Втулка несущего винта предназначена для передачи вращения лопастям винта от вала главного редуктора и восприятия и передачи на фюзеляж аэродинамических сил, возникающих на несущем’ винте.
Втулка несущего винта вертолета Ми-4 имеет разнесенные горизонтальные шарниры, а также вертикальные и осевые шарниры. Подобное сочленение лопастей со втулкой винта дает им возможность колебаться относительно горизонтальных н вертикальных шарниров под действием приложенных к ним переменных аэродинамических и инерционных сил при полете вертолета с поступательной скоростью. В результате этого значительно уменьшаются величины переменных напряжений в лопастях несущего винта. Горизонтальные шарниры, кроме того1, ‘Исключают действие момента от аэродинамических сил на фюзеляж. Колебания лопасти относительно оси вертикального’ шарнира демпфируются фрикционным демпфером.
Для изменения углов установки лопастей последние имеют шарнирную заделку во втулке («осевой шарнир»).
Таким образом, сочленение лопастей с корпусом втулки несущего винта и, соответственно, с валом главного редуктора осуществляется посредством трех шарниров. Для повышения устойчивости движения лопасти и улучшения характеристик вертолета предусмотрена кинематическая связь между углами установки лопасти и ее отклонением относительно горизонтального шарнира («углом взмаха»); втулка имеет так называемый «компенсатор взмаха».
В конструкцию втулки1 несущего винта включен также механизм центробежного ограничителя свеса лопастей. Этот механизм дает возможность лопастям, имеющим при неподвижном винте угол свеса равным 1°4(У (отклонение вниз от плоскости, перпендикулярной оси вала редуктора), увеличивать это значение до величины 4° при вращающемся несущем винте.
Ограничение свеса необходимо для увеличения зазора, между хвостовой балкой и концом лопасти при незначительной скорости вращения ■несущего’ винта при его запуске и остановке. Этот зазор определяется прогибом лопасти при стоянке и при вращении ее с малыми оборотами,
При вращении несущего винта на рабочих скоростях лопасть под действием центробежных и аэродинамических сил поднимается и получает прогиб вверх, что значительно’ увеличивает зазор между ее концом и хвостовой балкой.
Во избежание удара по упору горизонтального шарнира при различных эволюциях в условиях полета лопасть при вращающемся несущем винте имеет возможность перемещаться на 4° вниз от плоскости, перпендикулярной оси вала.
Основными деталями втулки несущего винта (фиг. 169)
13 Зак — 740
Фиг 169. Втулка несущего винта.
1-корпус втулки; 2-скоба; 3-цапфа осевого шарнира; 4-корпус осевого шарнира; 5-рычаг лопасти; 6-нижнее конусное кольцо; 7-верхнее конусное кольцо; 8-гайка вала ‘несущего винта; 9-штифт контровочный; 10, 52 и 53-пробка; 11-наружное кольцо игольчатых подшипников горизонтального шарнира; 12-внутреннее кольцо игольчатого подшипника; 13, 20, 46-распорная втулка; 14-палец горизонтального шарнира; 15- тайка пальца горизонтального шарнира; 16-’бронзовая шайба горизонтального шарнира; 17, 18, 39, 40, 41, 54, 55-уплотнительные кольца; 19- наружное кольцо игольчатых подшипников вертикального шарнира; 21- бронзовая шайба вертикального шарнира; 22-палец вертикального шарнира; 23-внутренний барабан демпфера; 24-гайка пальца вертикального шарнира; 25-наружный барабан демпфера; 26-болт крепления наружного барабана; 27-диск промежуточный большой; 28-диск промежуточный малый; 29--верхний диск; 30-диск фрикционный; 31-диск нажимной; 32- пружина демпфера; 33- — диск лнужин; 34-.регулировочный болт; 35-крышка демпфера; 36 и 56-сальник, 37-поршень; 38-пружина поршня, 42-кольцо; 43-гайка корпуса осевого шарнира; 44 и 51-регулировочное кольцо; 45-шарикоподшипник радиальный; 47-шарикоподшипник упорный; 48-гайка цапфы осевого шарнира; 49-штифт; 50-шарикоподшипник радиальный; 57-манжета; 58-болт крепления рычага лопасти; 59- втулка; 60-двухрядный шарикоподшипник; 61-шарикоподшипник; 62- валик шарнира рычага; 63-крышка шарнира рычага.
корпус втулки 1, скоба 2 (4 шт.), цапфа 3 осевого шарнира, корпус 4 осевого шарнира и рычаги1 5 лопасти.
Корпус втулки имеет в центре отверстие с эвольвентными шлицами, которыми он надевается на вал главного редуктора и центрируется па нелт двумя конусными кольцами 6 и 7. Нижнее конусное кольцо 6 бронзовое и имеет один разрез. Верхнее конусное кольцо. 7 стальное и состоит из двух половин. Гайка 8 навинчивается на вал ‘редуктора и закрепляет корпус через конусные кольца на вале. Гайка предохраняется от отвинчивания тремя штифтами 9.
Корпус втулки. 1 имеет четыре широких проушины (по числу лопастей). Оси проушин лежат в одной плоскости под углом 90° друг к другу. Середины проушин смещены с радиального положения на 60 мм.
В верхней части корпус имеет фланец с отверстиями для крепления коллектора противообледенителя, а снизу - ушки для присоединения поводка тарелки автомата-перекоса.
В проушинах корпуса монтируются игольчатые подшипники горизонтальных шарниров, по два подшипника в каждой. Наружное кольцо 11, общее для обоих подшипников, вставлено, в проушину и фиксируется от проворачивания эвольвентными шлицами, имеющимися как в буртике наружного1 кольца, так и в проушине корпуса. Внутренние кольца игольчатых подшипников 12 имеют по краям буртики для осевой фиксации игл. Иглы размером 5X50 набраны по 106 шт. в каждом подшипнике. Между внутренними кольцами подшипников помещена распорная втулка 13.
Проушина корпуса с игольчатыми подшипниками охватывается с двух сторон проушинами скобы 2. Через проушины скобы и внутренние кольца подшипников пропущен палец 14 горизонтального шарнира.
Узел стягивается гайкой 15. Палец удерживается от проворачивания в проушине скобы сегментной шпонкой. Для восприятия осевых усилий, которые возникают при отклонениях лопасти от направления, перпендикулярного оси шарнира, между торцами проушин корпуса и скобы установлены бронзовые шайбы 16.
Для ограничения поворота сочленения лопасти в горизонтальном шарнире на корпусе 1 втулки и скобе 2 имеются специальные упоры. Поворот сочленения вверх от плоскости, перпендикулярной оси вала редуктора, возможен па 25° и вниз в условиях полета на 4°. Имеющиеся на корпусе резьбовые отверстия, закрытые пробками 10, предназначены для заливки масла в горизонтальные шарниры. Масло попадает в полость корпуса, а оттуда по сверлениям в кольцах И в игольчатые подшипники. Резиновые кольца 17 и 18 служат для уплотнения масляной полости горизонтального1 шарнира.
Скоба 2 представляет собой деталь коробчатого сечения, имеющую на одном конце две проушины для соединения с корпусом 1 и две проушины на другом конце для соединения с цапфой 3 осевого шарнира. Ось первых проушин на скобе перпендикулярна оси двух других. Во внутренней полости скобы монтируется механизм центробежного1 ограничителя. Соединение скобы г цапфой осевого шарнира образует вертикальный шарнир И1 выполнено аналогично горизонтальному шарниру. Наружное кольцо 19, общее для обоих подшипников, вставлено в цапфу 3. Внутренние кольца, так же как и в горизонтальном шарнире, собраны СО’ 106 иглами того же размера. Между ними поставлена распор — пая втулка 20. Цапфа 3 с игольчатыми подшипниками и плоскими бронзовыми шайбами 21 вставляется в проушины скобы, и через них и сопрягаемые детали пропускается палец 22 вертикального шарнира.
Па верхней проушине скобы имеются торцевые шлицы. Такие же шлицы имеются на внутреннем барабане 23 демпфера, который уста- 196
ншшшастся па проуїшгау скобы п прижимается к шлицам гайкой 24, патшчеішой на палец 22 и стягивающей весь узел.
Цапфа’ 3 имеет возможность поворачиваться вокруг ості вертикального шарнира от направления, перпендикулярного оси горизонтального шарнира, ‘на угол ЇЗДО’ вперед по вращению и на 6°40/ назад. Дальнейший поворот ограничивается упорами, имеющимися на цапфе и на скобе.
Цапфа 3 осевого шарнира, помимо вертикальной цилиндрической части, в которую монтируются игольчатые подшипники вертикального шарнира, имеет хвостовик с резьбой, на который установлены и закреплены подшипники осевого шарнира лопасти. У вертикальной цилиндрической части цапфы имеются вверху две площадки с торцевыми шлицами для крепления наружного барабана демпфера. Наружный барабан 25 демпфера также имеет две площадки с торцовыми шлицами, которыми барабан сочленяется со шлицами цапфы (см. разрез по. ББ). Наружный барабан демпфера притягивается к цапфе четырьмя болтами’ 26.
Наружный барабан демпфера имеет на своей внутренней поверхности эвольвентные шлицы; внутрь барабана вставлены три промежуточных стальных диска 27, имеющих такие же шлицы по наружной поверхности.
Внутренний барабан 23 демпфера на своей наружной поверхности также имеет эвольвентные шлицы, на. которые надеваются два промежуточных стальных диска 28 и верхний диск 29.
Таким образом, часть дисков связана со скобой, а другая часть с цапфой осевого шарнира. Между стальными дисками, связанными с различными элементами узла, проложены фрикционные плавающие диски 30 из асбокартона, по шесть штук в каждом сочленении. На верхний диск 29 опирается нажимной диск 31, в котором размещены по окружности восемнадцать спиральных цилиндрических пружин 32.
На пружины накладывается диск 33, имеющий цилиндрический хвостовик, который проходит внутри пальца вертикального’ шарнира и имеет па конце резьбу для регулировочного болта 34 демпфера.
Регулировочный болт демпфера, опираясь заплечиками в палеи вертикального шарнира, подтягивает диск 33 и через пружины нажимает на пакет дисков демпфера. Таким образом можно регулировать величину нажатия пружин, а с нею и величину момента трения демпфера.
При колебаниях лопасти относительно вертикального шарнира между дисками возникает трение, которое гасит эти колебания.
Демпфер регулируется на момент трения около 200 кгм. Демпфер сверху закрывается крышкой 35. Между наружным и внутренним барабанами демпфера имеется уплотнительный сальник 36 из фетра.
Таким образом, демпфер полностью защищен от попадания грязи и влаги, что обеспечивает постоянство момента трения.
Вертикальный шарнир смазывается через прессмасленку в болте 34 демпфера. Зашприцованное масло через сверление в хвостовике диска 33 и в пальце 22 вертикального шарнира поступает в игольчатые подшипники. Под давлением масла поршень 37 сжимает пружину 38. В дальнейшем по мере расходования масла оно поступает в игольчатые подшитіики под давлением этой пружины.
Уплотнение масла в вертикальном шарнире осуществляется резиновыми кольцами 39, 40 и 41.
Полость вертикального шарнира, заполняемая маслом, соединяется с атмосферой клапаном, который предохраняет резиновые уплотнения шарнира от выдавливания, а также служит для выпуска воздуха из этой полости в атмосферу при зашприцовке масла в этот узел.
Осевой шарнир лопасти образуется двумя основными деталями: цапфой 3 и корпусом 4 осевого шарнира. Корпус выполнен в виде стакана, на днище которого имеется гребенка с проушинами для крепления лопасти. На другом конце стакана имеется внутренняя резьба для гайки 43.
На хвостовик цапфы напрессовано кольцо 42, служащее поверхностью трения манжеты и фетрового сальника гайки 43. На хвостовик цапфы при сборке последовательно надеваются гайка 43, регулировочное кольцо 44, радиальный шарикоподшипник 45, распорная втулка 46, упорный шарикоподшипник 47, и весь пакет закрепляется гайкой 48, которая предохраняется от отвинчивания штифтом 49. На цилиндрическую часть гайки 48 устанавливается второй радиальный шарикопод-
шинник 50. Цапфа с закрепленными на ней подшипниками вставляется в корпус осевого шарнира 4 и закрепляется в нем гайкой 43. Между днищем корпуса и радиальным подшипником 50 находится регулировочное кольцо 51. За счет толщины кольца 51 регулируют преднатяг узла подшипников 50 и 47. Пробка 52 закрывает отверстие для заливки масла в осевой шарнир. Отверстие, закрытое пробкой 53, служит для слива масла.
Резиновые кольца 54 и 55 ставятся е целью герметизации осевого шарнира между деталями, не имеющими в работе относительных перемещений. В гайке 43 поставлены фетровый сальник 56 и резиновая манжета 57.
К корпусу осевого шарнира четырьмя болтами 58 (ем. вид по стрелке Г, фиг. 169) крепится рычаг 5 лопасти. Болты 58 разгружены от срезывающих усилий втулками 59. Конец рычага лопасти имеет цилинд — 198 рическую полость, в которой на двух шарикоподшипниках 60 и 61 установлен валик 62 шарнира, закрепленный крышкой 63, притянутой к рычагу четырьмя болтами.
В головке валика шарнира запрессованы два шарикоподшипника. Шарнир рычага лопасти смазывается через масленку на головке валика.
Устройство центробежных ограничителей свеса показано п фиг. 170. Противовес 3 подвешен к скобе на оси 7 и через стакан е цапфами, и тягу 6 соединяется с одним концом собачки 1. Осью вращения собачки является палец 2, пропущенный через проушины скобы. Второй конец собачки служит упором, ограничивающим свес лопасти. При оборотах несущего винта ниже~ 100 об/мии пружина 4 удерживает собачку и противовес в положении, изображенном на схеме (угол свеса лопасти при этом равен 1°40′). При достижении 100 об/мин противовес под действием центробежной силы начинает поворачиваться, сжимает пружину и поворачивает собачку.
Когда скорость вращения несущего винта достигает значения примерно 120 об/мин, собачка полностью отходит от скобы; между упором корпуса и собачкой образуется зазор (не менее 4 мм при нулевом угле свеса) и свес лопасти ограничивается только постоянными упорами скобы, которые позволяют ей отклоняться вниз на 4°.
При падении скорости вращения винта примерно до 120 об/мин начинается обратное движение механизма, в при 100 об/мин собачка приходит в положение, соответствующее углу свеса лопасти 1°40/.
Введение….4
1 Анализ конструкций втулок несущих винтов вертолетов….…5
1.1 Актуальность проблем, связанных с обслуживанием трехшарнирной втулки несущего винта вертолета…5
1.2 Типы втулок несущего винта вертолета…7
1.3 Особенности использования эластомерных подшипников….…11
1.4 Сравнение втулки с эластомерным подшипником со втулкой с шарнирным креплением лопастей….14
2 Расчет втулки НВ с металлофторопластовым подшипником и бесшарнирной втулки НВ….20
2.1 Физическая картина нагружения несущего винта….20
2.2 Эксплуатационные и расчетные нагрузки….23
2.3 Выбор и расчет втулки несущего винта ….…26
3 Разработка технологических карт обслуживания бесшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….49
3.1 Стратегии технического обслуживания и ремонта авиационной техники.49
3.2 Обслуживание шарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….….55
3.3 Разработка технологии обслуживания бесшарнирной втулки несущего винта на основе анализа эксплуатации втулки несущего винта вертолета BK-117….75
4 Безопасность полетов в сложных географических и температурных условиях…80
4.1 Безопасность полетов вертолетов….….80
4.2 Влияние на безопасность полетов эксплуатации в условиях высоких и низких температур наружного воздуха….…81
4.3 Анализ характерных авиационных происшествий, связанных с ошибками и нарушениями экипажа при заходе на посадку в сложных метеорологических условиях…84
5 Расчет и сравнение экономических затрат от внедрения бесшарнирной втулки несущего винта…89
5.3 Расчет эксплуатационных затрат на обслуживание шарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….…90
5.4 Расчет эксплуатационных затрат на обслуживание бесшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8 и сравнение полученных затрат с затратами на обслуживание шарнирной втулки несущего винта ….….93
6 Обеспечение безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….…95
6.1 Введение….….….….95
6.2 Работы по замене втулки несущего винта….….…96
6.3 Анализ и оценка безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….98
6.4 Разработка необходимых мероприятий для обеспечения безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….101
Заключение….….105
Список литературы….….106
Дипломная работа:
АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИДипломная работа:
Технико-экономическое обоснование мероприятий по повышению эффективности деятельности транспортного хозяйства
Введение (выдержка)
Один из самых нагруженных элементов конструкции вертолета в процессе эксплуатации – несущая система вертолета, основным агрегатом которой является втулка несущего винта. Втулка несущего винта с шарнирным креплением лопастей за годы эксплуатации зарекомендовала себя как весьма надежный элемент конструкции несущей системы вертолета. Однако, из-за обилия деталей, мест смазки и объектов осмотра, обслуживание такой втулки весьма трудоемко и осуществляется по наработке, то есть через определенное количество часов налета. Такая стратегия эксплуатации не всегда оправдана, так как замена элемента зачастую осуществляется до достижения им предотказного состояния.
Мировой опыт вертолетостроения показал, что при использовании других технологических решений по исполнению втулки несущего винта, таких как бесшарнирная втулка и втулка с металлофторопластовым подшипником и торсионом, эксплуатация может осуществляться более эффективно.
Рассмотренные в ВКР варианты реализации бесшарнирной втулки несущего винта и втулки несущего винта с металлофторопластовым подшипником на вертолете Ми-8 позволят оценить возможность повышения эффективности технической эксплуатации втулки несущего винта.
Основная часть (выдержка)
1 Анализ конструкций втулок несущих винтов вертолетов
1.1 Актуальность проблем, связанных с обслуживанием трехшарнирной втулки несущего винта вертолета
Из опыта эксплуатации вертолетов с классической схемой втулки несущего винта известно, что данный тип втулок имеет ряд недостатков. Основным видом регламентных работ по несущему винту с классической схемой является регулярное пополнение и периодическая замена смазки в шарнирных сочленениях его втулки. Подшипники шарниров втулки работают постоянно под действием переменных и значительных по своей величине нагрузок. Для обеспечения смазки трущихся поверхностей этих шарниров (горизонтального, вертикального и осевого) применяются специальные масла.
Масло в определенном количестве заливается в полости указанных шарниров через воронку или специальным штоковым шприцем.
По мере наработки несущим винтом определенного числа часов масло загрязняется, и его смазывающие качества ухудшаются. Поэтому регламентом технического обслуживания предусматривается периодическая замена масла.
Несоблюдение сроков замены масла приводит к преждевременному износу опорных поверхностей подшипников и выходу их из строя. К таким же последствиям приводит и применение сортов масла, не предусмотренных для смазки подшипников.
Практика показывает, что игольчатые подшипники наиболее долговечно работают при смазке их специальным гипоидным маслом, а шариковые подшипники - при смазке моторным маслом .
Общую тенденцию процесса развития разработки и конструирования втулок несущих винтов вертолетов не так просто последовательно проследить, поскольку каждая конкретная вертолетная фирма, как правило, применяет втулки определенной конструкции.
Однако, можно отметить возрастающую сложность конструкции втулокнесущих винтов с шарнирным креплением лопастей при одновременном улучшении их весовых характеристик, надежности и усталостной прочности, что достигается более тщательной проработкой, деталей конструкции с учетом более глубокого понимания условий работы несущего винта.
В последнее время большой интерес проявляется к упрощенной конструкции втулки несущего винта, в которой шарниры заменяются упругими элементами. Существует несколько путей достижения этой цели, отличающиеся своими принципиальными и конструктивными особенностями у различных авиационных фирм. Вряд ли при переходе к бесшарнирному креплению лопастей можно рассчитывать на существенное снижение веса втулки. Достигаемое усовершенствование конструкции нацелено на повышение эффективности за счет снижения себестоимости и эксплуатационных расходов и на улучшение характеристик управляемости ввиду значительного увеличения мощности управления. Эти улучшения достигался ценой преодоления значительных трудностей вследствие усложнения процессов, расчета.
Весовое совершенство втулки, характеризующееся коэффициентом:
, (1.1)
где mвт –масса втулки;
z - число лопастей;
Р - центробежная сила;
К - коэффициент.
Весовое совершенство втулки существенно повышается за счет: замены стали на титановые сплавы; применения проволочных торсионов в конструкции осевого шарнира (ОШ) и самосмазывающихся подшипников в рычагах поворота лопасти; модернизации центробежных ограничителей свеса; использования пружинно-гидравлических демпферов, снижающих действующие в полете переменные нагрузки в плоскости вращения; некоторого повышения напряженности конструкции с учетом современных конструктивно технологических мероприятий, (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Весовое совершенство втулок несущего винта различных типов
Стремление максимально облегчить конструкцию, снизить ее стоимость и упростить техническое обслуживание в эксплуатации привело к созданию втулокиз композиционных материалов без обычных горизонтальных шарниров (ГШ), такие втулки называют бесшарнирными .
1.2 Типы втулок несущего винта вертолета
В настоящее время практически применяется восемь основных схем втулок несущих винтов, кинематические схемы которых приведены в рисунке 1.2. Рассмотрим наиболее широко применяющиеся конструкции втулок и определим преимущества и недостатки каждой схемы.
Классическая схема втулки несущего винта с шарнирным креплением лопастей: допасти крепятся посредством горизонтальных, вертикальных и осевых шарниров. В этом случае существенную роль играет величина разноса (расстояния от оси втулки) горизонтальных и вертикальных шарниров, которая определяет конструкцию втулки.
Несущий винт с совмещенными горизонтальными шарнирами и вертикальными шарнирами достаточно приемлем в конструктивном отношении, допускает использование простой методики при определении напряжений.
.
а - классическая трехшарнирная; б - с совмещенными ГШ и ВШ; в - с вынесенным ВШ; г - с вынесенным ГШ и ВШ; д - на кардане; е - с эластомерным общим шарниром; ж - полужесткие винты; з - жесткие винты
Рисунок 1.2 - Кинематические схемы втулок несущего винта
Однако, вертолет с таким несущим винтом неустойчив, имеет неудовлетворительные характеристики управляемости, подвержен опасности возникновения самовозбуждающихся колебаний на земле и в воздухе. Втулка такого несущего винта тяжела и сложна, должна также включать демпферы колебания лопасти относительно вертикальных шарниров и упора-ограничителя, ограничивающего перемещение лопастей в шарнирах.
Несущий винт с вертикальными и горизонтальными шарнирами, имеющими небольшой разнос, обладает значительно лучшими характеристиками устойчивости к управляемости, но ему присущи, в определенной степени, все остальные недостатки схемы с совмещенными вертикальными и горизонтальными шарнирами.
Несущий винт с большим разносом горизонтальных и вертикальных шарниров имеет превосходные характеристики устойчивости и управляемости, подбором увеличенного разноса вертикальных шарниров и соответствующих характеристик демпфировании устраняются самовозбуждающиеся колебания вертолета. Однако втулка и комлевые части лопастей получаются неизбежно тяжелее и сложнее, чем у несущего винта с совмещенными шарнирами. Большой разнос шарниров привлекает внимание конструкторов также в связи с проблемой уменьшения срыва потока на отступающей лопасти.
Схемы втулок несущих винтов с шарнирным креплением лопастей помимо того, что они отличатся взаиморасположением шарниров и величиной их разноса, могут иметь и другие отличия, например, проушины горизонтального шарнира могут быть смещены так, что ось вертикального шарнира не совпадает с радиальным положением продольной оси лопасти.
Втулка несущего винта с эластомерным подшипником обладает всеми преимуществами системы с шарнирным креплением лопастей при значительно упрощенной конструкции втулки. Эластомерный подшипник состоит из чередующихся сферических слоев эластомера (резины) и металла. Под действием центробежной силы лопасти эластомерный подшипник сжимается, а перемещения лопастей в плоскости взмаха и в плоскости вращения, а также изменение угла установки лопасти - приводят к сдвигу эластомера.
Втулка несущего винта на кардане не имеет сложных элементов, свойственных схеме с шарнирной подвеской лопастей и является, по-видимому, самой простой в конструктивном выполнении. В ней отсутствуют вертикальные шарниры и демпферы для демпфирования колебаний лопастей относительно вертикальных шарниров. Недостатком этой схемы является неприменимость ее для больших вертолетов вследствие ограничений, связанных с постоянным углом конусности лопастей несущего винта. Кроме того, несущему винту на кардане свойственен особый вид неустойчивости типа аэродинамического флаттера, получивший название "волнение" несущего винта (от волнообразной траектории, прочерчиваемой в пространстве концами лопастей).
Жесткий несущий винт не имеет ни горизонтальных, ни вертикальных шарниров. Однако, при отсутствии шарниров, лопасти могут крепиться к втулке несущего винта жестко или посредством упругих элементов - торсионов, поэтому точнее следует называть такие несущие винты винтами с бесшарнирным креплением лопастей. Жесткое крепление лопастей может быть применено на небольших вертолетах, чтобы избежать чрезмерной величины переменного изгибающего момента, действующего в комле лопасти. Отклонение лопастей в плоскости взмаха и в плоскости вращения несущего винта, в этом случае, осуществляется благодаря упругой деформации самих лопастей, которые, следовательно, должны бить выполнены достаточно упругими.
При креплении лопастей к втулке посредством упругих элементов-торсионов, последние воспринимают действующие на лопасти центробежные силы и позволяют лопастям отклоняться в плоскости взмаха и в плоскости вращения несущего винта. Жесткий несущий винт обладает рядом преимуществ: допускает значительное смещение центровки вертолета, быстро реагирует на управление и обеспечивает хорошие характеристики устойчивости вертолета.
Экспериментально было определено, что мощность управления жесткого несущего винта вдвое превышает мощность управления несущего винта на кардановом подвесе, причем, теоретические расчеты показали, что жесткий винт имеет в 14 раз большую потенциальную возможность управления в сравнении с винтом на кардане. У вертолета с жестким несущим винтом может быть обеспечена хорошая продольная управляемость без хвостового оперения.
Применение жесткого несущего винта допускает использование наклоняющегося пилона, обеспечивающего возможность изменения угла атаки несущего винта и благодаря этому возможность установки в полете фюзеляжа в положение, соответствующее минимальному сопротивлению вертолета, что особенно существенно для скоростных вертолетов. Кроме того, жесткое крепление лопастей несущего винта позволяет перераспределять аэродинамическую нагрузку на ометаемую площадь несущего винта (путем бокового смещения центра тяжести вертолета) таким обрезом, что это может быть использовано для отдаления срывного режима на отступающей лопасти, уменьшения вибраций и увеличения максимальной скорости полета вертолета.
1.3 Особенности использования эластомерных подшипников
У втулки несущего винта с эластомерными подшипниками маховое движение, перемещение в плоскости вращения и изменение угла установки каждой лопасти обеспечивается одним эластомерным подшипником (рисунок 1.3). Для сохранения постоянного положения геометрического центра эластомерного подшипника применяется дополнительный самосмазывающийся подшипник, воспринимающий только небольшие поперечные нагрузки, перпендикулярные продольной оси лопасти.
1-вал несущего винта, 2- лопасть, 3- эластомерный подшипник.
Рисунок 1.3 - Схема втулки несущего винта с эластомерным подшипником
Эластомерный подшипник должен выполнять следующие четыре функции:
- воспринимать полную центробежную силу лопасти;
- обеспечивать изменение угла установки лопасти;
- обеспечивать маховое движение лопасти;
- обеспечивать перемещение лопасти в плоскости вращения.
Одновременное выполнение всех этих четырех функций одним подшипником возможно прежде всего лишь в том случае, если подшипник имеет сферическую форму. Сферический эластомерный подшипник состоит из чередующихся слоев стали и резины склеенных друг с другом Центробежная сила сжимает весь подшипник, который имеет очень высокую степень упругости при сжатии, более высокую, чем предполагалось при расчетных исследованиях, что является большим преимуществом данной конструкции, так как дает при сжатии незначительное смещение относительно оси несущего винта как центра подшипника, так и комля лопасти.
Изменение угла установки лопасти и перемещения ее в плоскости взмаха и в плоскости вращения вызывает относительное смещение металлических пластин подшипника, ограничиваемое силами, возникающими в слоях резины при их сдвиге.
По сравнению с обычными шарнирами эластомерный подшипник, в котором угловые перемещения лопастей осуществляются за счет сдвига упругих (эластомерных) элементов, имеет следующие преимущества:
- уменьшается количество деталей;
- упрощается техническое обслуживание;
- отсутствует истирание, износ или проскальзывание вращающихся элементов;
-устранено загрязнение рабочих деталей (шарнирных подшипников) присутствующими в окружающей среде грязью, пылью, водой.
В качестве эластомерного (упругого) элемента в эластомерном подшипнике выбирают натуральный каучук, обладающий рядом преимуществ, важных для выполнения намечаемых функций, в то время как недостатки его не вызывают серьезных конструктивных проблем.
Преимуществами выбранного материала в данном случае являются превосходные прочностные характеристики. Недостатками являются: ограниченный диапазон рабочих температур; чувствительность к воздействию света, озона, загрязнению маслом; старение.
Кратко рассмотрим возможное влияние недостатков натурального каучука, при использовании его в эластомерном подшипнике, на рабочие характеристики изделия. Диапазон рабочих температур втулки несущего винта изменяется, примерно, от -54°С до +71°С. Путем определенных добавок к натуральному каучуку получены сорта резины эффективный диапазон температур которых изменяется от -54°С до +82°С, что перекрывает диапазон рабочих температур втулки.
Для выяснения влияния повышенных температур на усталостную прочность эластомерного подшипника были проведены 500 часовые динамические испытания подшипника при температуре 93°С, На рисунке 1.4 показана зависимость деформации подшипника от нагрузки до и после 500 часовых испытаний на усталостную прочность. Как следует из графиков рисунка 1.4, после 500 часовых испытаний при температуре 93°С степень упругости испытываемого образца оставалась в пределах производственных допусков.
1-до динамических испытаний 2 – после 500-часовых динамических испытаний на усталость при температуре 93º
Рисунок 1.4 - Графики зависимости деформации эластомерного подшипника от нагрузки
При предельной отрицательной температуре (-54°С) резко увеличивается жесткость резины. Характеристика хрупкости при этом не достигает критической точки, которая наступает при температуре (-62°С) Динамические испытания, проведенные при температуре (-64°С), показали, что несмотря на увеличение жесткости в 22 раза по сравнению с жесткостью при комнатной температуре, подшипник продолжает нормально работать без разрушения.
Одним из основных преимуществ втулки с эластомерным подшипником является отсутствие смазки, так что опасность загрязнения эластомерного подшипника маслом практически исключается. Однако, в демпфере лопасти (при ее перемещении в плоскости вращения несущего винта) применяется гидравлическая жидкость. Для защиты от возможного загрязнения эластомерного подшипника гидравлической падкостью и от воздействия солнечного света и озона может быть применено защитное покрытие подшипника.
Для резины характерно изменение ее физических свойств с течением времени, т.е. старение. Процесс старения усиливается от воздействия таких факторов, как солнечный свет, кислород, озон, тепло, дождь и другие неблагоприятные влияния окружающей среды при эксплуатации вертолета. За процессом старения эластомерного подшипника должен быть установлен строгий контроль с регулированием условий хранения для ограничения его старения с момента вулканизации подшипника и до постановки втулки с этим подшипником на вертолет.
Заключение (выдержка)
В выпускной квалификационной работе произведен анализ существующих типов втулок несущих винтов вертолетов, а также произведены расчеты на прочность бесшарнирной втулки несущего винта и втулки несущего винта с металлофторопластовым подшипником и торсионом. Результаты анализа доказали возможность установки на вертолет Ми-8 втулок данных типов. Повышение эффективности эксплуатации втулки несущего винта вертолета Ми-8 достигается значительным сокращением работ по осмотру креплений и смазке втулки, эти факты рассмотрены в специальной части выпускной квалификационной работы. Кроме того, срок эксплуатации бесшарнирной втулки напрямую зависит от условий ее эксплуатации и результатов дефектоскопии, в то время как втулка несущего винта вертолета Ми-8 имеет ресурс 20000 часов после чего подлежит замене. Экономическое обоснование замены.
Раздел безопасность полетов связан обеспечением безопасности полетов в сложных метеорологических условиях. Это весьма сложная задача, требующая комплексного подхода и тщательного контроля за исполнением требуемых предписаний, анализа и проработки свершающихся происшествий. Безопасности полетов при посадке в особых метеорологических условиях можно добиться соблюдая все требования и наставления по эксплуатации вертолета, а также проводя дополнительные предпосадочные подготовки, способствующие совершенствованию навыков экипажа.
Экономическое обоснование замены втулки, рассмотренное в пятой части работы доказывает целесообразность замены трехшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8 на бесшарнирную втулку несущего винта.
В разделе безопасность и экологичность проекта проанализированы факты влияющие на безопасность персонала при работе на высоте. Особо отмечены факторы риска, связанные с работами на высоте при замене втулки, влияние которых снижается за счет соблюдения правил техники безопасности.
Расчеты экономических затрат на обслуживание бесшарнирной и шарнирной втулок несущего винта вертолета показал. что затраты на обслуживание бесшарнирной втулки несущего винта меньше затрат на обслуживание шарнирной втулки несущего винта, это доказывает экономическую целесообразность замены втулки несущего винта на бесшарнирную. Кроме того, бесшарнирная втулка несущего винта имеет значительно меньшую массу, и замена втулки даст дополнительную полезную нагрузку и тем самым увеличит экономический эффект от замены элемента несущий системы. Годовой эффект от установки одной втулки составит руб.
Литература
1 Аэродинамика, динамики полета, конструкция, оборудование и техническая эксплуатация вертолетов. Справочник. А.М. Володко, М.П. Верхозин, В.А. Горшков. –М., Военное издательство. 1992.-556с.
2 Конструкция вертолетов. Учебник для ВУЗов В.Н. Далин, С.В. Михеев. - М., МАИ, 2001. – 352с.
3 Втулки несущих винтов вертолетов. Перевод М.А. Лернер. – М., ЦАГИ, 1972.-54с.
4 Конструирование втулок несущих винтов вертолетов. Учебное пособие Сохань О.Н. - М., МАИ, 1981.-54с.
5 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Bo-105 1967 [Электронный ресурс] -Режим доступа свободный: h**t://w*w.aviastar.org/helicopters_rus/mbb-105-r.html Дата обращения (23.10.2010)
6 Конструирование винтов силовых установок приводов. Учебник для ВУЗов. Ф.П. Курочкин. -М., МАИ, 1980.-139с.
7 Металлофторопластовые подшипники А.П. Семенов, Ю.Э.Савинский. -М.Машиностроение 1976.- 192с.
8 Руководство по технической эксплуатации вертолета Ми-8 книга 2, 1984.
9 Вертолет Ми-8(устройство и техническое обслуживание).В.А.Данилов Транспорт, 1988.-278с.
10 Выбор рациональных конструктивных параметров торсиона втулки несущего винта вертолета из композиционных материалов. Учебное пособие для ВУЗов. Е.А Башаров.-М, МАИ -2010.
11 Основы механики, проектирования и технологии изготовления изделий из слоистых композиционных материалов. Учебное пособие для ВУЗов. Ю.С.Первушин, В.С. Жернаков. -Уфа, 2008. -298с.
12 Техническая эксплуатация летательных аппаратов. Под редакцией Н.Н.Смирнова – М.: Транспорт, 1997.
13 Руководство по технической эксплуатации вертолета Bk-117
14 Конструкция и эксплуатация вертолетов и двигателей. Учебник для
ВУЗов. Судаков В.Я. -М., Воениздат, 1987.
15 Анализ безопасности полетов по типу воздушного судна. Государственный центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте» .- М. 2008-148с.
16 Экономика гражданской авиации. Учебник для ВУЗов Степанова Н.И., МГТУГА 2003.-103с.
17 Межотраслевые правила труда при работе на высоте. -М. 2004.
18 Инструкция по охране труда при проведении работ повышенной опасности ИОТ 0011-02, 2002.
19 Наставления по технической эксплуатации и ремонту авиационной техники в гражданской авиации России. (НТЭРАТ ГА-93) - М.,1994.
20 Конструкция вертолетов. Учебник для авиационных техникумов.ЮС Богданов, Р.А.Михеев. М., Машиностроение 1990.-267с.
21. Регламент технического обслуживания вертолета Ми-26 книга 2.
22 Регламент технического обслуживания вертолета Bo-105
23 Справочник по авиационным материалам и технологии их применения
Александров В.Г., Базанов Б.И., -М., 1979
24 Техническая эксплуатация вертолетов. Учебное пособие.Беляков В.Т. Воениздат.1961г. 312 с.
25 Расчетно-экспериментальное исследование прочности упругих элементов бесшарнирных винтов вертолетов Голованов А. И., Митряйкин В. И. Изв. вузов. -Казань: Авиационная техника, 2001.
26 Основы проектирования и изготовления конструкции ЛА из КМ Васильев В. В. - М.: МАИ, 1985.
27 Оптимальное проектирование элементов авиационных конструкций из КМ. Дудченко А. А. -М.: Издательство МАИ, 2002.
28 Композиционные материалы: Справочник / Под ред. В. В. Васильева. - М.: Машиностроение, 1990.
29 Конструкция вертолетов Завалов О. А. -М.: Изд-во МАИ, 2004.
30 Методы проектирования конструкций. Бирюк В. И., Липин Е. К., Фролов В. -М.- М.: Машиностроение, 1977.
Несущие винты. На вертолетах применяют три типа несущих винтов, различие которых заключается в способах крепления лопасти к втулке и втулки к валу:
несущий винт с креплением каждой лопасти к втулке при помощи горизонтального, вертикального и осевого шарниров. Такой винт называют несущим винтом с шарнирным креплением лопастей;
несущий винт к втулке крепится жестко (имеется лишь осевой шарнир крепления лопасти), но зато сама втулка к валу крепится с помощью универсального шарнира (рис. 155, а). Такой винт называют винтом на кардане;
лопасти несущего винта крепятся к втулке и втулка к валу жестко, т. е. без шарниров (рис. 155, б); в системе крепления имеется лишь осевой шарнир. Такой винт называется несущим винтом с жесткими лопастями. Последний тип винтов в настоящее время применяется очень редко. Наибольшее применение получили винты с шарнирным креплением лопастей; реактивные вертолеты преимущественно имеют несущие винты на кардане.
Количество лопастей несущего винта меняется от двух до пяти. У одновинтового вертолета с шарнирным креплением лопастей устанавливать число лопастей меньше трех не рекомендуется. При числе лопастей меньше трех при косой обдувке сила R периодически изменяется, что приводит к нагружению корневых сечений лопасти знакопеременными изгибными напряжениями.
Лопасти имеют различную форму, но предпочтение отдается прямоугольной лопасти, так как она более проста в производстве. Отношение длины лопасти к ее максимальной ширине (хорде) принимается обычно равным 14:1 или 15:1. Форма профиля чаще всего двояковыпуклая симметричная, применяются также двояковыпуклые несимметричные профили. Толщина профиля колеблется в пределах от 7 до 20%; более толстые сечения применяются для корневых сечений лопасти. Для получения более высоких к. п. д. несущего винта лопасти имеют геометрическую крутку, это означает, что углы установки сечений лопастей вдоль по размаху уменьшаются. Рекомендуемая закрутка лопасти - 8-12°, если считать за крутку разность в углах установки корневого и концевого сечения лопасти. Имеются также лопасти с аэродинамической круткой, при которой вдоль размаха меняется форма профиля. Профили, имеющие большие значения с у и а крит, в этом случае устанавливаются на конце лопасти.
Лопасти несущих винтов могут быть смешанной, цельнодеревянной, цельнометаллической конструкции и пластмассовые.
Лопасти смешанной конструкции имеют стальной лонжерон, деревянные нервюры и стрингеры и полотняную или фанерную обшивку. Лонжерон, изготовленный, как правило, из одной сплошной ступенчатой трубы, является основным элементом, воспринимающим центробежную силу, изгибающий момент и момент кручения.
Лопасти цельнодеревянной конструкции изготавливаются из склеенных между собой продольных планок, покрыты фанерой и обтянуты авиационным полотном.
Более прочное и тяжелое дерево применяется для изготовления носка лопасти. Возможно изготовление цельнодеревянных лопастей каркасными, т. е. с лонжероном, набором нервюр и обшивкой. Но первая конструкция, хотя и имеет большой вес, более надежна в эксплуатации.
Главным недостатком лопастей, в конструкции которых используется древесина и полотно, является подверженность воздействию влаги, под действием которой деревянные детали набухают, влага способствует развитию гниения, ослаблению прочности, нарушению балансировки.
Лопасти металлической конструкции по сравнению с деревянной и смешанной конструкциями имеют значительные эксплуатационные преимущества. Они в меньшей степени подвержены воздействию атмосферных факторов, требуют менее строгого режима хранения и более долговечны. Кроме того, металлические лопасти имеют меньшее профильное сопротивление. Конструкция металлических лопастей весьма разнообразна, но почти во всех вариантах имеются типовые элементы.
Основным силовым элементом лопасти (рис. 156) является дюралюминиевый прессованный лонжерон, занимающий примерно 1/3 хорды, к которому приклеены хвостовые секции. Каждая секция представляет собой набор нервюр, приклеенных к тонкой обшивке.
Клеевые соединения элементов лопасти повсеместно вытеснили заклепочные соединения, а также соединения точечной сваркой.
В настоящее время для изготовления лопастей широкое применение нашли пластические материалы. Силовым элементом пластмассовой лопасти является полый носок-лонжерон, представляю
щий собой прессованный профиль. Задняя часть - хвостовик выполняется в форме обтекателя с тонкой обшивкой. Внутренний объем хвостовой части заполняется пористым пластиком.
пластмассовой конструкции имеют малый вес при повышенных значениях жесткости и прочности, просты в изготовлении.
Втулка несущего винта является связующим элементом между валом редуктора и лопастями несущего винта. При механическом приводе через втулку передается крутящий момент на винт; на втулке сосредоточиваются все инерционные и аэродинамические силы, возникающие на лопастях. Детали втулки изготавливаются из стальных или дюралюминиевых поковок и штамповок с последующей механической и термической обработкой. При шарнирной подвеске лопастей втулка должна иметь горизонтальный, вертикальный и осевые шарниры, ограничители колебаний лопастей и демпферы для гашения колебательных движений лопастей относительно вертикальных шарниров.
На рис. 157 изображена схема втулки трехлопастного несущего винта (демпферы гашения колебаний не показаны). Втулка состоит из корпуса 1, трех промежуточных скоб 2, трех вильчатых стаканов 4 с рычагами управления лопастями 3, трех шарниров - осевого 5, вертикального 6 и горизонтального 7, смонтированных на подшипниках.
Корпус втулки с валом соединяется с помощью шлицев и крепится корончатой гайкой. Центрирование корпуса на валу производится двумя конусными кольцами. Ограничителями махового движения лопастей относительно ГШ и ВШ являются упоры а, б, в, г. Ограничитель свеса а предназначен для того, чтобы при стоянке на земле служить опорой для лопасти.
На многих вертолетах этот упор делают подвижным; при невращающемся винте и малых оборотах отклонение лопасти вниз меньше, чем в полете.
Если колебания лопастей относительно ГШ сильно демпфируются изменением подъемной силы при их маховом движении, то этого не происходит при колебаниях лопастей относительно ВШ, так как аэродинамическое сопротивление при этих колебаниях меняется незначительно. Поэтому необходимо между каждой лопастью и втулкой устанавливать демпфер, который гасил бы колебания лопасти относительно ВШ.
Демпферы должны также выполнять роль буферов, предохраняющих лопасти от поломки при запуске несущего винта. На существующих вертолетах применяются демпферы двух типов: фрикционные и чаще гидравлические.
Рулевые винты. У одновинтовых вертолетов хвостовой винт предназначен для уравновешивания реактивного момента несущего винта и путевого управления. Хвостовой винт приводится во врашение двигателем через трансмиссию, а при отказе двига
теля и авторотации несущего винта - вращающимся несущим винтом через ту же трансмиссию. Изменение тяги, необходимой для управления вертолетом, достигается изменением угла установки лопастей винта. Изменение величины реактивного момента при изменении режима работы несущего винта происходит одновременно с изменением величины тяги хвостового винта. Это осуществляется блокировкой системы «шаг-газ» несущего винта с системой управления рулевым винтом. Таким образом, на всех режимах горизонтального полета компенсация реактивного момента несущего винта обеспечивается при неизменном (нейтральном) положении педалей ножного управления.
Конструкция рулевого винта включает втулку, лопасти и механизм изменения шага. В зависимости от размеров вертолетов количество лопастей хвостового винта может меняться от двух до пяти. Профиль лопасти, а также форма в плане обычно такие же, как и у несущего винта. Лопасти могут быть как деревянной, так и металлической конструкции.
Так как винт вращается в плоскости, параллельной вертикальной плоскости полета, работа лопастей происходит в условиях косого обдува. Для разгрузки лопастей от возникающих при этом переменных изгибных напряжений и уменьшения вибрации лопасти подвешены к втулке винта на горизонтальных шарнирах.
Фюзеляж вертолета, как и фюзеляж самолета, предназначен для размещения в нем экипажа, пассажиров, оборудования и грузов. К фюзеляжу крепятся несущий и хвостовой винты, шасси, рамы двигателей, элементы трансмиссии и другие агрегаты.
Внешние формы фюзеляжей различны и зависят прежде всего от схемы вертолета, а также от его назначения. Например, фюзеляж вертолета одновинтовой схемы имеет хвостовую балку круглого или овального сечения, на конце которой установлен рулевой винт. Фюзеляж вертолета двухвинтовой продольной схемы имеет сигарообразную форму с сужающейся в плане задней частью, которая служит килевой поверхностью, вертолеты «воздушные краны» имеют фюзеляжи, приспособленные для крепления и перевозки крупногабаритных грузов, и т. п.
Изготовляют фюзеляжи ферменной, балочной и смешанной конструкций.
Шасси вертолета предназначено для тех же целей, что и у самолетов. Способность вертолета взлетать без разбега и совершать посадку без пробега обусловила некоторое отличие взлетно-посадочных устройств по сравнению с аналогичными самолетными устройствами. Такими отличиями являются: меньшие размеры колес и шин, относительно больший ход поршня амортизатора для обеспечения более мягкой посадки.
В современных условиях встречаются вертолеты с тремя и четырьмя опорами, причем передние колеса делают всегда самоориентирующимися, что обеспечивает свободу маневра при рулении и автоматическую постановку колес по полету после отрыва вертолета от земли.
Шасси вертолета выполняется ферменным, балочным, рычажным, но, как правило, не убирающимся в полете. Однако в последнее время в связи с возрастанием максимальных скоростей на некоторых вертолетах устанавливаются убирающиеся шасси.
Для предохранения рулевого винта от поломки при случайном касании земли одновинтовые вертолеты имеют хвостовые опоры. Опора обычно делается упругой, чтобы удар о землю не был жестким. Иногда для этой цели устанавливают небольшое хвостовое колесо.
Существуют вертолеты, у которых взлетно-посадочные устройства снабжаются поплавками, изготовленными из прорезиненного искусственного материала. Такие вертолеты могут производить посадку на снег, размокший грунт, воду и т. п. Количество поплавков- два, три и реже четыре. Для посадки на снег, лед, вспаханную почву используется иногда лыжное шасси.
Управление вертолетом осуществляется при помощи системы управления, включающей в себя командные рычаги, на которые воздействует пилот для того, чтобы изменить режим полета и проводку управления. Обычно система управления подразделяется на систему управления несущим винтом, рулевым винтом и двигателем. Так же, как и на самолете, при проектировании системы управления руководствуются принципом - движение командных рычагов управления и вызванное этим изменение положения вертолета в пространстве должны соответствовать инстинктивным движениям человека.
Управление несущим винтом осуществляется при помощи автомата перекоса ручкой управления, расположенной перед сиденьем пилота, и рычагом «шаг-газ», который располагается обычно слева от сиденья пилота (рис. 158).
Управление рулевым винтом (путевое управление) осуществляется при помощи педалей ножного управления. При отклонении педалей меняется шаг рулевого винта и таким образом меняется величина силы тяги.
Многовинтовые вертолеты управляются несколько иначе. Следует отметить, что вертолетам присуща взаимозависимость движения в пространстве вокруг трех осей - продольной, поперечной и вертикальной при отклонении любого из органов управления.
Проводка управления может быть жесткой, мягкой и смешанной. Для уравновешивания на ручке управления усилий, постоянно действующих при установившемся полете, в проводку управления включают пружинные загрузочные механизмы. Поскольку эти механизмы выполняют роль триммеров рулей самолетов, то и на вертолете их часто называют «триммерами». Привод этих механизмов может осуществляться от штурвалов вручную или при помощи кнопок - при электрическом управлении.
В системах управления вертолетами широкое распространение нашли гидроусилители (бустеры), так как только они практически позволяют получить приемлемые усилия на ручках управления и быстроту действия. Бустеры в управлении могут быть обратимыми и необратимыми. Необратимые усилители исключают вибрацию ручки управления, но для создания необходимой величины усилий система управления снабжается специальными загрузочными устройствами (обычно пружинными).
Управление вертолетом на рис. 158 выполнено двойным, для чего в пилотской кабине имеются две ручки управления циклическим шагом 5, две ручки «шаг-газ» 6 и две пары педалей 2. Ручка управления имеет два пружинных загрузочных механизма 3 и 4 с электромеханическим приводом. В систему управления включены гидроусилители. Изменение величины и направления равнодействующей тяги несущего винта в полете приводит к нарушению равновесия вертолета. Для облегчения балансировки на вертолетах одновинтовой схемы на хвостовой балке устанавливаются небольшие стабилизаторы. Управление стабилизатором кинематически связывают с рычагом «шаг-газ». При движении рычага вниз стабилизатор уменьшает установочный угол, создавая кабрирующий момент.
Трансмиссии вертолетов. Для передачи необходимой мощности, направления вращения и необходимых оборотов от двигателя (двигателей) к рабочим механизмам служит трансмиссия вертолета. Схема компоновки трансмиссии зависит прежде всего от схемы вертолета, а также от типа и расположения двигателя.
Основными элементами трансмиссии вертолетов являются редукторы, валы, муфты включения трансмиссий и муфты свободного хода, тормоза несущих винтов.
На рис. 159 показана схема трансмиссии вертолетов одновинтовой схемы с поршневым двигателем. Мощность от двигателя передается на несущий и хвостовые винты и вентилятор охлаждения двигателя.
Главный редуктор понижает число оборотов несущего винта до 200-350 в минуту, без чего невозможно получить большой эффективности несущего винта.
Вследствие большой передаваемой мощности и довольно большой степени редукции 1:10 шестеренчатые редукторы выполняются преимущественно двухступенчатыми или планетарными.
Вращение и изменение числа оборотов рулевого винта достигается с помощью редукторов 4, 5, 7.
Муфта включения необходима для обеспечения работы двигателя при отключенном несущем винте, например, при его запуске и прогреве. Муфта может быть кулачковой, гидравлической, фрикционной или иного типа. Муфты включения преимущественно двухступенчатые: первая ступень фрикционная, вторая - жесткая. Такая конструкция обеспечивает плавное включение и вместе с тем большую передаваемую мощность.
Муфта свободного хода служит для автоматического отключения без вмешательства пилота трансмиссии и несущего винта от двигателя при его отказе. Несущий винт переходит в этом случае на режим авторотации, и вертолет может совершать безопасную посадку. Хвостовой винт, как это видно из рисунка, при отказе двигателя приводится во вращение несущим винтом.
Конструктивно муфта свободного хода может быть выполнена либо в виде роликовой, подобно велосипедной, либо храповой.
Валы, передающие мощность, выполняются в виде стальных труб. Конструкция вертолета в полете испытывает различные деформации. Для того чтобы исключить влияние деформации на работу вала, последние делают из нескольких частей, соединенных универсальными шарнирами (карданами) или гибкими муфтами. Для компенсации температурных влияний, а также отклонений в линейных размерах части вала имеют подвижные шлицевые соединения.
Тормоз несущего винта служит для замедления вращения несущего винта после выключения двигателя и фиксации его на стоянке вертолета. Тормоз обычно применяют фрикционный колодочного типа.
В конструкцию трансмиссии вертолета любой схемы входят те же элементы, что и в трансмиссию одновинтового вертолета. Помимо этого, у вертолетов с двумя двигателями и двумя несущими винтами устанавливается вал для синхронизации вращения несущих винтов. Этот вал служит также для передачи мощности несущим винтам от работающего двигателя в случае выхода из строя второго двигателя.
Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
Втулки несущего винта (ВНВ) состоят из корпуса и рукавов подвески лопастей с шарнирами. Совершенство ВНВ во многом зависит от того, насколько удачно выбраны ее основные параметры. К числу таких параметров для шарнирных винтов прежде всего относятся:
Разнос горизонтальных и вертикальных шарниров;
Параметры, характеризующие кинематику НВ, т.е. определяющие характер изменения истинного угла установки лопасти от углов отклонения лопасти в плоскости взмаха, вращения Н, и коэффициента компенсатора взмаха к, ср ист= /((3 , £ , к) ;
Параметры, характеризующие нагруженность подшипниковых узлов втулки;
Параметры, определяющие демпфирующий момент относительно вертикального шарнира (Bill) Мg~ fg , £,).
Несущие винты вертолетов в зависимости от того, как в них осуществляется отклонение лопасти в плоскости взмаха, могут быть разделены на три основных типа:
С горизонтальными шарнирами (ГШ) (2.4.1, а-д);
С упругими элементами, выполняющими роль ГШ (2.4.1, е, ж);
Без ГШ или заменяющих их упругих элементов (2.4.1, з).
В последнем случае требуемая податливость достигается подбором соответствующих жесткостных характеристик комлевой части лопасти и осевого шарнира (ОШ) втулки.
Изменение угла установки лопасти чаще всего осуществляется за счет ее поворота в ОШ. В некоторых НВ второго типа ОШ отсутствует, а угол установки лопасти меняется за счет закручивания упругого элемента.
В практической деятельности вертолетных фирм используются кинематические схемы втулок с различным расположением шарниров относительно оси вращения НВ. Различным сочетанием шарниров достигается решение ряда конкретных задач динамики НВ и характера нагружения подшипников шарнирных узлов.
Увеличение разноса ГШ повышает эффективность управления и допускаемый диапазон центровок вертолета, но при этом растут изгибающие моменты на валу главного редуктора. Из опыта отечественного вертолетостроения следует, что целесообразно иметь минимальный разнос ГШ, а необходимые запасы управления получать за счет соответственного подбора диапазона отклонения автомата перекоса (АП). Такой подход позволяет создать наиболее компактную и легкую конструкцию втулки, Увеличение числа лопастей вызывает определенные трудности с размещением сочленений в одной плоскости, что заставляет увеличивать разнос ГШ. Главным фактором, определяющим минимально допустимый разнос ВШ втулок обычной схемы, является обеспечение восстанавливающего момента Мштт, создаваемого центробежными силами лопасти. Необходимо
учитывать, что Мвт зависит от угла взмаха лопасти р.
Обычно разнос ВШ можно подбирать из условия, что диапазон углов отклонения лопасти в плоскости вращения (авторотация - взлет) составляет 12-18°.
При правильном выборе кинематики в этом случае обеспечивается устойчивость лопасти относительно ВШ. Вынос ВШ при принятых максимальных углах отклонения лопасти в плоскости вращения так не может быть уменьшен и должен быть пропорциональным максимальному крутящему моменту. Переход на современные лопасти из КМ с ул= 6-7 вместо ул= 3,5-5, как на вертолетах предыдущих поколений, требует определенного увеличения выноса ВШ, необходимого для сохранения диапазона углов отклонения в плоскости вращения. Это, естественно, влечет за собой некоторое возрастание массы втулки НВ. Выносом ВШ достигается изменение частот колебания лопасти в плоскости вращения, что связано с отстройкой от «воздушного» и «земного» резонанса. Совмещение ГШ и ВШ в виде карданного узла обеспечивает равномерное нагружение подшипников ГШ на всех режимах полета вертолета (2.4.1, б).
При механическом приводе лопастей НВ через втулку передается крутящий момент М от двигателя. Втулка воспринимает аэродинамические Т и Q и инерционные силы Р и моменты, возникающие на лопастях НВ, и передает их на фюзеляж (2.4.2).
Масса рукава втулки пропорциональна центробежной силе лопасти и его длине. Следовательно, для снижения массы втулки целесообразно максимально уменьшить длину рукава. Этому препятствует ряд ограничений. Длину рукава нельзя сделать меньше суммарного размера максимально придвинутых к корпусу узлов шарниров. Кроме того, сокращение рукава, особенно для втулок многолопастных винтов, связано с трудностями компоновочного характера.
Существенно уменьшается длина рукава (при заданном I штт) на втулке с порядком следования шарниров «ГШ-ОШ-ВШ» (вертолет «Чинук», 2.4.1, в) и «ОШ-ГШ-ВШ» (вертолет «Флетиер», 2.4.1, г). Конструктивная компоновка втулки с совмещенными шарнирами приведена на 2.4.3 (вертолет S-58).
Основными показателями, характеризующими совершенство конструкции шарнирных втулок НВ, являются:
Несущая способность подшипников ГШ, ВШ и ОШ;
Уровень напряжений в деталях, подверженных действию переменных нагрузок;
Ресурс и возможность его дальнейшего увеличения;
Работоспособность демпферов;
Масса втулки;
Технологичность деталей и узлов;
Простота и удобство обслуживания.
Вертолет Ми-8 был разработан в начале 1960 гг. ОКБ им. М.Л. Миля (ныне ОАО "МВЗ им. М.Л.Миля") в кооперации с другими предприятиями, а программа его создания стала крупнейшей в мире вертолетостроения.
Вертолет Ми-8 предназначен для перевозки пассажиров, багажа, грузов и почты в труднодоступной местности, а также для проведения специальных авиационных работ в различных отраслях народного хозяйства.
По весовой категории вертолет Ми-8 относится к вертолетам 1 класса.
Вертолет спроектирован по одновинтовой схеме с пятилопастным несущим и трехлопастным рулевым винтами. На вертолете установлены два турбовинтовых двигателя ТВ2-117АГ со взлетной мощностью 110 кВт каждый, что обеспечивает возможность посадки вертолета при отказе одного из двигателей.
Вертолет эксплуатируется в двух основных вариантах: пассажирском Ми-8П и транспортном Ми-8Т.
Пассажирский вариант вертолета предназначен для межобластных и местных перевозок пассажиров, багажа, почты и малогабаритных грузов. Он рассчитан на перевозку 28 пас¬сажиров. Транспортный вариант предусматривает перевозку грузов массой до 4000 кг или 24 служебных пассажиров. По желанию заказчика пассажирский салон вертолета может быть оборудован в салон с повышенным комфортом на 11 или 7 пассажиров.
Вертолет с внешней подвеской грузов перевозит крупногабаритные грузы массой до 3000 кг вне фюзеляжа.
Перегоночный вариант вертолета необходим для выполнения полетов с увеличенной дальностью (от 620 до 1035 км). В этом случае в грузовую кабину вертолета за счет коммерческой нагрузки устанавливают один или два дополнительных топливных бака:
Существующие варианты вертолета снабжены электролебедкой, позволяющей с помощью бортовой стрелы поднимать (опускать) на борт вертолета грузы массой, до 150 кг, а также при наличии полиспаста затягивать в грузовую кабину грузы массой до 2600 кг.
Экипаж вертолета состоит из двух пилотов и бортмеханика.
Всего построено около более 11000 вертолетов (примерно 7300 в Казани и 3800 в Улан-Удэ) типа Ми-8 (Ми-17) более чем 150 модификаций, которые эксплуатируются в 70 государствах мира. Первый в настоящее время производит, в основном, модификации Ми-17-1В в различной комплектации и исполнении (до 90-95% поступает на экспорт), а второй - выпускает модификации Ми-8АМТ (Ми-171) и МИ-8АТМШ (Ми-171Ш).
Ми-8 - базовая модель вертолета; Ми-8П - пассажирский (28 пассажиров) вертолет с двигателями ТВ2-117А (2х1500 л.с); Ми-8Т - транспортно-десантный вертолет с двигателями ТВЗ-117А (24 десантника, на вооружении с 1968 г.);Ми-8ТВ – транспортно-десантный вертолет с усиленным вооружением (блоки НАР, ПТУР "Фаланга"); Ми-8МТ (Ми-17) - модернизированный транспортно-десантный вертолет (1980 г.) с двигателем ТВЗ-117МТ (2х1900 л.с); Ми-18 – модифицированный Ми-8Т с увеличенной на 1 м кабиной (1982 г., 38 солдат или груз массой до 6,5 т); Ми-8МТВ-1 (-2, -3, -5) - многоцелевые модификации для применения в транспортно-десантном, боевом (с блоками НАР, бомбами и стрелково-пушечным вооружением), поисково-спасательном (ПСС, Ми-8ПС, Ми-8СПА) и санитарном вариантах;
1.КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЕРТОЛЕТА МИ-8
Конструкция вертолета Ми-8 (рис. 1) состоит из следующих основных частей и систем: фюзеляжа, взлетно-посадочных устройств, воздушной системы, силовой установки, трансмиссии, несущего и рулевого винтов, противообледенительной системы, системы управления вер¬толетом, гидравлической системы, системы отопления или кондиционирования воздуха, устройства для внешней подвески грузов, такелажно-швартовочного, бытового, авиационного и радиоэлектронного оборудования.
Рис. 1 Общий вид вертолета МИ-8
Фюзеляж вертолета включает носовую и центральную части, хвостовую и концевую балки. В носовой части расположена кабина экипажа, где установлены приборные доски, электропульты, сиденья пилотов, командные органы управления. Носовая часть фюзеляжа отделена от центральной стыковочным шпангоутом № 5Н, в стенке которого имеется дверной проём.
Спереди, на стенке шпангоута № 5Н, расположены этажерки радио-, электрооборудования, сзади - контейнеры под аккумуляторы, коробка и пульт управления электролебедкой.
Над грузовой кабиной размещены двигатели, вентилятор, главный редуктор с автоматом перекоса и несущим винтом, гидропанель и расходный топливный бак.
К узлам фюзеляжа снаружи крепятся амортизаторы и подкосы главных и передних стоек шасси, подвесные топливные баки. Впереди правого подвесного топливного бака распо¬ложен керосиновый обогреватель. Грузовая кабина заканчивается задним отсеком с грузовыми створками. В верхней части заднего отсека расположен радиоотсек, в котором установлены панели под блоки авиационного и радиоэлектронного оборудования. Для выхода из грузовой кабины в радиоотсек и хвостовую балку имеется люк. Грузовые створки закрывают задний проем грузовой кабины, через который загружают и выгружают грузы.
К центральной части фюзеляжа пристыкована хвостовая балка, к узлам которой прикреплены хвостовая опора и неуправляемый стабилизатор. Снизу хвостовой балки расположены две антенны радиовысотомера, внутри в верхней ее части, проходит хвостовой вал трансмиссии. К хвостовой балке пристыкована концевая балка, внутри которой установлен промежуточный редуктор и проходит концевая часть хвостового вала трансмиссии. Сверху к концевой балке прикреплен хвостовой редуктор, на валу которого установлен рулевой винт.
Вертолет оснащен неубирающимся в полете шасси трехстоечной схемы. Каждая стойка шасси снабжена жидкостно-газовыми амортизаторами. Колеса передней стойки самоориентирующиеся, колеса главных стоек снабжены тормозными устройствами, для управления которыми вертолет оборудовал воздушной системой.
Силовая установка состоит из двух двигателей ТВ2-117АГ и систем, обеспечивающих их работу.
Для передачи мощности от двигателей к несущему и рулевому винтам, а также для привода ряда агрегатов систем на вертолете установлена трансмиссия, состоящая из главного, промежуточного и хвостового редукторов, хвостового вала, вала привода вентилятора и тормоза несущего винта. Каждый двигатель и главный редуктор, имеют свою автономную маслосистему, выполненную по прямой одноконтурной замкнутой схеме с принудительной циркуляцией масла. Для охлаждения маслорадиаторов двигателей и главного редуктора, стартеров-генераторов, генераторов переменного тока, воздушного компрессора и гидронасосов на вертолете предусмотрена система охлажде¬ния, состоящая из высоконапорного вентилятора и воздухопроводов. Для защиты лопаток компрессоров двигателей от преждевременного изнашивания перед двигателями установлены пылезащитные устройства.
Двигатели, главный редуктор, вентилятор и панель с гидроагрегатами закрыты общим капотом. При открытых крышках капота обеспечивается свободный доступ к агрегатам силовой установки, трансмиссии и гидросистемы. При этом открытые крышки капота двигателей и главного редуктора являются рабочими площадками для выполнения технического обслуживания систем вертолета. Вертолет оборудован средствами противопожарной защиты. Продольная и поперечная противопожарные перегородки делят подкапотное пространство на три отсека: левого двигателя, правого двигателя и. главного редуктора. Противопожарная система предусматривает автоматическое и принудительное срабатывание огнетушителей и подачу огнегасящего состава в необходимый отсек
Вертолет имеет несущий винт, состоящий из втулки и пяти лопастей. Втулка имеет разнесенные горизонтальные, вертикальные и осевые шарниры и снабжена гидравлическими демпферами, компенсаторами взмаха, центробежными ограничителями свеса лопастей и гасителем вибрации. Лопасти цельнометаллической конструкции имеют визуальную систему сигнализации повреждения лонжерона и электротепловое противообледенительное устройство. Рулевой винт - толкающий, изменяемого в полете шага, состоит из втулки карданного типа и трех цельнометаллических лопастей, снабженных электротепловым противообледенительным устройством.
Управление вертолетом - сдвоенное, состоит из продольно-поперечного управления, путевого управления, объединенного управления «шаг - газ» и управления тормозом несущего винта. Кроме того, предусмотрено раздельное управление изменением мощности двигателей и их остановом. Изменение общего шага несущего винта и продольно-поперечное управление вертолетом осуществляются с помощью автомата перекоса, установленного над главным редуктором.
Для облегчения управления в систему продольного, поперечного, путевого управлений и управления общим шагом включены по необратимой схеме гидроусилители, для питания которых, а также для питания гидроцилиндра расстопоривания фрикциона ручки ШАГ - ГАЗ и гидроупора продольного управления на вертолете имеются основная и дублирующая гидросистемы. Для повышения безопасности полетов на вертолете установлен четырехканальный автопилот АП-34Б, который обеспечивает стабилизацию вертолета в полете по крену, курсу, тангажу и высоте. Основные параметры полета записываются системой САРПП-12ДМ.
2.ВТУЛКА НЕСУЩЕГО ВИНТА
2.1.Общие сведения:
Втулка несущего винта- основной агрегат несущего винта; предназначается для крепления лопастей, передачи крутящего момента от вала главного редуктора к лопастям, а также для восприятия и передачи на фюзеляж аэродинамических сил, возникающих на лопастях несущего винта. Различают следующие типы В. н. в.: шарнирные, упругие и жёсткие.
В конструкции шарнирной втулки крепление лопастей к корпусу втулки осуществляется посредством горизонтальных, вертикальных и осевых шарниров.
Горизонтальные шарниры (ГШ) обеспечивают возможность махового движения лопастей. Вертикальные шарниры позволяют лопастям совершать колебания в плоскости вращения (эти колебания возникают под действием переменных сил лобового сопротивления и сил Кориолиса, появляющихся при колебаниях лопасти относительно горизонтального шарнира). Благодаря шарнирному сочленению лопастей с корпусом втулки значительно снижаются переменные напряжения в элементах несущего винта и уменьшаются передающиеся от винта на фюзеляж вертолёта моменты аэродинамических сил.
Осевые шарниры (ОШ) В. н. в. предназначены для изменения углов установки лопастей. В целях уменьшения свеса (изгиба) лопастей и создания необходимых зазоров между лопастями и хвостовой балкой вертолёта при невращающемся несущем винте и при малой частоте вращения несущего винта в конструкцию В. н. в. введены центробежные ограничители свеса.
Во всех шарнирах, в которых используются подшипники качения, предусматриваются системы смазки и уплотнений. В осевых шарнирах в качестве элементов, воспринимающих центробежные силы лопастей, применяются пластинчатые и проволочные торсионы, изготовленные из высокопрочной нержавеющей стали. Имеются так называемые эластомерные В. н. в., в шарнирах которых применяются цилиндрические, конические или сферические эластомерные подшипники. Эти подшипники выполнены из слоев стали и привулканизированных к ним слоев эластомера. Отсутствие трущихся металлических деталей уменьшает износ узлов. Конструкция В. н. в. упрощается, устраняется необходимость применения торсионов, сокращается время на техническое обслуживание, увеличивается надёжность конструкции. В конструкциях шарнирных В. н. в. с целью предотвращения явления «земного резонанса» колебания лопастей относительно вертикальных шарниров гасятся с помощью демпферов. которые в зависимости от используемого рабочего элемента подразделяются на фрикционные, гидравлические, пружинно-гидравлические и эластомерные.
Шарнирные В. н. в. в зависимости от схемы могут быть трёх типов: с разнесёнными горизонтальными шарнирами (оси горизонтальных шарниров находятся на некотором расстоянии от оси несущего винта), с совмещёнными горизонтальными шарнирами (оси горизонтальных шарниров пересекаются на оси несущего винта), с совмещёнными горизонтальными и вертикальными шарнирами (оси обоих шарниров пересекаются в одной точке, отнесённой на некоторое расстояние от оси несущего винта).
Упругая втулка может быть выполнена с упругим элементом только в одном вертикальном или горизонтальном шарнире либо сразу в обоих шарнирах. Корпус упругой В. н. в. изготовляется, как правило, из композиционных материалов. За осевым шарниром, который может быть выполнен по схеме с подшипниками качения и торсионом или с эластомерными подшипниками, расположена внешняя упругая часть втулки, обеспечивающая маховые движения лопасти. На несущем винте с такой втулкой может быть значительно повышена эффективность управления по сравнению с шарнирной В. н. в., что способствует увеличению манёвренности вертолёта.
Жёсткая втулка имеет прочный центр, корпус (обычно из титанового сплава), прикреплённый к жёсткому приводному валу, и осевые шарниры, к корпусам которых через гребёнки прикреплены лопасти из композиционных материалов. В несущем винте с такой втулкой лопасть совершает колебательные движение в плоскости тяги и вращения не путём поворота в шарнирах, а благодаря большим деформациям лопасти или её более тонкого комлевого участка. Эти деформации оказываются допустимым и вследствие высокой прочности композиционных материалов. Такой винт с жесткой втулкой может рассматриваться подобным винту с шарнирной втулкой, имеющей большой разнос горизонтальных шарниров (10-35% от радиуса винта).
Вертолёт с жёсткой В. н. в. обладает хорошими характеристиками управляемости. Важным преимуществом жёсткой В. н. в. является её простота (отсутствие высоконагруженных подшипников в шарнирах, демпферов и центробежных ограничителей свеса лопастей), облегчающая и удешевляющая изготовление винта и обслуживание его в эксплуатации.
2.2 Конструкция Втулки НВ:
Основные составные части Втулки НВ: корпус втулки, пять узлов горизонтальных, вертикальных, осевых шарниров, пять гидродемпферов вертикальных шарниров с компенсационной системой, пять центробежных ограничителей свеса лопасти, детали установки крепления на валу НВ.
Рис. 2. Общий вид втулки несущего винта.
Корпус втулки изготовлен из легированной высокопрочной стали. В центре корпуса имеется отверстие с эвольвентными шлицами, которыми он соединяется со шлицами вала НВ главного редуктора. Центрирование корпуса втулки на валу осуществляется с помощью двух конусных колец (верхнего и нижнего), для чего в центральной расточке корпуса имеются две конические поверхности.
Нижнее кольцо разрезное, верхнее состоит из двух полуколец. В верхней части корпуса имеется фланец, к которому шпильками крепится бачок гидродемпферов вертикальных шарниров, а в нижней части отверстие под штифт фиксации кронштейна серьги подвода тарелки автомата перекоса. Автомат перекоса предназначен для изменения величины и направления тяги НВ, состоит из направляющей ползуна, ползуна, кронштейна, внутреннего кардана, тяг поворота лопастей, качалок продольного и поперечного управлений,рычага общего шага и поводка тарелки. К проушинам корпуса с помощью пальцев ГШ присоединяются скобы. Эти соединения образуют ГШ ВНВ. В каждой проушине корпуса устанавливается наружные кольца двух игольчатых подшипников, которые закрепляются гайками. Между кольцами установлены две бронзовые шайбы, которые воспринимают осевые усилия, возникающие при колебаниях лопасти вокруг оси ВШ, когда лопасти отклоняются от прямой, перпендикулярной оси ГШ.
Между бронзовыми шайбами и внутренними кольцами игольчатых подшипников устанавливается упорное кольцо. Внутренние кольца игольчатых подшипников установлены на пальце ГШ и стянуты между проушинами скобы с помощью гайки.
Палец ГШ имеет проушины для крепления гидравлического демпфера. Внутренняя полость ГШ уплотняется резиновыми армированными манжетами и уплотнительными кольцами. Для ограничения поворота лопасти вокруг оси ГШ на корпусе втулки и скобах имеются специальные упоры. Скоба представляет собой деталь коробчатого сечения, на концах которой имеются проушины для соединения с корпусом и цапфой ОШ. Оси проушин расположены под прямым углом друг к другу.
Снизу на скобе имеются две проушины, в которые устанавливается палец собачки ЦОСЛ. Нижние упоры на скобе состоят из центробежных и постоянных ограничителей свеса. Механизм ЦОСЛ состоит из противовеса, пальцев, тяги, пружины и собачки. Центробежные ограничители являются ограничителями свеса лопастей при неработающих двигателях на земле, а также при частоте вращения НВ менее 108 об/мин. При нормальной работе НВ в полёте, лопасти совершая маховое движение, не достигают упоров в виду наличия большой центробежной силы, действующей на лопасть, которая является естественным регулятором взмаха и удерживает лопасти вблизи плоскости вращения втулки позволяя им совершать небольшие по амплитуде маховые движения.
Рис. 3. Центробежный ограничитель свеса лопасти:
1-противовес; 2-палец; 3-пружина; 4-тяга; 5-палец;6-собачка
Механизм центробежного ограничителя свеса (рис. 3), состоит из противовеса-1, пальцев-2 и 5, тяги-4, пружины-3 и собачки-6. При раскрутке несущего винта по мере увеличения скорости вращения действующая на противовес 1, центробежная сила начинает поворачивать противовес и собачку 6 . При достижении частоты вращения 108 об/мин упор собачки ограничителя отойдет вниз на столько, что при маховом движении лопасти уже не будет ограничивать ее взмах вниз. При частоте вращения несущего винта более 108 об/мин маховые движения лопастей вниз ограничиваются постоянными упорами скобы, которые позволяют отклоняться лопасти вниз на угол 40(+-10/90)
С уменьшением частоты вращения несущего винта менее 108 об/мин (вследствие уменьшения центробежной силы противовеса) начинается обратное движение частей механизма и при частоте вращения 95 об/мин и менее пружина 3 установит противовес 1 и собачку 6 в исходное положение, при котором свес лопастей ограничивается углом в 1°40".
Как уже упоминалось выше, по способу крепления лопасти к втулке и втулки к валу редуктора, вращающего винт, несущие винты можно подразделить на шарнирные (с разнесенными шарнирами); с общим горизонтальным шарниром и с жёстким креплением лопастей.
Втулка с разнесенными ГШ не пересекается с осью вращения НВ, для них можно выделить три схемы:
Ⅰсхема: ГШ – ВШ - ОШ: а=о, - .Перпендикулярна оси ГШ.
Эта втулка имеет ряд недостатков:
-на крейсерских режимах лопасть отклоняется, в плоскости вращения её хорда становится не параллельной оси ГШ, поэтому при маховых движениях самопроизвольно меняется шаг, что вызывает запрокидывание лопасти до упоров.
-на крейсерских режимах результирующая сила R, передаваемая на лопасть ВШ, не перпендикулярна оси ГШ, что вызывает неодинаковое нагружение проушин скобы и подшипников ГШ, а это приводит к их неодинаковому износу.
Рис. 5. Втулка НВ с разнесенными ГШ (1-я схема):
Ⅱсхема: ГШ – ВШ - ОШ: а≠о, - не перпендикулярна оси ГШ.
Величина смещения ГШ подобрана такой, чтобы крейсерских режимах лопасть отклонялась относительно ВШ шарнира так, что хорда лопасти становилась параллельна оси ГШ. Тогда при маховых движениях она перемещается параллельно самой себе и это не вызывает самопроизвольного изменения шага. Результирующая сила R одинаково нагружает проушины и подшипники ГШ, но это будет только на крейсерских режимах, на других режимах втулка имеет те же недостатки, что и у 1 схемы. Кроме этого, она сложнее в изготовлении.
Рис. 6.Втулка НВ с разнесенными ГШ (2-я схема).
Ⅲ схема: ВШ - ОШ - ГШ или ВШ - ОШ - ГШ. У втулок этой схемы ГШ и ВШ поменялись местами. Втулки не имеют недостатка, присущие первым двум схемам, та как хорда лопасти здесь всегда параллельна оси ГШ. Нет потери устойчивости маховых движений, а подшипники всегда нагружены одинаково на всех режимах, зато подшипники ВШ здесь нагружаются не одинаково.
У втулки с совмещенными ГШ ось пересекается с осью вращения НВ. Лопасти крепятся к втулке через карданное соединение. Такие втулки менее прочны, поэтому используются на лёгких вертолётах.
Рис. 7. Втулка НВ с разнесенными ГШ (3-я схема):
1-ГШ;2-ВШ;3-ОШ;4-Втулка;5-лопасть.
Шарнирная втулка имеет корпус с проушинами сидящий на шлицах вала, ГШ, ВШ, соединённые скобой цапфу ОШ, к которому крепится лопасть. На вал накручивается гайка, которая через центрирующее кольцо удерживает втулку.
Рис. 8. Шарнирная втулка НВ:
1-центрирующее кольцо; 2-гайка; 3-ГШ; 4-ВШ; 5-цапфа; 6-лопасть; 7-ОШ;
8-скоба; 9-корпус; 10-вал.
Шарнирная втулка имеет три шарнира: ГШ; ВШ; ОШ. Благодаря наличию шарниров лопасть может совершать три вида вращательных движений: маховое (относительно ГШ, угол взмаха β), колебания в плоскости вращения винта (относительно ВШ угол θ), изменение установочного угла, т.е шага лопасти (относительно ОШ, угол φ) .
ГШ предотвращают опрокидывание вертолёта относительно продольной оси на режимах косого обтекания НВ и разгружают лопасти от изгибающих моментов в их корневых частях. ГШ образован проушиной корпуса втулки, в которой размещены два опорных игольчатых подшипника. Внутренняя полость пальца заполнена смазкой, которая через отверстия попадает на дорожку подшипника. В игольчатом подшипнике находится 43 иглы размером 6,5 60 мм. Наружные обоймы подшипников зафиксированы гайками, вворачиваемыми с торцов в отверстия проушин корпуса втулки и имеющими армированные резиновые манжеты. Между наружными обоймами находятся два упорных кольца. Палец соединён через проушину серьгой с корпусом гидродемпфера. Стяжная гайка, наворачивается на палец, контрится пластинчатым замком. Для предотвращения утечки масла через уплотнения при повышении давления внутри шарнира в заливное отверстие устанавливается компенсатор давления с пальчиковой диафрагмой, внутренняя полость которой сообщена с атмосферой. Нагрузки при маховых движениях лопасти в вертикальной плоскости воспринимаются игольчатыми подшипниками, осевые нагрузки от проушин скобы передаются через хромированные кольца. Масло из полости в корпусе втулки НВ поступает на смазку игольчатых подшипников.
Рис. 9. Горизонтальный шарнир:
1-корпус втулки; 2-проушина корпуса; 3-палец; 4-проушина скобы;5-подшипник
ВШ, образованный проушинами скобы и головной частью цапфы осевого шарнира, обеспечивает разгрузку лопасти в корневой части лопасти от изгибающего момента, действующего в плоскости вращения. В верхней крышке на пальце установлен компенсатор давления с пальчиковой диафрагмой, а снизу на пальце сливная пробка. Масло из внутренней полости пальца поступает на трущиеся детали подшипников, через радиальные отверстия и внутренние обоймы подшипников. Для удаления под давлением воздушных пробок из масляной полости на упорах головной части цапфы ОШ установлены пресс-маслёнка и контрольный клапан.
ОШ позволяет изменять углы установки лопасти. ОШ состоит из цапфы, упорной гайки двух опорных шариковых подшипников, гайки, корпуса, проушин, к которым крепится лопасть. Изнутри в корпусе располагаются регулировочное кольцо, тарельчатые пружины. На корпусе сверху находится заливная пробка, снизу- магнитная пробка, контрольный стаканчик; на боковой поверхности крепится рычаг поворота лопасти,на внешней торцовой – гребёнка крепления лопасти. Радиальные нагрузки при изменении углов установки лопастей воспринимаются шариковыми подшипниками, центробежная сила лопасти – через двухрядный роликовый упорный подшипник передаётся на цапфу ОШ и далее через ВШ, скобу, ГШ на корпус втулки НВ.
Рис. 10. Осевой шарнир:
1-цапфа; 2,8-гайка; 3,7-шариковый подшипник; 4,6-распорная втулка;
5-роликовый подшипник;9-корпус;10-проушины
3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА ПО РЕМОНТУ ВТУЛКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА НА ОАО «СПАРК»
Свою историю предприятие ОАО «СПАРК» начало 4 июня 1931 года именно тогда Приказом №364 Начальника УКГВФ авиационные ремонтные предприятия Ленинграда реорганизованы в Авиационно-ремонтную базу ГВФ.
В настоящее время предприятие предлагает свои услуги по ремонту следующих типов вертолетной техники:
Капитальный ремонт вертолетов Ми-8/Ми-17 всех серий и модификаций и комплектующих к ним.
- Капитальный ремонт вертолетов Ка-27 всех серий и модификаций и комплектующих к ним.
- Капитальный ремонт вертолетов Ка-32Т и Ка-32С и комплектующих к ним.
Также предприятие ОАО«СПАРК» предлагает свои услуги по продлению назначенных ресурсов агрегатов несущей системы, управления и трансмиссии.
ОАО«СПАРК» имеет право на продление назначенных ресурсов для следующих агрегатов вертолета МИ-8МТВ (АМТ):
- втулка несущего винта 8-1930-000 сер.02., выпущенная после 01.01.1987года;
- втулка рулевого винта 246-3914-000 сер.01;
- автомат перекоса 8-1950-000;
- промежуточный редуктор 8А-1515-000;
- хвостовой редуктор 246-1517-000;
- хвостовой вал 8А-1516-000.
Продление назначенного ресурса втулке несущего винта 8-1930-000сер.02. и автомату перекоса 8-1950-000, согласно решению № 24.2.5-1000ГА от 28.08.2003 ДПЛГГВС и ТРГАМТ России, проводится в пределах назначенного ресурса 5000 часов с межремонтным ресурсом 1500 часов и межремонтным сроком службы 8 лет.
Продление назначенного ресурса промежуточному редуктору 8А-1515-000; хвостовому редуктору 246-1517-000;хвостовому валу 8А-1516-000 и втулке рулевого винта 246-3914-000 сер. 01, проводится согласно решению № 24.2.5 - 1659 ГА от 17 декабря 2003 г. ДПЛГГВС и ТРГАМТ России.
Продление назначенного ресурса агрегатам хвостовой трансмиссии (промежуточному редуктору 8А-1515-000; хвостовому редуктору 246-1517-000; хвостовому валу 8А-1516-000) вертолетов Ми-8МТВ-1, Ми-8АМТ и их модификаций при выполнении ими транспортных работ осуществляется в пределах назначенного ресурса 4500 часов с межремонтным ресурсом 1500 часов и межремонтным сроком службы 6 лет, втулке рулевого винта 246-3914-000сер. 01 вертолетов Ми-8МТВ-1, Ми-8АМТ и их модификаций в пределах назначенного ресурса 5000 часов с межремонтным ресурсом 1000 часов и межремонтным сроком службы 7 лет.
В продлениях принимают участие представители ГосНИИГА и ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля».
Также ОАО «СПАРК» в соответствии с бюллетенями, указаниями и решениями промышленности организует проведение работ по оценке технического состояния изделий авиационной техники с целью увеличения календарного срока службы и(или) ресурсов:
планера вертолета Ми-8/Ми-17 (всех модификаций);
двигателя ТВ3-117;
двигателя ТВ2-117;
вспомогательной силовой установки АИ-9(В);
главного редуктора ВР-14;
главного редуктора ВР-8А;
лопастей несущего винта;
лопастей рулевого винта.
К выполнению данного вида работ привлекаются специалисты ГосНИИГА, ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля», ОАО «Климов», ОАО «Пермский моторный завод», ОАО «Редуктор-ПМ», ЗМКБ «Прогресс», ОАО «Мотор Сич» и др.
На предприятии проводятся комплексные работы по продлению ресурсов и сроков службы вертолетов и их агрегатов. Совместно с ОАО «МВЗ им. М.Л. Миля» и научно-исследовательскими институтами ОАО «СПАРК» выполняет программы ресурсных испытаний планера, агрегатов трансмиссии и несущей системы вертолета.
Для всего этого, предприятие обладает материальной базой в необходимых для этого условиях, площадь предприятия насчитывает – более 2 га. Для всех предлагаемых видов работ есть специализированные помещения, ангары, стенды, спецоборудование и спецтранспорт.
Остановимся более подробно на участке по ремонту втулки несущего винта, помещение предусмотренное для этого вида работ имеет площадь 450 кв метров. Персонал участка представляет собой следующий численный состав:
Во главе рабочей смены стоит мастер (1 чел.)
Бригадир (1 чел. выбирается из числа рабочих)
Рабочие (5 чел.)
Смена работает по графику 5 через 2 с нормированным рабочим днем до 17-15 и перерывом на обед.
Теперь непосредственно организация производственного процесса и описание рабочих мест.
Как известно, рационально организованное рабочее место обеспечивает условия труда, правильное построение трудового процесса, избавляет от лишних и неудобных движений, позволяет сократить затраты времени, улучшить использование оборудования, повысить качество выполняемой работы, обеспечить сохранность оборудования.
В целях обеспечения этого, организация труда предполагает осуществление комплекса мероприятий:
1. разработка перечня работ и операций основного производства и установление последовательности их выполнения;
2. подбор, профессиональная подготовка и расстановка кадров, четкое определение обязанностей каждого работника;
3. организация и оснащение рабочих мест, обеспечивающие эффективное выполнение каждым работником, производственных заданий;
4. внедрение наиболее рациональных приемов и методов выполнения работ;
5. создание необходимых санитарных и производственно-бытовых условий, обеспечивающих гигиену и безопасность труда, регламентация режимов труда и отдыха работников;
6. установление норм труда и его оплаты, выбор форм морального и материального стимулирования роста производительности труда;
Производственный участок по ремонту втулки несущего вида несомненно отвечает всем этим требованиям. Согласно руководящим документам участок сертифицирован и имеет паспорт в котором отображены все необходимые аспекты касающиеся производственного процесса в целом
Табл. 1
Сведения о Производственном персонале участка.
№ п.п Фамилия, Имя, Отчество Год рождения Образование Разряд № свидетельства на право ремонта авиатехники № удостоверения об окончании ПТК Шифр инстр. клейма Замечания мастера
1 2 3 4 5 6 7 8 9
1
2
Мастер участка__________________________
"_____" ____________________________2010г.
На таблице 1 представлен внешний вид страницы паспорта, показывающий уровень технической подготовки персонала, есть графа для нареканий от мастера, сведения о дате последнего ПТК, что позволяет проверяющему или сертифицирующему органу самостоятельно оценить квалификацию и иерархию коллектива участка.
На Таблице 2 – страница паспорта представляющая перечень документов действующих на данном участке, что помогает персоналу, в работе оценивать дополнения к ранее изданным документам, дату изменений, и полный список того, что возможно понадобиться в работе
Табл.2
Перечень технологических документов действующих на данном участке.
№ п.п Наименование технологического документа ШИФР Дата внедрения Внедренные листы изменения технологических документов,тех. Указания,Дополнения
1 2 3 4 5
1
2
Название третьей таблицы свидетельствует о странице паспорта, в которой указан перечень тех номенклатурных документов, которые непосредственно должны знать работники участка и выполнять все пункты этих документов. Ответственность за выполнение, возлагается на мастера участка, контроль за ведущим технологом.
Табл.3
Перечень приказов, указаний и бюллетеней, подлежащих выполнению на данном участке.
№ п.п Наименование документа Дата внедрения Место хранения документа Примечания
1 2 3 4 5
1
2
Мастер участка________________ Ведущий технолог_________
"___" ________2010г. "___" ________2010г.
Как выше было сказано, участок по ремонту втулки несущего винта, полностью отвечает всем требованиям трудового законодательства, нормам пожарной безопасности, сведения об этом и документация на эту тему внесена в следующую страницу паспорта, отображенную в таблице 4.
Табл.4
Перечень инструкций НПО, Охране труда, Технике безопасности и Противопожарным правилам,действующим на участке.
№ п.п Наименование документа ШИФР Примечания
1 2 3 4
1
2
Мастер участка________________ Ведущий технолог_________
"___" ________2010г. "___" ________2010г.
Также в паспорте отображено все оборудование (Таблица 5), что удобно при инвентаризации, и разграничении ответственности работников за свои рабочие места.
Табл.5
Перечень оборудования Участка.
№ п.п Наименование оборудования № эксплуатационного паспорта/инвентарный № Фамилия ответственного лица Примечания
1 2 3 4 5
1
2
Мастер участка________________ Ведущий технолог_________
"___" ________2010г. "___" ________2010г.
В паспорте участка (таблица 6) обязательно есть страница, в которой проверяющий ОТК или ОГТ может оставить запись о нарушениях выявленных в ходе проверки при продлении срока действия паспорта или проверить исполнения по ранее оставленным замечаниям, со сроками действия паспорта или последним продлением проверяющий может ознакомиться на следующей странице паспорта участка (таблица 7).
Табл.6
Замечания по исполнению технологий, технической культуре и состоянию участка.
№ п.п Замечания проверяющих лиц: мастера, мастера ОТК, инженера ОГТ и др. Подпись, должность, дата. Исполнение по замечаниям. Подпись, должность, дата.
1 2 3
1
2
Табл.7
Сведения о проверке и продлении паспорта производственного участка.
Отметка о продлении паспорта ДАТА Должность Подпись
1 2 3 4
Паспорт участка проверен и дополнен. Срок действия продлен До "__"________20__г.
На последней странице паспорта зачастую проверяющий следит, чтобы заявленное количество листов совпадало с фактическим, есть или нет вклейки, состояние паспорта, условия его хранения, по которым он может сделать вывод о состоянии влажности в рабочее время на участке. Технолог, Начальник ОТК и Главный инженер ставят свои подписи при изготовлении паспорта или при замене на более новый. Внешний вид последней странице отображен схематически (Таблица 8).