การแนะนำ

อุตสาหกรรมเฮลิคอปเตอร์เป็นผู้นำในการใช้วัสดุผสมมาโดยตลอด เมื่อเร็ว ๆ นี้ส่วนแบ่งการใช้งานในการออกแบบเฮลิคอปเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างมาก การใช้คอมโพสิตทำให้เกิดความต้องการเพิ่มเติมในเนื้อหาของความรู้ของนักออกแบบ ความซับซ้อนในการออกแบบชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตนั้นเกิดจากการที่ชิ้นส่วนและวัสดุได้รับการผลิตพร้อมกัน ดังนั้น นอกจากการเลือกรูปร่างภายนอกที่เหมาะสมที่สุดจากมุมมองของการผลิตชิ้นส่วนแล้ว ผู้ออกแบบจะต้องกำหนดโครงสร้างคอมโพสิตที่เหมาะสมที่สุดสำหรับรูปร่างชิ้นส่วนที่เลือก และสอดคล้องกับการทำงานของโหลดภายนอกได้ดีที่สุด เพื่อแก้ไขปัญหานี้ให้สำเร็จ ผู้ออกแบบจะต้องทราบคุณสมบัติของคอมโพสิต วิธีการคำนวณ และวิธีการโครงสร้างการผลิตจากสิ่งเหล่านี้

เมื่อมองแวบแรก เพื่อให้ได้การออกแบบที่ดีที่สุด ก็เพียงพอที่จะสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของวัตถุที่ออกแบบและค้นหาพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดตามเกณฑ์ประสิทธิภาพที่เลือกไว้ล่วงหน้าอย่างน้อยหนึ่งเกณฑ์ อย่างไรก็ตามมีปัญหาพื้นฐานที่ทำให้เราไม่สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้อย่างถูกต้อง ประการแรก การกำหนดพารามิเตอร์การออกแบบที่เหมาะสมที่สุดนั้นเป็นไปได้เฉพาะสำหรับโครงร่างกำลังโครงสร้างที่กำหนดเท่านั้น ในขณะที่คำถามเกี่ยวกับความเหมาะสมที่สุดของโครงร่างนั้นยังคงไม่ได้รับการแก้ไข ประการที่สอง ไม่สามารถกำหนดข้อ จำกัด และข้อกำหนดทั้งหมดสำหรับการออกแบบอย่างเป็นทางการได้เสมอไปเมื่อสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ การเลือกและการกำหนดเกณฑ์การปรับให้เหมาะสมที่ซับซ้อนยังเป็นงานที่ค่อนข้างซับซ้อนและคลุมเครือในโซลูชัน ดังนั้นปัญหาการออกแบบดังกล่าวมักจะได้รับการแก้ไขตามลำดับตามลำดับการอยู่ใต้บังคับบัญชาบางอย่าง

ความก้าวหน้าที่สำคัญในการปรับปรุงกระบวนการออกแบบเกิดขึ้นได้จากการเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยี CAD/CAM/CAE เครื่องมืออัตโนมัติด้านการออกแบบที่มีอยู่มากมายไม่เพียงแต่ช่วยลดเวลาในการออกแบบและการผลิตของผลิตภัณฑ์เท่านั้น แต่ยังช่วยปรับปรุงคุณภาพของการออกแบบในหลาย ๆ ด้านอีกด้วย

จุดประสงค์นี้ โครงการสำเร็จการศึกษาเป็น:

– การเพิ่มประสิทธิภาพของการออกแบบสปาร์ใบมีด โรเตอร์หลักเฮลิคอปเตอร์. การเลือกการออกแบบที่เหมาะสมที่สุดจะดำเนินการโดยใช้คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลและ โปรแกรมประยุกต์งานแข็ง;

– การประเมินความเป็นไปได้ในการใช้โปรแกรมแอปพลิเคชัน Solid Works เป็นเครื่องมือระบบ การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย(CAD) โครงสร้างจาก CM.

โรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์

ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการออกแบบองค์ประกอบของโรเตอร์

ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับการออกแบบองค์ประกอบที่ลอยอยู่ในอากาศนั้นขัดแย้งกัน และการออกแบบระบบรับน้ำหนักของเฮลิคอปเตอร์นั้นเป็นงานที่ยากในการค้นหาการประนีประนอมระหว่างองค์ประกอบเหล่านั้น ข้อกำหนดสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มต่อไปนี้

ข้อกำหนดด้านอากาศพลศาสตร์ การจัดเรียงที่สัมพันธ์กันของชิ้นส่วน NV รูปร่าง และพารามิเตอร์ จะต้องรับประกันประสิทธิภาพการบินที่สูง การออกแบบใบพัดจะต้องรับประกันคุณลักษณะเฉพาะของรูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์และความสมดุลภายในขอบเขตที่ทำให้เฮลิคอปเตอร์สามารถปฏิบัติการได้ โดยคำนึงถึงข้อจำกัด ทรัพยากร และอายุการใช้งานที่กำหนดไว้

ข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่ง องค์ประกอบโครงสร้างของเฮลิคอปเตอร์ทั้งหมดจะต้องทนทานต่อน้ำหนักบรรทุกทุกประเภทตามมาตรฐานความสมควรเดินอากาศของเฮลิคอปเตอร์ ซึ่งกำหนดไว้สำหรับการบรรทุกชิ้นส่วนเฮลิคอปเตอร์หลายกรณี

องค์ประกอบของโรเตอร์จะต้องได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงความแข็งแรงแบบสถิตและความล้าและการรวมกันของทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของโหลด นอกจากนี้เนื่องจากใบมีด NV นั้นมีโครงสร้างที่ยาวจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงความแข็งแกร่งของความมั่นคงของโครงสร้างด้วย

มีการตรวจสอบความแข็งแรงคงที่ของโครงสร้างภายใต้โหลดขนาดใหญ่และไม่ค่อยมีแรงกระทำ ในกรณีนี้การคำนวณและการเลือกพารามิเตอร์การออกแบบจะดำเนินการตามโหลดทำลายล้าง Рrazr ซึ่งควรจะเกิน Re การปฏิบัติงานตามจำนวนครั้งที่กำหนด หมายเลขนี้เรียกว่าปัจจัยด้านความปลอดภัย f สำหรับโครงสร้างเครื่องบิน โดยทั่วไปจะเลือก f เท่ากับ 1.5 การเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์นี้มากเกินไปทำให้ขนาดและน้ำหนักเพิ่มขึ้นซึ่งเป็นที่ยอมรับไม่ได้สำหรับการออกแบบ อากาศยาน- สำหรับแต่ละหน่วยเฮลิคอปเตอร์และกรณีเฉพาะของการบรรทุก ค่าปัจจัยด้านความปลอดภัยที่แนะนำจะระบุไว้ใน "กฎการบิน" ชั้นต้นการกำหนดขนาดของชิ้นส่วนเป็นการคำนวณการออกแบบโดยพิจารณาจากความเค้นที่อนุญาต ขนาดของส่วนต่างๆ ของชิ้นส่วนคำนวณในลักษณะที่ความเค้นที่กระทำในส่วนนั้นจากภาระการออกแบบ ของคุณ เท่ากับความเค้นที่อนุญาต [y], [f] ความเค้นที่ยอมให้ถือเป็นขีดจำกัดกำลัง yv, fv หรือผลผลิต yt ขึ้นอยู่กับลักษณะและสภาวะการรับน้ำหนักของโครงสร้าง ปัญหาบางอย่างเกิดขึ้นเมื่อเลือกความเค้นที่อนุญาตในชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตเนื่องจากลักษณะเฉพาะของการทำลายล้าง รูปที่ 1.1 แสดงแผนภาพการเปลี่ยนแปลงความเค้นขึ้นอยู่กับการยืดตัวของตัวอย่างไฟเบอร์กลาสทิศทางเดียวเมื่อมีการจ่ายโหลดไปตามเส้นใยเสริมแรง

ในช่วงเริ่มต้นของการโหลด วัสดุจะคงความสมบูรณ์ไว้และประพฤติตนยืดหยุ่นได้จนถึงช่วงเวลาหนึ่ง โดยเป็นไปตามกฎของฮุค: y = E e หลังจากถึงความเค้นที่สอดคล้องกับจุดที่ 1 (รูปที่ 1.1) รอยแตกขนาดเล็กจะปรากฏขึ้นในสารยึดเกาะที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อ องค์ประกอบเสริมแรงจะไม่ถูกทำลายที่นี่และโครงสร้างจะไม่สูญเสียคุณสมบัติในการรับน้ำหนัก นอกจากนี้ สำหรับวัสดุบางชนิดจะพบว่ามีความแข็งเพิ่มขึ้น ในขั้นตอนที่สอง (รูปที่ 1.1 จุดที่ 2) รอยแตกที่สำคัญจะปรากฏขึ้นตามองค์ประกอบเสริมแรง แต่เส้นใยจะไม่ได้รับความเสียหาย โครงสร้างยังคงคุณสมบัติการรับน้ำหนักไว้ ในขั้นตอนที่สาม (รูปที่ 1.1 จุด B) เกลียวเสริมแรงจะแตกและวัสดุจะถูกทำลายโดยสิ้นเชิง หากเลือกความเค้นที่อนุญาตภายใต้การกระทำของภาระการปฏิบัติงานสูงสุดซึ่งสอดคล้องกับขั้นตอนการทำลายครั้งสุดท้าย (SF) อาจปรากฎว่าภายใต้การกระทำของภาระที่กำหนดวัสดุจะอยู่ในขั้นตอนแรกของการทำลายล้าง สิ่งนี้เป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้เนื่องจากการบรรทุกซ้ำหลายครั้งรอยแตกในโครงสร้างจะขยายใหญ่ขึ้นและเร่งการทำลายล้าง ดังนั้นควรประเมินความแข็งแรงของชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุคอมโพสิตทั้งที่สูงสุดและที่ภาระการทำงานปกติ ความขัดแย้งนี้ในหลายกรณีสามารถเอาชนะได้ด้วยการเลือกค่าสูงของปัจจัยด้านความปลอดภัย f = 2.0-2.5 และประเมินค่าความเค้นที่อนุญาตในคอมโพสิตต่ำเกินไปให้อยู่ที่ระดับ 2/3v เมื่อคำนวณโครงสร้างสำหรับความสามารถในการรับน้ำหนักสูงสุด

รูปที่ 1.1 - แผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงของความเค้น y ขึ้นอยู่กับการยืดตัวของตัวอย่าง e ของไฟเบอร์กลาสทิศทางเดียว โดยที่ y1 และ e1 เป็นความเค้นและการเสียรูปตามกฎของฮุค y2 คือความเครียดสำหรับการปรากฏตัวของรอยแตกที่สำคัญโดยไม่ทำลายเส้นใย uv คือความเครียดจากการแตกหักของตัวอย่าง 1 - จุดจำกัดสัดส่วน; 2 - จุด; ระบุถึงจุดเริ่มต้นของการสะสมรอยแตก B - การทำลายคอมโพสิต

เมื่อคำนวณสปาร์ตามเงื่อนไขของความแข็งแรงคงที่ (สำหรับกรณีใบมีดตกลงบนตัวจำกัดส่วนยื่น) เงื่อนไขจะถูกกำหนดว่าความเค้นที่คำนวณได้ในชั้นจะต้องไม่เกิน y1 การทำเช่นนี้เพื่อป้องกันการเกิดรอยแตกขนาดเล็กแม้ภายใต้การโหลดแบบคงที่ในระยะสั้น ในอนาคต สิ่งเหล่านี้สามารถส่งผลให้ความแข็งแรงของความเมื่อยล้าลดลงภายใต้โหลดแบบไซคลิก ด้วยวิธีการนี้ ใบพัดโรเตอร์หลักจะมีอายุการใช้งานที่ยาวนาน โดยไม่ได้จำกัดอยู่มากนักโดยลักษณะความล้าของวัสดุต้นทาง แต่ด้วยปัจจัยอื่นๆ เช่น เวลาของการเสื่อมสภาพตามธรรมชาติ

การคำนวณโครงสร้างที่ทำงานเพื่อความมั่นคงจะดำเนินการโดยพิจารณาจากแรงทำลายล้าง และลงมาเพื่อกำหนดแรงโก่งวิกฤต Pcr ซึ่งจะต้องไม่น้อยกว่า Pp ที่คำนวณได้

ความล้มเหลวจากความเมื่อยล้าถือเป็นการทำลายส่วนประกอบทางกลไกของเฮลิคอปเตอร์ประเภทหลัก และมักจะนำไปสู่ผลที่ตามมาร้ายแรง ประสิทธิภาพความล้าของวัสดุคอมโพสิตได้รับอิทธิพลจากหลายปัจจัย สิ่งสำคัญคือองค์ประกอบและโครงสร้างของวัสดุอุณหภูมิความชื้น สิ่งแวดล้อม, ประเภทของการโหลด ดังนั้นสำหรับแต่ละตัวอย่างของวัสดุที่ควรใช้ในโครงสร้าง จึงจำเป็นต้องทำการทดสอบความล้าแบบครบวงจร ความแข็งแรงเมื่อยล้าของวัสดุคอมโพสิต เช่น โลหะ ได้รับการประเมินโดยเส้นโค้งความล้า มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างความล้าและลักษณะคงที่ของคอมโพสิต ยิ่งวัสดุมีความแข็งแรงคงที่สูงเท่าใด ความต้านทานต่อความล้าก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น

การฝึกใช้คอมโพสิตในโครงสร้างแสดงให้เห็นว่าอายุการใช้งานภายใต้สภาวะของโหลดรอบสูงที่แปรผันนั้นเกินอายุการใช้งานของโครงสร้างที่คล้ายกันที่ทำจากโลหะอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อายุการใช้งานของใบมีดที่ทำจากโพลีเมอร์คอมโพสิตนั้นไม่ได้ถูกจำกัดมากนักจากความเป็นไปได้ที่จะเกิดความเสียหายจากความเมื่อยล้า แต่จากการเปลี่ยนแปลงระหว่างการทำงานและการเก็บรักษาในระยะยาว คุณสมบัติทางกายภาพและทางกลชิ้นส่วนใบมีดและข้อต่อแบบยึดติดเนื่องจากการเสื่อมสภาพและการเปราะ

ข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่ง เนื่องจากใบมีด NV สัมผัสกับโหลดที่สลับกัน รวมถึงกรณีของการโหลดแบบคงที่อย่างมีนัยสำคัญ การออกแบบใบมีดจะต้องมีความแข็งแกร่งที่จำเป็นเพื่อป้องกันการเสียรูปที่เหลืออยู่ และเป็นไปตามข้อกำหนดที่ระบุ แอร์ฟอยล์พื้นผิวใบมีด ผลที่ตามมาของการโค้งงอต่ำและความแข็งแกร่งเชิงบิดอาจทำให้ประสิทธิภาพการควบคุมเฮลิคอปเตอร์ลดลง เมื่อเนื่องจากการโค้งงอและการบิดตัวของพื้นผิวแอโรไดนามิกภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอก การเปลี่ยนแปลงมุมการติดตั้งที่ไม่สามารถควบคุมได้ และมุมการโจมตีตามความยาวของ ใบมีดปรากฏขึ้น ความฝืดของการดัดงอและแรงบิดที่ไม่เพียงพออาจทำให้เกิดปรากฏการณ์แอโรอีลาสติคที่ยอมรับไม่ได้ เช่น การกระพือปีกและการเคลื่อนตัวออก

ข้อกำหนดด้านความน่าเชื่อถือ ข้อกำหนดหลักสำหรับเฮลิคอปเตอร์และโครงสร้างของมันคือความน่าเชื่อถือ - ความสามารถในการปฏิบัติหน้าที่ในขณะที่รักษาประสิทธิภาพการบินและการปฏิบัติงานภายในขอบเขตที่กำหนดในช่วงเวลาที่กำหนด การออกแบบองค์ประกอบ NV ของเฮลิคอปเตอร์ ค่าความแข็งแกร่ง ความแข็งแกร่ง มวล และอายุการใช้งานจะต้องรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ภายใต้สภาวะการทำงานที่กำหนดและในกรณีที่โหลดผิดปกติ

ความสามารถในการผลิตของการออกแบบ การออกแบบองค์ประกอบ NV ของเฮลิคอปเตอร์จะต้องจัดให้มีความเป็นไปได้ในการใช้แบบก้าวหน้าและประหยัด กระบวนการทางเทคโนโลยี.

ความสมบูรณ์แบบตามน้ำหนัก สำหรับโครงสร้างเครื่องบิน ข้อกำหนดมวลขั้นต่ำเป็นสิ่งจำเป็นแน่นอน ขณะเดียวกันก็รักษาความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งเอาไว้ เนื่องจากใบมีด NV และส่วนประกอบ (สปาร์ จุดยึด) เป็นขององค์ประกอบกำลัง วิธีหลักในการลดมวลคือการเลือกใช้โครงร่างกำลังโครงสร้างที่มีเหตุผล การใช้วัสดุโครงสร้างที่มีคุณสมบัติสูงในด้านความแข็งแรงสัมพัทธ์และความแข็งแกร่งสัมพัทธ์ . อย่างไรก็ตาม มวลของใบมีดจะต้องมีคุณสมบัติเฉื่อยที่จำเป็นสำหรับการบินอย่างปลอดภัยในโหมดการหมุนอัตโนมัติของโรเตอร์ และยังสอดคล้องกับค่าที่จำเป็นในการกำจัดปรากฏการณ์ทางอากาศ (การกระพือ การเบี่ยงเบน)

น้ำหนักที่เหมาะสมของโครงสร้างสามารถทำได้โดยการออกแบบที่เหมาะสม

ความทนทานของโครงสร้าง ความทนทานคือเวลาทั้งหมด (โดยปกติจะคำนวณเป็นปี) ของการทำงานของโครงสร้างในโหมดระบุภายใต้สภาวะการทำงานปกติโดยไม่มีการลดพารามิเตอร์การออกแบบลงอย่างมากด้วยต้นทุนการซ่อมแซมทั้งหมดที่ยอมรับได้ในเชิงเศรษฐกิจ ความทนทานของชุดเฮลิคอปเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่มีชิ้นส่วนและส่วนประกอบกำลัง ส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยขนาดของอายุการใช้งาน

ทรัพยากรคือเวลาการทำงานของหน่วย (คำนวณเป็นชั่วโมง) ตั้งแต่เริ่มดำเนินการจนถึงเริ่มเข้าสู่สถานะขีดจำกัด หลังจากนั้นมีความเป็นไปได้ที่จะถูกทำลาย สำหรับส่วนประกอบหลักส่วนใหญ่ของเฮลิคอปเตอร์ (ใบพัดและบุชชิ่งของโรเตอร์หลักและโรเตอร์หาง ระบบควบคุมโรเตอร์ ระบบส่งกำลัง กระปุกเกียร์ โครงเกียร์ย่อย ฯลฯ) อายุการใช้งานจะกำหนดตามสภาวะความล้า

มีสองวิธีในการออกแบบโครงสร้างเครื่องบินเพื่อความทนทานภายใต้น้ำหนักบรรทุกที่แปรผัน: การออกแบบตามหลักการของ "ทรัพยากรที่ปลอดภัย" และ "ความเสียหายที่ปลอดภัย"

เมื่อกำหนดทรัพยากรที่ปลอดภัย สันนิษฐานว่าในระหว่างการพัฒนาอายุการใช้งานที่ระบุ รอยแตกเมื่อยล้าจะไม่เกิดขึ้นในส่วนใด ๆ ของซีรีส์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณา

ในโครงสร้างที่มีความเสียหายอย่างปลอดภัย รอยแตกจะได้รับอนุญาตให้ปรากฏในองค์ประกอบโครงสร้างส่วนบุคคลของโครงสร้าง อย่างไรก็ตามการแตกร้าวไม่ควรนำไปสู่การทำลายหรือการเสียรูปของโครงสร้างทั้งหมดมากเกินไป ซึ่งสามารถทำได้โดยการเลือกประเภทของโครงสร้างที่อาจเกิดความล้มเหลวหรือรอยแตกเมื่อยล้าได้ แต่จะช่วยลดความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งของโครงสร้างลงได้ในระดับหนึ่งที่เพียงพอต่อการบินโดยไร้ปัญหาของเฮลิคอปเตอร์ การเพิ่มขึ้นของความเค้นที่อนุญาตในองค์ประกอบโครงสร้างที่มีความเสียหายที่ปลอดภัยอาจอยู่ที่ 15-20% เมื่อเทียบกับความเค้นที่สอดคล้องกันที่ยอมรับสำหรับโครงสร้างอายุการใช้งานที่ปลอดภัย ประโยชน์ของการใช้โครงสร้างที่เสียหายอย่างปลอดภัยคือการลดน้ำหนักของผลิตภัณฑ์ เพิ่มอายุการใช้งาน และลดต้นทุน

วิธีที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้แน่ใจว่าความเสียหายได้อย่างปลอดภัยคือการใช้โครงสร้าง "ซ้ำซ้อน" พร้อมช่องส่งสัญญาณโหลดหลายช่อง ตัวอย่างของการแก้ปัญหาดังกล่าวคือใบพัดโรเตอร์ที่มีสปาร์หลายอัน ดังแสดงในรูปที่ 1.2

รูปที่ 1.2 - ช่องใบมีดพร้อมสปาร์แบบหลายวงจร

เมื่อใช้วัสดุคอมโพสิตในการออกแบบ NV มักใช้การออกแบบตามหลักการของความเสียหายที่ปลอดภัย

เรื่อง ความล้าของใบพัดเฮลิคอปเตอร์ภายใต้แรงลม

AI. บราทูคิน

บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพิจารณาปัญหาความเครียดในใบพัดที่ไม่หมุนและดุมโรเตอร์ของเฮลิคอปเตอร์ภายใต้อิทธิพลของแรงลม สันนิษฐานว่าเฮลิคอปเตอร์จอดอยู่และใบพัดไม่หมุน ทำการคำนวณสำหรับโรเตอร์ที่มีใบมีดแบบบานพับ ปัญหาการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติและแรงสั่นสะเทือนของใบพัดเฮลิคอปเตอร์ได้รับการแก้ไขแล้ว พิจารณาความผิดปกติและแรงภายใน (โมเมนต์การโก่งตัวและความเค้นในสปาร์ใบมีด) ผลลัพธ์ได้รับการวิเคราะห์และประเมินอิทธิพลของการจอดเรือของใบมีดในสภาพการใช้งานภาคพื้นดิน

บทความนี้จะตรวจสอบกรณีการโหลดองค์ประกอบโครงสร้างของใบมีดและดุมในสภาพพื้นดิน ความจำเป็นในการคำนวณดังกล่าวยังคงมีอยู่เสมอเนื่องจากความเสียหายอย่างต่อเนื่องต่อโรเตอร์ระหว่างการทำงานของเฮลิคอปเตอร์บนพื้นดิน

ความจำเป็นในการพิจารณากรณีบรรทุกเฮลิคอปเตอร์ภาคพื้นดินได้รับการยืนยันใน "มาตรฐานความสมควรเดินอากาศสำหรับเฮลิคอปเตอร์พลเรือน" รวมถึงข้อกำหนดการรับรองที่บังคับใช้ในต่างประเทศ

พิจารณาปัญหาในการพิจารณาการเสียรูปและแรงภายใน (โมเมนต์ดัดและความเค้น) ในสปาร์ของใบพัดโรเตอร์หลักของเฮลิคอปเตอร์ภายใต้อิทธิพลของแรงลม สันนิษฐานว่าเฮลิคอปเตอร์จอดอยู่และใบพัดไม่หมุน เมื่อถึงจุดหนึ่ง ลมกระโชกแรงก็พัดมากระทบใบมีด ภายใต้อิทธิพลของลมกระโชก แรงยกตามหลักอากาศพลศาสตร์จะปรากฏขึ้นบนใบมีด ซึ่งขึ้นอยู่กับทิศทางของการกระทำนั้น จะยกใบมีดขึ้นหรือกดลง ด้วยเหตุนี้ ใบมีดจึงทำการสั่นสะเทือนแบบบังคับในระนาบแนวตั้ง และสปาร์จะเต็มไปด้วยโมเมนต์การดัดงอซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในระนาบที่มีความแข็งแกร่งน้อยที่สุด

ทำการคำนวณสำหรับโรเตอร์ที่มีใบมีดแบบบานพับ

การเคลื่อนที่ของใบมีดสัมพันธ์กับบานพับแนวนอนเกิดขึ้นอย่างอิสระจนถึงตำแหน่งหนึ่ง โดยมีลักษณะของมุมของตัวจำกัดส่วนยื่น (รูปที่ 1a) หลังจากนั้นใบมีดสามารถเคลื่อนที่ได้เนื่องจากการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเท่านั้น ดังนั้นหากใบมีดสั่นภายใต้การกระทำของโหลดภายนอกอยู่เหนือเส้น OR การเคลื่อนที่ของมันจะอธิบายโดยรูปแบบการคำนวณที่แสดงในรูปที่ 1 1ข. หลังจากที่จุด A ของก้นใบมีดถึงจุดหยุดของตัวจำกัดระยะยื่นแล้ว ควรอธิบายการเคลื่อนที่เพิ่มเติมด้วยแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 1 ศตวรรษที่ 1 สำหรับใบมีดที่จอดอยู่ รูปแบบการออกแบบสอดคล้องกับรูป 1 ปี

การสั่นเล็กน้อยของใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ที่ไม่หมุนสามารถอธิบายได้ด้วยสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย:

. (1)

ในสมการ: - การเคลื่อนที่ของส่วนใบมีดในระนาบที่มีความแข็งแกร่งน้อยที่สุด - ความแข็งแกร่งในการดัดงอของส่วนใบมีดสัมพันธ์กับแกนหลักที่อยู่ในระนาบของคอร์ด - โหลดแบบกระจายภายนอก:

, (2)

น้ำหนักเชิงเส้นของใบมีด

ความเร่งของแรงโน้มถ่วง

หลังจากแทน (2) ลงใน (1) เราจะได้

(3)

เรานำเสนอคำตอบของสมการ (3) ในรูปแบบของการขยายอนุกรมในแง่ของโหมดการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติ:

, (4)

จำนวนรูปแบบลักษณะเฉพาะที่ใช้ในการคำนวณคือที่ไหน

รูปร่างของการสั่นสะเทือนของใบมีดในสุญญากาศ ซึ่งเป็นหน้าที่ของรัศมี

ฟังก์ชันบางอย่างของเวลา (ค่าสัมประสิทธิ์ความเครียด)

รูปแบบลักษณะเฉพาะถูกกำหนดจากสมการเชิงอนุพันธ์ (3) เมื่อทางด้านขวามือเท่ากับศูนย์:

(5)

หลังจากกำหนดความถี่และรูปแบบของการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติในสารละลาย (4) แล้ว ยังไม่ทราบค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปเท่านั้น โดยใช้วิธีการของบี.จี. Galerkin กับระบบสมการเชิงอนุพันธ์ของการสั่นสะเทือนของการดัดของใบมีดซึ่งเขียนด้วยอนุพันธ์ย่อย (3) หลังจากหาอนุพันธ์สองเท่าเราได้รับ:

, (6)

. (7)

ลองแทน (4), (6) และ (7) ลงในสมการ (3) แล้วคูณสลับกันและปริพันธ์กับรัศมีของใบมีด เนื่องจากความตั้งฉากของรูปแบบลักษณะเฉพาะ เราจึงได้ระบบสมการเชิงอนุพันธ์สามัญที่เชื่อมต่อถึงกันผ่านโหลดแอโรไดนามิกเท่านั้น:

(8)

;

ความถี่ของการสั่นตามธรรมชาติของใบมีดตามโทนเสียงที่ j

.

การคำนวณแรงแอโรไดนามิกที่รวมอยู่ในด้านขวาของสมการ (8) จะดำเนินการขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์แอโรไดนามิกของแรงยกและแรงลากจากมุมการโจมตีของโปรไฟล์ใบมีดและเลขมัคซึ่งได้จากผลของการเป่าลม อุโมงค์ การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปของใบมีดทำได้โดยวิธีการรวมตัวเลขของสมการ (8)

ภายใต้อิทธิพลของแรงลม ใบพัดของเฮลิคอปเตอร์ที่อยู่ในลานจอดรถเริ่มเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง ขึ้นอยู่กับว่าใบมีดอยู่บนตัวจำกัดส่วนยื่นหรือเคลื่อนออกจากตัวแล้ว สารละลาย (4) จะใช้โหมดการสั่นสะเทือนแบบบานพับหรือแบบยื่นยื่นออกมา ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปที่กำหนดจากระบบสมการเชิงอนุพันธ์ (8) จะสอดคล้องกับรูปแบบบานพับหรือคานยื่นออกมาด้วย ในระหว่างการเคลื่อนที่แบบแกว่งของใบมีดในขณะที่เปลี่ยนจากคานยื่นออกไปเป็นรูปแบบบานพับ และในทางกลับกัน จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขสำหรับการจับคู่โซลูชั่น สิ่งนี้สามารถรับได้โดยการรับรองความเท่าเทียมกันของการกระจัดและความเร็วในการเคลื่อนที่ของใบมีดในขณะที่เปลี่ยนรูปร่าง ให้เราแสดงการกระจัดและความเร็วของใบมีดที่รองรับโดยง่าย

(9)

(10)

และสำหรับการยึดคานยื่น

, (11)

. (12)

การเปรียบเทียบนิพจน์ (9), (11) สำหรับการกระจัดและ (10), (12) สำหรับความเร็วในการเคลื่อนที่และคำนึงถึงมุม เราได้รับเงื่อนไขเริ่มต้นสำหรับค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนรูปและอนุพันธ์ของพวกมัน ณ เวลาเมื่อการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง ใบมีดจะยกขึ้นจากตัวจำกัดระยะยื่น:

(13)

บทความนี้กล่าวถึงประเด็นหนึ่งของการออกแบบใบพัดเฮลิคอปเตอร์แบบคอมโพสิตอย่างมีเหตุผล โดยทั่วไป ตำแหน่งและอัตราส่วนขนาดของรูสำหรับสลักเกลียวของชุดยึดที่ก้นของสปาร์ใบพัดโรเตอร์หลักจะถูกเลือกตามการพิจารณาด้านการออกแบบและเทคโนโลยี แน่นอนว่าในกรณีนี้จะต้องคำนึงถึงข้อกำหนดด้านความแข็งแกร่งและความเมื่อยล้าด้วย อย่างไรก็ตามตามกฎแล้วการตั้งค่าจะถูกกำหนดให้กับโซลูชันที่ง่ายที่สุดจากมุมมองทางเทคโนโลยี ในขณะเดียวกัน คุณลักษณะของสภาวะความเครียดในพื้นที่นี้ส่วนใหญ่จะกำหนดคุณสมบัติความแข็งแรงและความล้าของใบมีดโดยรวม สิ่งนี้ได้รับการยืนยันทั้งจากผลการทดสอบม้านั่งและจากประสบการณ์การใช้งานผลิตภัณฑ์ในสภาพการบิน ในขั้นตอนนี้ เพื่อกำหนดขนาดและตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดของรูสำหรับจุดยึดของส่วนชนของใบพัดหลัก จึงมีการคำนวณจำนวนไฟไนต์เอลิเมนต์เป็นชุด แบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์คำนึงถึงลักษณะไม่เชิงเส้นของปฏิกิริยาการสัมผัสระหว่างสลักเกลียวของชุดยึดกับวัสดุคอมโพสิตของใบพัดโรเตอร์ ในการประเมินระดับสถานะความเค้น-ความเครียดของวัสดุคอมโพสิตหลายชั้น จะใช้เกณฑ์ Hill ในเวลาเดียวกันความจำเป็นที่เกิดขึ้นในการประเมินเบื้องต้นเกี่ยวกับขีด จำกัด ความแข็งแกร่งสำหรับแพ็คเกจหลายชั้นขององค์ประกอบโดยพลการตามลักษณะที่ทราบของชั้นเดียว เพื่อสร้างแบบจำลองการคำนวณ อัลกอริธึมได้รับการพัฒนาสำหรับการสร้างไดอะแกรมความเครียดของวัสดุคอมโพสิตหลายชั้น ไดอะแกรมเหล่านี้ใช้เพื่อกำหนดคุณลักษณะด้านความแข็งแกร่งของบรรจุภัณฑ์แบบหลายชั้นและแรงเชิงเส้นสูงสุดสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่กำหนด ทำการคำนวณเพื่อประเมินสถานะความเค้นของวัสดุคอมโพสิตในพื้นที่จุดยึดภายใต้สภาวะการรับน้ำหนักที่กำหนด พิจารณาตัวเลือก 45 รายการสำหรับตำแหน่งของหลุมและอัตราส่วนของขนาด จากผลการคำนวณสรุปได้ว่าตัวเลือกการออกแบบในปัจจุบันไม่เหมาะสมที่สุด