальные исследования поведения упругой линии при нагружении балки с существенно различающейся слоевой жесткостью.
Расчетное исследование влияния учета стеснения депланации сечения многослойной балки на ее напряженно-деформированное состояние;
Расчетное исследование диссипативных характеристик торсионов из КМ различного поперечного сечения при различных видах колебаний;
Расчетное исследование теплообразования в слоях резины торсиона и его влияние на усталостное расслоение.
Практическая ценность. Полученные и использованные в работе алгоритмы оптимального проектирования и выбора рациональных параметров слоистой балки типа торсион могут быть применены на стадии первоначального проектирования торсионной втулки НВ перспективных вертолетов. Результаты исследований позволяют прогнозировать нагруженность, динамические характеристики и ресурс торсионов из КМ различного поперечного сечения и конструктивного исполнения.
Достоверность результатов. Полученные результаты диссертации подтверждаются корректностью постановок задач, решением тестовых аналитических задач с использованием различных теорий, а также сравнение
результатов, полученных аналитическим путем с результатами, полученными при помощи программ МКЭ типа NASTRAN и опытными данными.
Внедрение. Результаты диссертационной работы и расчетный метод выбора рациональных проектных параметров упругого торсиона из КМ различного поперечного сечения втулки несущего винта вертолета с учетом эксплуатационных случаев нагружения были внедрены в учебный процесс по курсу лекций «Конструирование агрегатов вертолетов» на кафедре 102 «Проектирование вертолетов» Московского авиационного института. Получено заключение ОАО «Московский вертолетный завод им. М.Л. Миля» о практической ценности результатов диссертационной работы.
Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на XV и XVI Международном Симпозиуме им. А.Г. Горшкова «Динамические и технологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» (г. Ярополец, 2009-2010 гг.), IX Форуме Российского вертолетного общества, посвященного 100-летию со дня рождения М.Л. Миля и 80-летию МАИ( Москва, МАИ, 2010 г.), Научно-практической конференции молодых ученых и студентов МАИ «Инновации в авиации и космонавтике-2010» ( Москва, МАИ, 2010 г.).
По теме диссертационной работы опубликовано 8 научных работ, из них три работы опубликованы в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов кандидатских результатов.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, 100 рисунков, 30 таблиц, 3 приложений и содержит 200 страниц машинописного текста.
