Колин Милл. Практическая теория.
Извините за долгое отсутствие, он вот, наконец, последняя часть моего перевода.
В последних статьях мы рассмотрели, как осуществляется циклическое управление по крену и тангажу и как системы Хиллера и Белла-Хиллера позволяют смягчить реакцию вертолета. Мы увидели, что для свободно машущих лопастей максимальный циклический шаг должен быть приложен за 90° до требуемой верхней точки взмаха. Другими словами, для ротора, вращающегося по часовой стрелке, крен вправо вызывается максимальным шагом лопасти над хвостовой балкой, а пикирование – максимальным шагом на отступающей стороне ротора.
В прошлом выпуске я отметил (при рассмотрении полета вперед), что разнос горизонтальных шарниров и жесткость демпферов влияют на маховое движение лопастей, что может привести к возникновению кренящего момента при горизонтальном полете. Разнос шарниров и демпферы влияют и на реакцию вертолета на циклическое управление. Это приводит к тому, что верхняя точка взмаха достигается раньше, т.е. менее чем через 90° после точки максимального циклического шага.
Здесь видно, что происходит, если мы продолжаем прикладывать циклическое управление за 90° до требуемого движения. Обратите внимание, что команда для крена вправо теперь в дополнение вызывает пикирование. Чтобы справиться с данной ситуацией, система управления должна вводить циклическое управляющее воздействие в более поздней точке вращения. Этого можно достичь поворотом тарелки автомата перекоса в направлении вращения ротора. Введение такого запаздывания циклического управления скорректирует реакцию на управление как показано ниже.
Ошибки фазы и система управления.
Системы Хиллера и Белла-Хиллера обладают эффектом уменьшения таких фазовых сдвигов циклического управления, поэтому в большинстве вертолетов не предусмотрено вращения тарелки автомата перекоса. Сервоось системы управления свободно качается и подвешена на оси основного вала (что эквивалентно нулевому разносу горизонтальных шарниров), поэтому она не подвержена такого рода фазовым ошибкам. В системе Хиллера циклическое управление на лопасти подается непосредственно с сервооси, поэтому любая тенденция к неправильному поведению (например, задирание или опускание носа при команде крена) подавляется. Это происходит потому, что любой угол между плоскостью вращения лопастей и сервооси вызывает ввод корректирующего циклического воздействия на лопасти, что заставляет их следовать за сервоосью. Если при команде на крен лопасти будут стремиться наклонить нос вниз, то это стремление будет скомпенсировано вводом противоположного циклического воздействия от сервооси. То же самое происходит и в системе Белла-Хиллера, но из-за того, что часть управляющего воздействия берется непосредственно с тарелки автомата перекоса, степень подавления фазовых ошибок ниже. Если механика позволяет, то постоянная ошибка фазы может быть устранена поворотом тарелки, как отмечалось выше.
Влияние конструкции лопастей
Это довольно-таки сложная тема и здесь я рассмотрю только несколько моментов, таких как расположение центра тяжести, или, точнее, центра вращения, расположение вертикального шарнира (т.е. отверстия под болт) и жесткость лопастей.
Центр вращения
В одной из прошлых статей мы коснулись вопроса о силах, которые определяют угол конусности, а сейчас имеет смысл рассмотреть эти силы подробнее. На рис. 3 показано распределение сил вдоль лопасти. Из-за того, что большая часть подъемной силы создается на быстро движущейся внешней части лопасти, эта сила действует так, как будто приложена к точке на расстоянии 80% длины лопасти от основного вала. Лопасть поднимается на угол конусности до тех пор, пока подъемная сила не будет скомпенсирована перпендикулярной к лопасти компонентой центробежной силы. Центробежная сила действует не в центре тяжести, а в точке, называемой центром вращения (ЦВ). Центр вращения отличается от центра тяжести: при воздействии центробежной силы, масса у оси вращения движется медленнее и вносит меньший вклад, чем масса ближе к концу лопасти. У лопасти, однородной по всей длине, ЦВ находится в 58% от длины лопасти. Добавление груза на конец лопасти выдвигает ЦВ еще дальше. Добавление 25-граммового груза к 70-гаммовой лопасти приведет к смещению ЦВ до точки 70% от длины лопасти. Центр тяжести же будет находиться примерно на 62%.
Рассматривая ЦВ с точки зрения его положения на хорде лопасти, предположим, что лопасть сделана из материала однородной плотности. ЦТ такой лопасти будет располагаться на хорде примерно в 35% от передней кромки. Если лопасть однородна по всей длине (т.е. без грузов), то положение ЦВ на хорде совпадает с ЦТ. Профиль лопасти около передней кромки создает большую подъемную силу, чем около задней и вследствие этого центр подъемной силы (ЦПС) находится всего на 25-м проценте хорды от передней кромки.
Распределение сил на хорде однородной лопасти
На рис. 4 показан вид с конца лопасти. Обратите внимание, что ЦВ лежит позади центра подъемной силы. Подъемная сила, действующая в своей условной точке центра, уравновешивается направленной вниз составляющей центробежной силы, действующей в точке центра вращения. Расстояние между точкой приложения подъемной силы и точкой ЦВ вызывает скручивающее усилие или пару сил, которые стремятся выгнуть переднюю кромку вверх и тем самым увеличить угол атаки. Если лопасть подвержена скручиванию, то увеличение подъемной силы будет еще более резко выражено из-за увеличения коэффициента подъемной силы вследствие скручивания лопасти вверх. Такое взаимодействие между подъемной силой и скручиванием может вызвать колебания, называемые флаттером: при этом конец лопасти входит в сильные крутильные колебания, которые могут сделать вертолет неуправляемым или разрушить структуру лопасти.
Для предотвращения флаттера ЦВ должен быть перенесен в точку центра подъемной силы или перед ней. Для этого деревянные лопасти делаются с использованием твердой древесины в передней кромке и бальзы – в задней. Груз, добавленный к передней кромке, переносит ЦВ еще больше вперед. Груз, установленный у конца лопасти, оказывает большее влияние, чем установленный у комля, т.о. грузы в передней кромке на концах лопастей могут значительно вынести ЦВ вперед на хорде относительно ЦТ.
На рис. 5 показано как при добавлении груза в переднюю кромку ЦВ смещается вперед перед центром подъемной силы. Теперь крутящее усилие направлено в обратную сторону и стремится уменьшить угол атаки. Т.о. увеличение подъемной силы будет сопровождаться скручиванием лопасти вниз, уменьшая коэффициент подъемной силы. Это смягчает изменения подъемной силы и предотвращает флаттер. На практике же флаттер прекращается и при расположении ЦВ недалеко позади от ЦПС. Чем более устойчива лопасть к кручению, тем дальше они могут быть размещены.
Нагрузка на систему управления
Интересно рассмотреть моменты, которые лопасти прилагают к шарнирам, потому что эти моменты должны быть скомпенсированы системой управления и, в конце концов, сервомашинками, особенно – сервомашинкой коллективного шага. Здесь конструкция головки ротора оказывает огромное воздействие на поведение конкретного набора лопастей. Сначала мы исключим из рассмотрения угол запаздывания. Разберем ситуацию с лопастями без грузов.
Рис. 6. Лопасть без груза с крепежным отверстием, находящимся на линии ЦВ.
На рис 6. мы видим, что если отверстие для болта (которое работает как вертикальный шарнир) находится на одной линии с центром вращения, расположенным примерно на 35-м проценте хорды, то центр подъемной силы будет лежать перед осью осевого шарнира. Т.о. подъемная сила вызывает момент, стремящийся увеличить угол атаки. При наличии люфтов в тягах коллективного шага это может вызвать довольно резкую реакцию на изменение шага.
Рис. 7. Лопасть с грузом в передней кромке конца лопасти.
На рис. 7 ЦВ был смещен вперед и к концу лопасти добавлением груза в переднюю кромку. Теперь центр подъемной силы находится позади оси осевого шарнира и вызывает момент, стремящийся уменьшить угол атаки. Это сглаживает эффект от люфта тяг и дает более мягкую реакцию на управление коллективным шагом.
Рис. 8. Лопасть без груза с крепежным отверстием, перенесенным к задней кромке.
На рис. 8 видно, что ЦВ обычно лежит ближе к комлю, чем ЦПС. Перемещение крепежного отверстия ближе к задней кромке отклоняет лопасть назад, а также перемещает назад ЦПС. Обратите внимание на рис. 7, где добавление груза смещает ЦВ к концу лопасти в направлении центра подъемной силы. Это делает перенос крепежного отверстия менее эффективным, чем на лопасти без груза.
Рис. 9. Влияние угла запаздывания на расстояние между осью осевого шарнира и центром подъемной силы.
Теперь нужно рассмотреть эффект от угла запаздывания. Этот угол вызывается моментом, передаваемым головкой ротора на лопасти через вертикальный шарнир. Из рис. 9 видно, что угол запаздывания перемещает ЦПС назад относительно оси осевого шарнира и т.о. производит момент, стремящийся наклонить переднюю кромку вниз вокруг осевого шарнира. Угол запаздывания изменяется от нуля (или слегка отрицательного) во время авторотации до своего максимального значения при большой нагрузке (высоких перегрузках), особенно если обороты ротора (и т.о. центробежная сила) малы. Здесь начинает оказывать влияние конструкция ротора, потому что угол запаздывания зависит от расстояния между вертикальными шарнирами. Чем больше это расстояние, тем меньше угол запаздывания (см. рис. 10).
Подводя итоги, распределение массы внутри лопасти важно, потому что сочетание заднего ЦВ и большой гибкости на кручение делает лопасть подверженной флаттеру. Однако слишком передний ЦВ может вызвать большую нагрузку на сервомашинку коллективного шага. Это особенно проявляется при небольшом расстоянии между вертикальными шарнирами, которое вызывает большой угол запаздывания при подъеме или маневрах с большими перегрузками.
Как новый русский: читал Ваш перевод. Много думал.
Заткнулся на Этом:
Вертикальное движение лопастей уменьшает угол атаки при подъеме лопасти (на наступающей стороне) и увеличивает его при спуске лопасти. При свободно совершающих маховые движения лопастях изменение угла атаки возникает естественным образом и не требует специальной конфигурации головки ротора. Такое циклическое изменение угла атаки устраняет дисбаланс в подъемной силе отступающей и наступающей сторон.
[/quote]
Не могу представить как это может быть. 😃
Может у кого нибудь есть доходчивое объяснение
МОДЕРАТОР:
Автор - не отвечает , АВТОР - переводит.
Прошу - задавать вопросы, в тематической ветке или в иных разделах форума.
МОДЕРАТОР:
Автор - не отвечает , АВТОР - переводит.
Прошу - задавать вопросы, в тематической ветке или в иных разделах форума.
Скажите пожалуйста, а есть полный перевод этого издания. Хочется знать теорию… но на руссокм
интересно!
Раньше эта тема была прилеплена, а сейчас пришлось гуглом искать. Модератор, может всё-таки прилепить наверху?
тут пора перейти к поведению вертолета в пространстве.
устойчив ли классический вертолет и почему.
как объяснить кажущуюся устойчивость общеизвестной соосной “ламы” или она действительно устойчива? основываясь на законах механики.
мои мысли по поводу Гироскопической Прецессии и полета вертолета: rcopen.com/blogs/26427
тут пора перейти к поведению вертолета в пространстве.
устойчив ли классический вертолет и почему.
как объяснить кажущуюся устойчивость общеизвестной соосной “ламы” или она действительно устойчива? основываясь на законах механики.
У ней, если не ошибаюсь, флайбар системы Хиллера работает на верхний ротор.
Просто в таком случае верхний ротор старается сформировать поток строго перпендикулярный плоскости вращения флайбара (которая кстати задается уровнем стартовой площадки) и управление вертолетом на это не влияет. Поэтому вертолеты подобной двухосной схемы имеют медленный отклик на управление и медленную скорость.
Попробуйте запускать соосник с наклонной поверхности - дюже резво летит в сторону наклона
наверное так и есть. а вот мои мысли по этому поводу: rcopen.com/blogs/26427/7476
хотя понять как работают два маховика гироскопа для меня не очень просто.