Projeto da pá do rotor principal do helicóptero

As pás do rotor do helicóptero devem ser construídas de forma que, criando a força de elevação necessária, suportem todas as cargas que sobre elas surgem. E eles não apenas resistiram, mas também teriam uma margem de segurança para todos os tipos de imprevistos que possam ocorrer em vôo e durante a manutenção do helicóptero no solo (por exemplo, uma forte rajada de vento, um fluxo de ar ascendente, uma manobra brusca, congelamento das lâminas, giro inepto da hélice após o lançamento do motor, etc.).

Um dos modos de design para a seleção do rotor principal do helicóptero é o modo de subida vertical em qualquer altitude escolhida para o cálculo. Neste modo, devido à falta de velocidade de avanço no plano de rotação da hélice, a potência necessária é grande.

Sabendo aproximadamente o peso do helicóptero que está sendo projetado e especificando o valor da carga útil que o helicóptero terá que levantar, proceda à seleção da hélice. A seleção de um parafuso é reduzida à escolha de tal diâmetro do parafuso e tal número de suas revoluções por minuto, no qual a carga calculada pode ser levantada pelo parafuso verticalmente para cima com o menor consumo de energia.

Sabe-se que o empuxo do rotor principal é proporcional à quarta potência do seu diâmetro e apenas à segunda potência do número de revoluções, ou seja, o empuxo desenvolvido pelo rotor principal depende mais do diâmetro do que do número de revoluções. Portanto, um dado impulso é mais fácil de obter aumentando o diâmetro do que aumentando o número de revoluções. Então, por exemplo, aumentando o diâmetro em 2 vezes, obtemos empuxo 24 = 16 vezes mais, e aumentando o número de revoluções duas vezes, obtemos apenas 22 = 4 vezes mais empuxo.

Conhecendo a potência do motor, que será instalado no helicóptero para colocar o rotor principal em rotação, o diâmetro do rotor principal é selecionado primeiro. Para isso, a seguinte proporção é aplicada:

A pá do rotor principal trabalha em condições muito difíceis. Forças aerodinâmicas agem sobre ele, que o dobram, torcem, rasgam, lutam para arrancar sua pele. Para "resistir" a tais forças aerodinâmicas, a lâmina deve ser forte o suficiente.

Ao voar na chuva, neve ou nuvens em condições favoráveis ​​à formação de gelo, a lâmina torna-se ainda mais difícil de operar. As gotas de chuva, caindo na lâmina em alta velocidade, tiram a tinta dela. Ao aplicar gelo nas lâminas, formam-se acúmulos de gelo, que distorcem seu perfil, interferem em seu movimento de bater e o tornam mais pesado. Ao armazenar um helicóptero no solo, mudanças repentinas de temperatura, umidade e raios solares afetam destrutivamente a lâmina.

Isso significa que a lâmina não deve ser apenas forte, mas também imune à influência do ambiente externo. Mas se apenas isso! Então a lâmina poderia ser toda metálica, cobrindo-a com uma camada anticorrosiva, e o problema estaria resolvido.

Mas há mais um requisito: a lâmina, além disso, também deve ser leve. Portanto, é feito oco. O design da lâmina é baseado em uma longarina de metal, na maioria das vezes um tubo de aço de seção transversal variável, cuja área diminui gradativa ou gradativamente da parte da raiz até a extremidade da lâmina .

A longarina, como o principal elemento de força longitudinal da lâmina, percebe as forças de cisalhamento e o momento de flexão. Nesse aspecto, a operação da longarina da pá é semelhante à de uma asa de avião. No entanto, como resultado da rotação da hélice, as forças centrífugas atuam na longarina das pás, o que não é o caso de uma longarina de asa de aeronave. Sob a ação dessas forças, a longarina da lâmina fica sujeita à tensão.

Os flanges de aço são soldados ou rebitados à longarina para prender o conjunto de potência transversal - nervuras da lâmina. Cada nervura, que pode ser de metal ou madeira, consiste em paredes e prateleiras. O revestimento de metal é colado ou soldado às prateleiras de metal, e o revestimento de madeira compensada ou de linho é colado nas prateleiras de madeira, ou revestimento de madeira compensada é colado ao dedo do pé e o revestimento de linho é costurado na cauda, ​​como mostrado. No nariz do perfil, as costelas são fixadas na longarina dianteira e, na cauda, ​​na longarina posterior. Longarinas servem como membros auxiliares de resistência longitudinal.

A pele que cobre os flanges das costelas forma um perfil de lâmina em qualquer uma de suas seções. O mais leve é ​​o revestimento de linho. No entanto, para evitar a distorção do perfil em decorrência do entortamento da bainha de linho nas áreas entre as nervuras, as nervuras da lâmina devem ser fixadas com muita frequência, cerca de 5-6 cm uma da outra, o que torna a lâmina mais pesada. A superfície da lâmina com uma pele de lona mal esticada parece nervurada e tem qualidades aerodinâmicas baixas, já que seu arrasto é alto. No curso de uma revolução, o perfil de tal pá muda, o que contribui para o aparecimento de vibração adicional do helicóptero. Portanto, o revestimento de linho é impregnado com dope, que, à medida que seca, aperta fortemente o linho.

No revestimento de compensado, a rigidez da lâmina aumenta e a distância entre as nervuras pode ser aumentada em 2,5 vezes em comparação com as lâminas revestidas com lona. A fim de reduzir a resistência, a superfície do compensado é suavemente processada e polida.

Boas formas aerodinâmicas e grande resistência podem ser obtidas fazendo-se uma lâmina oca toda em metal. A dificuldade de sua produção reside na confecção de uma seção transversal variável da longarina, que forma o nariz do perfil. A parte posterior do perfil da lâmina é feita de revestimento de folha de metal, que é soldada nivelada com as bordas dianteiras à longarina, e as bordas traseiras são rebitadas juntas.

O perfil da pá do rotor do helicóptero é escolhido de forma que, com o aumento do ângulo de ataque, a quebra do fluxo ocorra nos maiores ângulos de ataque possíveis. Isso é necessário para evitar estagnar o fluxo na lâmina em recuo, onde os ângulos de ataque são especialmente grandes. Além disso, para evitar vibrações, o perfil deve ser selecionado de forma que a posição do centro de pressão não mude com a mudança do ângulo de ataque.

Um fator muito importante para a resistência e desempenho da lâmina é a posição relativa do centro de pressão e do centro de gravidade do perfil. O fato é que com a ação combinada de flexão e torção, a lâmina fica sujeita a vibração autoexcitada, ou seja, vibração com amplitude crescente (flutter). Para evitar vibração, a lâmina deve ser equilibrada em relação à corda, ou seja, a posição do centro de gravidade na corda deve ser assegurada, o que excluiria o autocrescimento da vibração. A tarefa de balanceamento é reduzida para garantir que o centro de gravidade do perfil da lâmina construída esteja na frente do centro de pressão.

Continuando a considerar as duras condições de operação da pá do rotor principal, deve-se observar que os danos à pele de madeira da pá por gotas de chuva podem ser evitados com o reforço de uma lâmina de metal ao longo de sua borda de ataque.

Descongelar as lâminas é mais desafiador. Se esses tipos de gelo em vôo, como geada e geada, não representam um grande perigo para o helicóptero, então o gelo vítreo, de forma gradual e imperceptível, mas extremamente firme crescendo na lâmina, leva a uma lâmina mais pesada, distorção de seu perfil e , em última análise, a uma diminuição da força de levantamento, o que leva a uma perda acentuada de controle e estabilidade do helicóptero.

A teoria, que existia no passado, de que o gelo devido ao movimento oscilante das lâminas se fragmentaria durante o voo, revelou-se insustentável. O gelo da lâmina começa primeiro na parte da raiz, onde a curvatura da lâmina durante seu movimento de bater é pequena. No futuro, a camada de gelo começa a se espalhar mais e mais em direção ao final da lâmina, desaparecendo gradualmente. Há casos em que a espessura do gelo na parte da raiz chega a 6 mm, e no final da lâmina - 2 mm.

Existem duas maneiras de evitar a formação de gelo.

Primeira via - este é um estudo completo da previsão do tempo na área de vôo, contornando as nuvens encontradas ao longo do caminho e alterando a altitude de vôo para se proteger do vento de gelo, parar o vôo, etc.

A segunda maneira É o equipamento das lâminas com dispositivos anti-gelo.

É conhecida uma gama completa desses dispositivos para pás de helicópteros. Para remover o gelo das pás do rotor pode

um descongelador de álcool, que pulveriza álcool na borda frontal do parafuso, deve ser usado. Este último, misturando-se com a água, diminui sua temperatura de congelamento e evita a formação de gelo.

A retirada de gelo das pás do rotor pode ser realizada por via aérea, que é injetada na câmara de borracha, colocada ao longo da borda frontal do rotor. A câmara de intumescimento empurra uma crosta de gelo, pedaços individuais dos quais são então varridos para longe das pás da hélice por um contra fluxo de ar.

Se a borda principal da lâmina do rotor for feita de metal, ela poderá ser aquecida com eletricidade ou com ar quente passando por uma tubulação que corre ao longo da borda principal do rotor.

O futuro mostrará quais desses métodos terão uma aplicação mais ampla.

Pelas características aerodinâmicas do rotor, o número de pás do rotor e a carga específica na área varrida pela hélice são de grande importância. Teoricamente, o número de pás de hélice pode ser qualquer, de um número infinitamente grande delas, tão grande que acabam se fundindo em uma superfície espiral, como foi assumido no projeto de Leonardo da Vinci ou no helicóptero-bicicleta de I. Bykov.

No entanto, existe um número mais vantajoso de lâminas. O número de pás não deve ser inferior a três, pois com duas pás surgem grandes forças desequilibradas e oscilações do empuxo do rotor. É mostrada a mudança no empuxo do rotor principal em torno de seu valor médio durante uma revolução do rotor para hélices de uma e duas pás. A hélice de três pás já mantém praticamente um valor de empuxo médio ao longo de toda a revolução.

O número de pás da hélice também não deve ser muito grande, pois neste caso cada pá opera em um fluxo perturbado pela pá anterior, o que diminui a eficiência do rotor principal.

Quanto mais pás da hélice, maior a área do disco varrido que ocupam. Na teoria do rotor principal do helicóptero, foi introduzido o conceito de fator de enchimento o, que é calculado como a razão da área total

Para o modo de operação do projeto do rotor principal do helicóptero (elevação vertical), o valor mais vantajoso do fator de preenchimento é 0,05–0,08 (o valor médio é 0,065).

Essa carga é média. Uma pequena carga é chamada de carga na faixa de 9-12 kg / m2. Os helicópteros com essa carga são manobráveis ​​e têm uma alta velocidade de cruzeiro.

Os helicópteros de uso geral têm uma carga média de 12 a 20 kg / m2. Por fim, uma carga pesada, raramente utilizada, é uma carga de 20 a 30 kg / m2.

O fato é que embora a alta carga específica na área varrida forneça uma grande carga útil ao helicóptero, se o motor falhar, tal helicóptero em modo de auto-rotação descerá rapidamente, o que é inaceitável, pois neste caso a segurança do descida é violada.

Afinação de vibração da lâmina

Características de massa elástica da lâmina NV

Características do cubo do rotor principal do helicóptero

Unidades de maquinário