Вертолеты.ру

Силу или момент, передающийся с лопасти вертолетного винта на втулку, на установившемся режиме полета можно представить в виде суммы гармоник — синусоид с различными круговыми частотами, кратными угловой скорости несущего винта.

Для того чтобы найти равнодействующую сил на втулке, удобно рассмотреть сложение одноименных гармоник сил каждой из лопастей. При этом надо учитывать взаимную ориентацию сил разных лопастей. Сила, приходящая с каждой лопасти, может быть разложена на три компонента.

Один из них параллелен оси винта вертолета, а два других расположены в плоскости вращения перпендикулярно оси горизонтального шарнира и параллельно ей. Силы от разных лопастей параллельны друг другу, а силы, поднимающие вертолет в воздух, повернуты на угол, зависящий от числа лопастей винта.

Для гармоник параллельных сил применяется первое правило суммирования. Рассмотрим вначале гармоники с номерами, кратными числу лопастей, т. е. гармоники с исходной круговой частотой. Гармоники сил различных лопастей, имеющие одинаковый номер, удовлетворяющий всем условиям при определенном одинаковом значении дают на втулке равнодействующую, имеющую амплитуду в несколько раз больше и ту же частоту.

Такие гармоники называются проходными. Гармоники с номерами, некратными числу лопастей, т. е. не удовлетворяющие исходному условию ни при каком целом значении силы, на втулке взаимно уравновешиваются, и суммарная сила равна нулю.

Эти гармоники называются непроходными. В итоге суммарная сила на втулке состоит только из гармоник с номерами, кратными числу лопастей. Рассмотрим в качестве примера суммирование гармоник сил на втулке двухлопастного винта. Для каждой второй лопасти они запаздывают по времени по отношению к гармоникам, действующим на лопасть с нечетным номером на величину, необходимую для того, чтобы четная лопасть заняла положение нечетной лопасти в начальный момент времени.

Гармоники с номерами, кратными числу лопастей (0, 2, 4, …), складываются. Гармоники с номерами, некратными числу лопастей (1, 3, …), при суммировании взаимно уравновешиваются. Для винта с пятью лопастями проходными являются гармоники 0, 5, 10,… Остальные гармоники — непроходные.

Для гармоник сил, повернутых относительно друг друга на угол, равный углу между лопастями, существует второе правило суммирования. В соответствии с ним проходными являются гармоники с номерами, на единицу отличающимися от кратных числу лопастей.

При суммировании гармоник с одинаковым номером, удовлетворяющим начальному условию, получаем силу, которую можно представить в виде вектора, имеющего постоянную длину и вращающегося в плоскости вращения винта с угловой скоростью в сторону вращения винта. Амплитуда этой силы равна амплитуде гармоники, умноженной на половину числа лопастей.

Другие гармоники — непроходные. Так, например, для пятилопастного винта проходными будут гармоники 1, 4, 6, 9, 11 и т. д. Вектор силы, получающийся в результате суммирования первых гармоник, неподвижен, векторы суммарных сил от четвертой и шестой гармоник, вращаясь, делают пять оборотов за время одного оборота винта и т. д.

Первое и второе правила суммирования действительны также для определения суммарного момента на втулке от компонентов моментов, передающихся с каждой лопасти. Они дают точный результат в случае идентичных лопастей.