Комплекс конструкторских разработок "Сызрань-3"
|
Библиотека
|
Мускулолет вертолетного типа «Сызрань-2»
Несущий винт
При проектировании несущего винта мускулолета авторы столкнулись с тремя основными проблемами: обеспечение жесткости с одновременным снижением массы лопасти, а также повышение КПД винта. На основе собственных расчетов и экспериментальных исследований, для каждой из названных проблем были предложены решения.
Рис. 1. Расположение несущих винтов
Для решения вопроса увеличения КПД винта (с одновременным отказом от использования рулевого винта) было предложено соосное расположение двух или четырех винтов, ометаемые площади которых не пересекаются и представляют собой кольца (рис. 1). В ходе проектирования несущего винта был проработан вариант с двумя винтами. Верхний винт – меньшего диаметра (рис. 2), во избежание ухудшения условий работы нижнего винта под вращающейся балкой винта большего диаметра (рис. 3).
Рис. 2. Общий вид лопасти нижнего винта Рис. 3. Общий вид лопасти верхнего винта
Коэффициент заполнения σ
Величина σ выбирается в пределах 0,03 — 0,08. Уменьшение σ сверх указанных пределов невыгодно, так как с уменьшением площади лопасти для создания необходимой подъемной силы потребуется увеличить угол установки лопасти.
Увеличение σ более 0,08 за счет увеличения площади лопасти или числа лопастей также невыгодно, так как это снижает КПД несущего винта.
В нашем случае необходимо максимально уменьшить вес лопасти и добиться минимальных потерь в КПД, поэтому принимаем σ = 0,05.
Количество лопастей несущего винта
Наиболее выгодными несущими винтами, удовлетворяющими требованиям уравновешенности и обладающими достаточно хорошим коэффициентом полезного действия, являются трехлопастные и четырехлопастные воздушные винты. Уменьшение числа лопастей приводит к неуравновешенности винта и вследствие этого к вибрациям конструкции вертолета.
Вследствие большого диаметра винта, для облегчения массы лопасти принимаем четырехлопастной винт, так как его лопасти будет иметь меньшую площадь, а, следовательно, меньшие размеры и массу, по сравнению с трех- или двухлопастным винтом.
Форма лопастей в плане
Наиболее распространены лопасти трапециевидной формы с сужением ее к концу. Такая форма лопасти является наиболее выгодной. Хорда ее у комля примерно в 2 раза больше хорды на конце. Несмотря на то, что влияние формы лопасти на величину тяги сравнительно с влиянием других параметров невелико, для облегчения массы принимаем трапециевидную форму лопасти.
Геометрическая крутка лопасти
Обычно лопасти несущих винтов вертолетов имеют отрицательную линейную крутку, так что у комля они работают на больших углах атаки. Это дает более равномерное распределение аэродинамических сил вдоль лопасти и уменьшает индуктивные потери несущего винта, вызываемые неравномерностью распределения потока. Недостаточная эффективность малой окружной скорости комля по сравнению с окружной скоростью конца лопасти частично компенсируется увеличением коэффициента подъемной силы cy за счет увеличения угла атаки α и за счет большей величины хорды лопасти. Принимаем отрицательную линейную крутку лопасти с изменением угла атаки α с 10° у комля лопасти до 8° у конца лопасти.
Для облегчения изготовления и транспортировки лопастей было принято решение изготавливать сборные лопасти.
Таблица 1
Физические свойства материалов для изготовления каркаса лопасти
| Материал | Плотность, кг/м3 | Модуль упругости, МПа |
| Углепластик | 1 400 | 14 600 |
| Алюминий | 2 710 | 71 000 |
| Дерево | 600 | 9 000 |
| Магниевый сплав | 1 800 | 45 000 |
Из таблицы 1 видно, что наилучшими свойствами обладают магниевые сплавы. Однако, достать магниевые трубы достаточно сложно. Исходя из имеющихся возможностей, выбираем материал для изготовления каркаса – алюминиевые сплавы.
Каркас лопасти состоит из несущей балки и нервюр.
Нервюры имеют квадратные отверстия, в которые вставляется несущая балка при сборке. Они располагаются через равные интервалы в 0,25 м по всей длине сектора.
Сечения несущих балок были выбраны исходя из максимально возможного размера отверстий в промежуточных ребрах жесткости.