Дудник В.В. - Конструкция вертолетов - 2005. В. В. Дудник конструкция вертолетов
 Скачать 3.33 Mb.
|
|
6.5. Особенности механической проводки управления Вертолеты, управление которыми невозможно или за- труднительно без применения гидроусилителей (бустеров), должны иметь, кроме основной гидравлической системы, дублирующую. Вертолеты, обладающие небольшой массой, могут не иметь усилителей вовсе. Во всех каналах обычно применяют необратимую бустер- ную систему управления. Усилия, возникающие в проводке управления от шарнирных моментов на органах управления, воспринимаются гидроусилителями и не передаются на рыча- ги управления вертолетом. Для имитации усилий от органов управления в систему включаются загрузочные механизмы. В этом случае пилот преодолевает усилие не от лопастей, а от сжатия или растяжения пружины загрузочного механизма. К загрузочному устройству присоединяется так называемый механизм триммерного эффекта. При включении этого меха- низма снимается (по желанию пилота при длительном полете) усилие с ручки (педали). Для рычагов управления рекомендуется не превышать следующих значений отклонения: ± 170 мм – для продольного отклонения ручки; ± 125 мм – для поперечного отклонения ручки; 104 ± 100 мм – для отклонения педалей. Ручка управления, педали и рычаг общего шага должны иметь ограничители своих отклонений. Ограничители ставят- ся непосредственно на органах управления, если в системе управления нет гидроусилителя, или на гидроусилитель. Все рычаги и тяги управления в кабине должны быть рас- положены таким образом и иметь такую форму, чтобы не стеснять движения летчика при работе и по возможности не мешать ему входить в кабину и покидать ее. Для этого, на- пример, может быть использована складывающаяся боковая ручка циклического управления, которая может быть вообще демонтирована для второго пилота (рисунок 78). Рисунок 78. Поворотная ручка циклического управления. Если проводка на каком-то участке тянется под углом к горизонтальной плоскости, ее вес может воздействовать на органы управления. Поэтому в системе управления необхо- димо производить балансировку проводки, например, путем установки противовесов. Жесткость проводки управления определяется из условия отсутствия резонансных явлений. Как правило, вследствие наличия большого количества шарнирных соединений, жест- 105 кость механической проводки незначительна, поэтому воз- можно наступление резонанса уже на низких частотах, харак- терных для проходных частот несущего винта. Соответствен- но, отстройка от режима резонанса очень важна для системы управления вертолета. Как правило, исполнительные механизмы системы управ- ления требуют симметричного перемещения от нейтрального положения при симметричном отклонении рычагов управле- ния. Для этого необходимо, чтобы углы в нейтральном поло- жении между осями качалок и подсоединяющихся к ним тяг были равны 90 ° , а величины плеч выбраны так, чтобы их от- клонения не превышали ± 30…35 ° . Однако, в тех случаях, ко- гда требуется добиться несимметричных перемещений ис- полнительных механизмов, применяют дифференциальные качалки, в которых углы между осями качалок и присоеди- няющихся к ним тяг не равны 90 ° (рисунок 79г). Необходи- мость применения дифференциальных соединений может возникнуть, например, на стабилизаторе, когда угол отклоне- ния вверх не равен углу отклонения вниз. Гидроусилители состоят из исполнительных механизмов (силовых приводов), следящих элементов (золотников) и свя- зей между ними. При нейтральном положении золотника гид- росмесь не поступает в силовой цилиндр, и система остается неподвижной. При перемещении золотника одна из полостей цилиндра соединяется с питающей магистралью гидросисте- мы, а другая – со сливной. Под действием разности давлений в полостях шток сливного цилиндра начинает перемещаться, приводя в действие управляющие элементы вертолета с мно- гократно увеличенным усилием. Люфты в управлении неблагоприятно влияют на управ- ляемость вертолета. Появление чрезмерного суммарного люфта может привести к самопроизвольному перемещению золотников и включению гидроусилителей. Система управле- ния практически не должна иметь люфтов. Для этого сокра- щают количество соединений, в шарнирных соединениях применяют подшипники качения, изготовленные по повы- шенным классам точности или применяют подшипники 106 скольжения. Сокращение соединений достигается примене- нием роликовых или скользящих (обычно фторопластовых) направляющих для тяг управления (рисунок 79а, б), устанав- ливаемых на прямолинейных участках длинной механической проводки. Длина тяг, при этом, увеличивается без потери их устойчивости. В то же время при применении таких направ- ляющих необходимо учитывать упругие деформации фюзе- ляжа вертолета, во избежание заклинивания тяг управления. При подсчете люфтов шарнирных соединений исходят из то- го, что люфты в болтах шарниров не проявляются ввиду тре- ния, создаваемого при их затяжке. Подсчет люфта в шарнирах механической проводки, при- веденного к рычагу управления, производится по эмпириче- ской формуле: А = а n i, где а – радиальный люфт в подшипнике, составляющий 0,006 – 0,0018 мм; n – количество шарниров; i – отношение хода рычага управления к среднему рабочему ходу. Существенно больше в проводке управления могут быть упругие деформации. При усилии на ручке до 30 Н они со- ставляют 3,5 – 5 мм. Некоторый свободный ход на ручке управления образуется также за счет зоны нечувствительно- сти золотников гидроусилителя. При большом количестве шарниров в проводке целесообразно увеличивать рабочий ход управления, чтобы относительная величина люфтов была меньше. Опыт показывает, что жесткую проводку до необра- тимого гидроусилителя длиной выше 15 м и с количеством шарниров более 40 делать нецелесообразно. В такой длинной проводке на ручке управления ощущается чрезмерное трение, превышающее 20 – 30 Н, возникают недопустимые люфты и упругие деформации. Тяги механической проводки (рисунок 79ж) обычно вы- полняются из труб алюминиевого сплава с обжатыми конца- ми, в которые ввертываются наконечники. 107 Рисунок 79. Поддерживающие элементы и соединения же- сткой проводки управления. а – установка тяги на роликовых направляющих, б – уста- новка тяги на скользящих направляющих, в – соединение тяг на двойных проушинах поддерживающих качалок (поводков), г – нормальное и дифференциальное соединение тяг с качал- кой, д, е – варианты соединения тяг с качалками, ж – регули- руемые тяги управления. 1 – тяга, 2 – ролик, 3 – фторопластовая втулка, 4 – непод- вижный кронштейн, 5 – качалка. 108 Тяги должны не терять устойчивость (общую и местную) при сжатии. При общей потере устойчивости, критическое напряжение определяется выражением: σ кр.о 2 2 l 1,2ЕD = , где Е – модуль упругости; D – внешний диаметр трубы; l – длина тяги. Местная потеря устойчивости: σ кр.м 2 D 2 0,9kЕ δ = , где k –коэффициент, зависящий от формы и геометрии се- чения тяги (берется по справочнику): δ - толщина стенки тру- бы. Учитывая общую и местную потери устойчивости, разме- ры сечения тяги выбираются из условия: σ кр.о = σ кр.м = σ кр.э Внешние периодические силы могут вызвать в тягах управления вынужденные колебания. Для устранении резо- нансов необходимо собственную частоту колебаний тяг под- бирать возможно дальше от частот возмущающих сил. Собст- венная частота колебаний тяги с шарнирно опертыми конца- ми при осевой нагрузке определяется по формуле: э 2 Р Р 1 m EI l 94,2 + = н где ЕI – жесткость тяги на изгиб; m – погонная масса тяги; Р – осевое усилие в тяге (сжатие, растяжение); Р э – критиче- ская сила сжатия тяги. Как видно из формулы, при сжатии (– Р) собственная час- тота тяги уменьшается, а эффективным способом ее повыше- ния является уменьшением длины тяги. 6.6. Автомат перекоса Как уже указывалось выше, циклическое и вертикальное управление связано с автоматом перекоса. 109 Автомат перекоса - это устройство, позволяющее менять углы установки лопастей несущего винта и, соответственно, величину и направление равнодействующей аэродинамиче- ских сил винта. При помощи автомата перекоса производится общее и циклическое изменение углов установки лопастей на каждом обороте несущего винта. Циклическое изменение уг- лов установки лопастей позволяет производить управление вертолетом в продольном и поперечном направлениях с по- мощью соответствующего наклона автомата перекоса. Наиболее часто применяемые типы автоматов перекоса представлены на рисунке 80. Рисунок 80. Типы конструкций автоматов перекоса. Автоматы перекоса кольцевого типа являются наиболее распространенными. Автомат перекоса располагается под втулкой несущего винта и состоит из двух колец: невращаю- щегося и вращающегося, соединенных между собой подшип- ником. Невращающееся кольцо с помощью кардана или ша- рового шарнира присоединяется ко втулке, находящейся на валу главного редуктора. Кольца могут наклоняться одновре- менно в любой оси, лежащей в плоскости, перпендикулярной оси вала несущего винта. К плечам вращающегося кольца шарнирно крепятся тяги, идущие непосредственно к рычагам поворота лопастей. Рычаги поворота лопасти присоединяются через поводки к корпусам осевых шарниров. 110 Наклон автомата перекоса производится посредством тяг, присоединенных к невращающемуся кольцу, отстоящих друг от друга на 90º по азимуту. Каждая из этих тяг является ко- нечным звеном проводки продольного или поперечного управления. Независимость перемещения тяг продольного и поперечного управления обеспечивается их шарнирным кре- плением в плоскости перпендикулярной к валу (при неоткло- ненном автомате перекоса), и совмещением с центром кача- ния кардана или шарового шарнира. Чтобы свести к минимуму отклонение тарелки автомата перекоса при изменении общего шага несущего винта, тяги, идущие к качалкам продольного и поперечного управления, выполняют максимально длинными. На рисунке 81 изображен автомат перекоса на кардане, разработанный российским ученым Юрьевым. Внутреннее неподвижное кольцо 12 автомата перекоса при помощи карданной подвески 3 крепится к кожуху вала. Наружное кольцо 2 автомата перекоса с помощью шарико- подшипников соединено с внутренним неподвижным коль- цом и вращается. Тягами 4 наружное кольцо соединено с ло- пастями несущего винта и вращается вместе с ними и валом винта. Потянув с помощью ручки управления тягу 7, одновре- менно подается вверх тяга 10, летчик наклоняет вперед не- подвижное, а вместе с ним и подвижное кольца автомата пе- рекоса. Тяга 4 подается вниз, лопасть 5 поворачивается отно- сительно осевого шарнира 9, угол установки лопасти умень- шается, и подъемная сила также уменьшается. У двух других лопастей угол установки, наоборот, увели- чивается. Тяги 4, при наклоне кольца автомата перекоса, по- даются вверх. Разница в подъемной силе лопастей наклоняет тягу несущего винта. Поскольку винт вращается, угол уста- новки лопастей будет меняться периодически по азимуту. Меньший угол будет каждый раз у той лопасти, которая в данный момент находится в направлении полета. Пока, воз- действуя на ручку управления, летчик не изменит наклона колец автомата перекоса. 111 Рисунок 81. Автомат перекоса Юрьева. 1 – основание автомата перекоса, 2 – наружное кольцо, 3 – ось карданной подвески, 4 – тяги, 5 – лопасть, 6 – шлиц- шарнир, 7 – тяга продольного управления, 8 – тяга управле- ния общим шагом, 9 – осевой шарнир, 10 – тяга поперечного управления шагом, 11 – рычаг лопасти, 12 – внутреннее коль- цо, 13 – вал несущего винта. Неизменяемость взаиморасположения по азимуту втулки и вращающегося кольца автомата перекоса обеспечивается шлиц-шарниром 6. Он является также поводком для вращаю- щегося кольца. Если же летчик воздействует на рычаг общего шага, опус- кается или поднимается тяга 8, а вслед за ней основание 1 ав- томата перекоса вместе с внутренним и наружным кольцами. Это вызывает общее изменение угла установки, одинаковое у всех лопастей. Соответственно, происходит изменение силы тяги винта без наклона этой силы в ту или иную сторону. 112 На рисунке 82 показана конструкция автомата перекоса кольцевого типа на кардане в разрезе. Рисунок 82. Конструкция автомата перекоса на кардане в разрезе. 1 – шлиц-шарнир, 2 – подшипники, 3 – вращающееся кольцо, 4 - тяга, 5 – рычаг, 6 - кронштейн, 7 – невращающееся кольцо. Автомат перекоса на шаровой основе (рисунок 83), в це- лом, аналогичен устройству на кардане. Использование в ки- нематической схеме шарового шарнира уменьшает массу и габариты. Управление автоматом перекоса осуществляется гидро- усилителями, шарнирно соединенными непосредственно с невращающейся тарелкой. Он устанавливается на главном редукторе. На ползуне крепится сферическая опора, служащая для обеспечения наклона тарелки автомата перекоса. Измене- ние тяги несущего винта, одновременно по всем азимутам, осуществляется путем перемещения ползуна по направляю- щей (изменение общего шага). 113 Рисунок 83. Схема автомата перекоса на шаровой опоре. 1 — шлиц-шарнир невращающегося кольца, 2 — шаровой шарнир, 3 — шлиц-шарнир вращающегося кольца, 4 — тяга, 5 — вращающееся кольцо, 6 — невращающееся кольцо, 7 — радиально-упорный двухрядный подшипник, 8 - тяги про- дольного и поперечного управления. Кинематическая схема управления несущего винта может быть выполнена таким образом, что при управлении несущим винтом одновременно работает три гидроусилителя. Подоб- ная кинематическая схема управления несущего винта позво- ляет обеспечить полную независимость каналов управления несущего винта и уменьшить потребные усилия на штоках силовых гидроусилителей. Пример такой схемы показан на рисунке 84. Автоматы перекоса типа «паук» позволяют существен- но упростить конструкцию этого агрегата. На рисунке 85 по- казана схема такого автомата перекоса. 114 Рисунок 84. Система управления, при которой три канала управления соединены непосредственно с автоматом переко- са. Автомат перекоса типа «паук» имеет шаровой шарнир 4, расположенный внутри стакана, находящегося внутри втулки несущего винта. В конусообразном стакане 6 подвешен стальной рычаг 7, имеющий в месте подвески шаровую по- верхность. Рычаг 7 отклоняется в любом направлении. На верхнем конце этого рычага на двух конических под- шипниках смонтирована втулка 1, к которой присоединены изогнутые стержни 2. Концы этих стержней лежат в одной плоскости с центром шарового шарнира и соединяются с ры- чагами лопастей. Рычаги крепятся к лопастям с помощью шарнира 3. Один из изогнутых стержней крепится ко втулке жестко и служит поводком для втулки, а остальные присое- диняются к ней подвижно. Движением вперед, назад или в стороны конца рычага 7 создается соответствующее циклическое изменение шага не- сущего винта и осуществляется продольное и поперечное управление. Перемещение стакана 6 вверх и вниз изменяет общий шаг несущего винта. 115 Рисунок 85. Конструктивная схема автомата перекоса типа «паук». 1 – втулка, 2 – изогнутый стержень, 3 –шарнир поводка лопасти, 4 – шаровой шарнир автомата перекоса, 5 – чехол, 6 – стакан, 7 – рычаг автомата перекоса. Небольшая масса и простота обуславливают применение этих автоматов перекоса на легких и сверхлегких вертолетах. Отсутствие большого количества элементов управления, рас- положенных снаружи вала и главного редуктора, снижает риск поражения жизненно важных систем вертолета система- ми вооружения. Это является преимуществом при использо- вании «пауков» на военных летательных аппаратах. Автомат перекоса кривошипного типа применяется достаточно редко. Он, также как автомат-перекос типа «па- ук», имеет проводку управления внутри редуктора и размеща- ется сверху втулки. 116 6.7. Компенсатор взмаха и угол опережения Наличие махового движения лопастей привело к появле- нию компенсатора взмаха, способного уменьшить это не все- гда желательное явление. Компенсатор взмаха это кинематическая связь (рисунок 86), обеспечивающая автоматическое уменьшение угла уста- новки лопасти при взмахе вверх и увеличение его при опус- кании лопасти. Компенсатор взмаха характеризуется коэффи- циентом пропорциональности k = tg σ 1 . Угол σ 1 определяется линией, соединяющей шарнир поводка лопасти с серединой горизонтального шарнира и осью горизонтального шарнира. Наличие этого угла и жесткой связи системы управления с поводком приводит к тому, что при взмахе лопасти вверх происходит ее поворот относительно осевого шарнира. Угол установки уменьшается, снижается подъемная сила, и лопасть начинает опускаться. При маховом движении вниз происхо- дит обратный процесс. Однако если угол σ 1 =0, то есть ось шарнира поводка лежит на оси горизонтального шарнира, угол установки лопасти не зависит от ее махового движения. При циклическом изменении углов установки лопастей за счет инерционных и аэродинамических сил происходит фазо- вое отставание их махового движения. В результате плоскость Рисунок 86. Схема изменения угла ϕ установки лопасти при ее взмахе под действием регулятора взмаха. 1 – горизонтальный шарнир, 2 – осевой шарнир, 3 – пово- док управления шагом лопасти. 117 наклона оси конуса несущего винта не будет совпадать с плоскостью, требуемой для управления вертолетом. Для уменьшения взаимного влияния продольного и поперечного управления вводится угол опережения изменения цикличе- ского угла установки лопастей. (рисунок 87). Таким образом лопасти, например осуществляют изменение продольного ша- га еще до прохода лопастью продольной оси винта. Анало- гичное изменение происходит и с поперечным управлением. Рисунок 87. Схема угла опережения управления - ∆ψ 1 – продольная и поперечная ось несущего винта, 2 – оси продольного и поперечного управления. 118 7. ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА 7.1. Общие сведения Взлетно-посадочные устройства вертолетов – шасси – предназначены для перемещения по взлетно-посадочной по- лосе и восприятия кинетической энергии удара при посадке. Существует несколько схем шасси: колесные, полозковые, лыжные, поплавковые, лодка и др. Посадочные устройства могут быть также выполнены и в виде комбинации из двух схем. Например, на вертолете-амфибии посадочными устрой- ствами являются лодка и колесные шасси. Лыжное шасси мо- жет быть выполнено в комбинации с колесным. На некоторые варианты вертолетов устанавливаются баллонеты для выпол- нения аварийных посадок на воду. Чаще всего на вертолетах применяется колесное шасси. На стоянке вертолет имеет либо четыре точки опоры, располо- женные симметрично относительно оси фюзеляжа (четырех- колесное шасси), либо три точки опоры - две опорные точки расположены симметрично относительно оси фюзеляжа вер- толета – это главные опоры шасси, третья опорная точка рас- полагается по оси фюзеляжа вертолета – это хвостовая или передняя (носовая) опора шасси (рисунок 88). Главные опоры шасси помещаются вблизи центра тяжести вертолета, а третья его опора - на значительном удалении от центра тяжести. Схема шасси с передним колесом обеспечивает хорошую пу- тевую устойчивость и обзор при разбеге и пробеге. Шасси с носовым колесом имеет на конце хвостовой балки опору для предохранения от удара о землю при грубой посадке. Основные параметры шасси с носовой стойкой указаны на рисунке 89 Расстояние от колес главных опор шасси до центра тяже- сти вертолета выбирают, исходя из того, что на эти колеса должно приходиться 85-90 % веса вертолета. Такое располо- жение нагрузки обеспечивает продольную устойчивость вер- толета и путевое управление при маневрировании. Величина |