Вертолеты.ру

Рассмотрим вначале вращающийся вал с закрепленным на нем маховиком. Если центр тяжести маховика не совпадает с осью вала (смещен в сторону на некое расстояние), то при вращении возникает центробежная сила, вызывающая изгиб вала.

Эта сила уравновешивается поперечной силой упругости, возникающей при изгибе вала и пропорциональной его прогибу. Приравнивая центробежную и упругую силы, получим, что прогиб вала и отношение силы к моменту есть квадрат собственной частоты изгибных колебаний вала. Поэтому окончательно следует вывод, что с увеличением угловой скорости вала прогиб возрастает, а при равенстве сил становится бесконечным.

Так как вал с маховиком вращаются, то центробежная сила, увеличивающаяся с ростом скорости, вращается и на опорах возникают реакции, изменяющиеся по гармоническому закону с круговой частотой. Амплитуды этих сил неограниченно возрастают.

Рассмотрим теперь трехлопастный несущий винт на вертолете, находящемся на поверхности земли. Пусть по какой-либо причине лопасти повернулись в вертикальных шарнирах (ВШ) и заняли нестандартное положение. Общий центр тяжести лопастей при этом не совпадает с осью вала.

Появляется центробежная сила, которая при вращении вызывает гармонические реакции в опорах вала. Эти реакции действуют на фюзеляж, который в данном случае можно считать абсолютно жестким. Однако появляются колебания стоящего на земле вертолета вследствие обжатия амортизационных стоек и деформации пневматиков колес.

Если рассмотреть маятник, точка подвеса которого может совершать колебания в горизонтальном направлении, то при этом возникают колебания маятника. Таким же образом при колебаниях втулки в плоскости вращения появляются колебания лопастей, при которых в определенных условиях общий центр тяжести лопастей смещается с оси винта.

Два движения — колебания лопастей относительно вертикальных шарниров и колебания втулки в плоскости вращения вследствие колебаний фюзеляжа на податливом шасси могут взаимодействовать, поддерживая друг друга. Это явление и называется земным резонансом.

В отличие от рассмотренного ранее упрощенного примера из теории земного резонанса следует, что колебания могут неограниченно возрастать в некотором диапазоне угловых скоростей. Нижняя граница этого диапазона близка к собственной частоте колебаний фюзеляжа на податливом шасси, а верхняя — заметно выше.

Фюзеляж как твердое тело имеет шесть степеней свободы — продольное, поперечное и вертикальное перемещения и повороты вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей. Практически для одновинтового вертолета имеют значение только две из них: поступательное поперечное перемещение и поворот вокруг продольной оси.

Соответственно можно установить две собственные частоты. Одна из них — низкая, имеет значение несколько больше. Этим частотам отвечают две зоны возможной неустойчивости (т. е. земного резонанса) по частоте вращения винта. Нижняя зона соответствует частоте вращения винта. Верхняя зона расположена в большем диапазоне.