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TRANSPORTE PESSOAL: TERRESTRE, ÁGUA, AÉREO
Helicóptero AV-1. transporte pessoal
Diretório / Transporte pessoal: terrestre, aquático, aéreo Caro entusiasta da aviação! Este artigo pode ser útil ao projetar e construir um helicóptero leve. O helicóptero proposto (AV-1) é fruto de uma longa paixão pela aviação, resultado de um trabalho persistente e meticuloso durante cinco anos, dos quais dois anos foram gastos na construção e o restante em testes, ajustes finos, domínio da pilotagem , reparos e modernização. O projeto atende a vários dos requisitos mais importantes para uma aeronave usada por amadores: a capacidade de ser armazenada em uma sala pequena; transporte até o local do voo - de carro, moto e até manualmente; montagem dentro de 18-20 minutos por uma pessoa (usando apenas duas chaves). O problema de segurança em caso de falha do motor e da transmissão durante o voo foi resolvido de forma muito confiável. O projeto do rotor principal (RO) e do sistema de controle possui características que “perdoam” erros de pilotagem como rotor pesado e sobrecargas. É claro que o projeto do helicóptero foi significativamente influenciado pelas condições restritas em que foi fabricado, bem como pelas dificuldades com materiais e equipamentos, por isso é claro que a máquina está longe do ideal. Mas estou feliz com isso. Para começar, darei exemplos de cálculos dos principais elementos estruturais. Assim, o diâmetro do rotor principal AB-1 foi selecionado a partir da condição de carga por unidade de área do disco varrido (Ps) dentro da faixa de 6-7 kg/m2. Este valor foi retirado dos resultados do processamento de dados estatísticos de giroplanos leves e helicópteros com carga específica (p) na faixa de 6-8 kg/hp. No meu caso, com base no peso estimado de voo (t) do aparelho 180-200 kg (peso vazio 100-120 kg) e tendo um motor com potência (N) de 34 cv, dois dos quais deveriam ter sido gastos em acionando o rotor de cauda, obtemos os seguintes valores de carga por unidade de potência, área do disco varrido NV (Som) e diâmetro do NV (D):
O diâmetro HB de 6,04 m é muito próximo do tamanho HB de um giroplano Bensen com motor de 40 hp. e pesando 190kg. Com esses dados iniciais, havia esperança de que o helicóptero voasse. Mas para que ele voe como veículo, é necessário que o empuxo HB (T) seja significativamente maior que a massa do aparelho (pelo menos 1,4 vezes). Isso fornece suficiente razão vertical de subida e altitude de voo. Agora vamos calcular o T máximo no modo pairando em uma atmosfera normal (760 mm Hg, 18°C). Neste caso, a fórmula empírica foi usada: T \u33,25d (2N Dn) 3/XNUMX, onde: n=0,6...0,7 - coeficiente. Como resultado, o empuxo acabou sendo de 244,8 kg, muito próximo ao realmente obtido durante os testes do AV-1. (Com base na razão nomeada 1,4, o peso de voo do aparelho não deve exceder 175 kg.) A descrição do projeto do helicóptero começará com a chamada fuselagem. O compartimento da cabine possui uma estrutura de treliça em forma de pirâmide tetraédrica, cuja borda vertical (estrutura principal) parece separar o compartimento da cabine do motor. É feito de tubos de duralumínio (D16T): vertical e inferior - 40x1,5 mm, e frontal - 30x1,5 mm. Acima da cabine há um elemento de conexão de energia - uma estrutura para a caixa de câmbio principal, e abaixo há uma travessa horizontal do suporte do motor. A segunda travessa elétrica (ao nível do encosto do banco) é constituída por um tubo de duralumínio de seção retangular de 30x25x1,5 mm; serve para montar os conjuntos da caixa de câmbio intermediária, encosto do banco e trem de pouso principal.
O “compartimento” do motor em forma de pirâmide triangular é feito de tubos de aço (aço 20) com seção transversal de 30x30x1,2 mm. A borda inferior possui pontos de fixação para o motor, suportes do chassi e lança traseira. A lança traseira é rebitada a partir de uma chapa de duralumínio de 1 mm de espessura. É composto por três partes: dois cones (diâmetro na parte superior 57 mm) e um cilindro entre eles (diâmetro 130 mm) com nervuras externas, que servem como longarina de reforço e uma zona para rebitar os elementos da pele. As armações de reforço são rebitadas nos locais onde os suportes são fixados. qualquer motor com cilindrada de 750 cm3. O cárter e o virabrequim são retirados da motocicleta K-750; pistões, cilindros e cabeçotes - do MT-10. O cárter é leve e adaptado para trabalhar com eixo vertical (o sistema de óleo foi alterado). É possível utilizar outros motores com peso total não superior a 40 kg e potência mínima de 35 CV. Digno de nota é o sistema de estabilização do dispositivo. O AV-1 utiliza um sistema do tipo “BELL”, mas com coeficiente de estabilização maior (0,85), o que elimina quase completamente a preocupação do piloto em equilibrar o helicóptero no modo pairado. Além disso, limita as velocidades angulares durante as curvas, protegendo o helicóptero de sobrecargas. A controlabilidade é garantida pelo formato dos pesos em forma de discos planos (selecionados experimentalmente). O comprimento das hastes foi escolhido com base na condição de que os pesos em forma de discos planos deveriam “assentar” bem no fluxo. Portanto, a velocidade periférica das cargas foi escolhida como 70 m/s, e a 600 rpm isso corresponde ao comprimento (raio) da haste próximo a 1 m. A massa da carga foi escolhida a partir da condição de que quando o plano de rotação das hastes estabilizadoras se desvia do plano do HB em 1,5° -2° deve haver um momento que, quando transmitido através do mecanismo de alavanca para a dobradiça axial da lâmina NV, será igual (ou maior) ao momento de atrito nos rolamentos da dobradiça axial sob a carga axial operacional. A caixa de engrenagens principal é projetada para transmitir torque ao eixo do rotor principal. No seu interior passa a haste do mecanismo de controle do passo geral do NV. Termina com um garfo que, com suas saliências laterais, engata nos garfos das buchas das lâminas, girando o mecanismo do sistema de estabilização. Quando a haste se move verticalmente (a partir da alça) usando as alavancas do mecanismo de passo coletivo, o ângulo de instalação da pá da hélice (e, consequentemente, seu passo) muda. Na tampa superior da carcaça da caixa de engrenagens é instalado um swashplate (SA), que serve para alterar a posição do plano (na verdade o cone) de rotação do NV em relação ao eixo vertical do dispositivo (o eixo do eixo principal da caixa de câmbio) devido ao sinal oposto da mudança no ângulo de ataque das pás: o ângulo de ataque da pá descendo diminui, subindo - aumenta. Neste caso, ocorre uma mudança na magnitude e direção da componente horizontal do vetor de empuxo NV. A carcaça da caixa de engrenagens é dividida ao longo de um plano perpendicular ao eixo do eixo, soldada em chapa de aço 30KhGSA com espessura de 1,3 mm. As carcaças dos mancais também são usinadas em aço 30KhGSA, soldadas nas tampas, após o qual é realizado tratamento térmico (“endurecimento”, alto revenido) para aliviar tensões e aumentar a resistência. Em seguida, os flanges foram fresados, as tampas foram montadas e os rolamentos e furos foram perfurados em uma máquina coordenada. A tampa inferior é feita de liga D16T. O eixo principal é feito de aço 40ХНМА, tratado termicamente até Gvr -110 kg/mm2. Diâmetro do eixo -45 mm, diâmetro interno do furo - 39 mm, espessura da parede na área das estrias da bucha HB - 5 mm. As superfícies do eixo são polidas, as estrias e os assentos dos rolamentos são revestidos de cobre. A engrenagem acionada e a engrenagem do eixo motriz são fabricadas em aço 14ХГСН2МА-Ш e possuem 47 e 12 dentes, respectivamente, com módulo 3 e ângulo de engate de 28°. Os dentes são cimentados a uma profundidade de 0,8-1,2 mm e tratados termicamente até uma dureza de HRC = 59-61. O anel externo do swashplate é destacável (como uma braçadeira), feito de liga D16T (fresada a partir de uma chapa de 35 mm de espessura), e o anel interno e o cardan são feitos de aço 30KhGSA. Rolamentos de anel cardan - 8001 8Yu. Rolamento da placa oscilante - 76-112820B. O módulo do rotor de cauda (PB) é montado em um vidro, conectado telescopicamente à ponta da lança de cauda. Ele pode se mover para O trem de pouso dianteiro é orientado livremente, sem absorção de choques, e possui roda 250x50 mm (de patins). O trem de pouso principal é feito de tubos de aço e equipado com amortecedores pneumáticos. As rodas dos suportes principais são 300x100 mm com banda de rodagem recortada (do mapa). Esse “corte de cabelo” é realizado para reduzir peso, melhorar a aerodinâmica e facilitar derrapagens na grama durante os treinos ou em pousos mal sucedidos. Os suportes inferiores do chassi são feitos de tubos de aço 20x1 mm. O helicóptero está equipado com motor boxer de dois cilindros e quatro tempos com cilindrada de 750 cm3. O cárter e o virabrequim são retirados da motocicleta K-750; pistões, cilindros e cabeçotes - do MT-10. O cárter é leve e adaptado para trabalhar com eixo vertical (o sistema de óleo foi alterado). É possível utilizar outros motores com peso total não superior a 40 kg e potência mínima de 35 CV. Digno de nota é o sistema de estabilização do dispositivo. O AV-1 utiliza um sistema do tipo “BELL”, mas com coeficiente de estabilização maior (0,85), o que elimina quase completamente a preocupação do piloto em equilibrar o helicóptero no modo pairado. Além disso, limita as velocidades angulares durante as curvas, protegendo o helicóptero de sobrecargas. A controlabilidade é garantida pelo formato dos pesos em forma de discos planos (selecionados experimentalmente). O comprimento das hastes foi escolhido com base na condição de que os pesos em forma de discos planos deveriam “assentar” bem no fluxo. Portanto, a velocidade periférica das cargas foi escolhida como 70 m/s, e a 600 rpm isso corresponde ao comprimento (raio) da haste próximo a 1 m. A massa da carga foi escolhida a partir da condição de que quando o plano de rotação das hastes estabilizadoras se desvia do plano do HB em 1,5° -2° deve haver um momento que, quando transmitido através do mecanismo de alavanca para a dobradiça axial da lâmina NV, será igual (ou maior) ao momento de atrito nos rolamentos da dobradiça axial sob a carga axial operacional. A caixa de engrenagens principal é projetada para transmitir torque ao eixo do rotor principal. No seu interior passa a haste do mecanismo de controle do passo geral do NV. Termina com um garfo que, com suas saliências laterais, engata nos garfos das buchas das lâminas, girando o mecanismo do sistema de estabilização. Quando a haste se move verticalmente (a partir da alça) usando as alavancas do mecanismo de passo coletivo, o ângulo de instalação da pá da hélice (e, consequentemente, seu passo) muda. Na tampa superior da carcaça da caixa de engrenagens é instalado um swashplate (SA), que serve para alterar a posição do plano (na verdade o cone) de rotação do NV em relação ao eixo vertical do dispositivo (o eixo do eixo principal da caixa de câmbio) devido ao sinal oposto da mudança no ângulo de ataque das pás: o ângulo de ataque da pá descendo diminui, subindo - aumenta. Neste caso, ocorre uma mudança na magnitude e direção da componente horizontal do vetor de empuxo NV. A carcaça da caixa de engrenagens é dividida ao longo de um plano perpendicular ao eixo do eixo, soldada em chapa de aço 30KhGSA com espessura de 1,3 mm. As carcaças dos mancais também são usinadas em aço 30KhGSA, soldadas nas tampas, após o qual é realizado tratamento térmico (“endurecimento”, alto revenido) para aliviar tensões e aumentar a resistência. Em seguida, os flanges foram fresados, as tampas foram montadas e os rolamentos e furos foram perfurados em uma máquina coordenada. A tampa inferior é feita de liga D16T. O eixo principal é feito de aço 40ХНМА, tratado termicamente até Gvr -110 kg/mm2. Diâmetro do eixo -45 mm, diâmetro interno do furo - 39 mm, espessura da parede na área das estrias da bucha HB - 5 mm. As superfícies do eixo são polidas, as estrias e os assentos dos rolamentos são revestidos de cobre. A engrenagem acionada e a engrenagem do eixo motriz são fabricadas em aço 14ХГСН2МА-Ш e possuem 47 e 12 dentes, respectivamente, com módulo 3 e ângulo de engate de 28°. Os dentes são cimentados a uma profundidade de 0,8-1,2 mm e tratados termicamente até uma dureza de HRC = 59-61. O anel externo do swashplate é destacável (como uma braçadeira), feito de liga D16T (fresada a partir de uma chapa de 35 mm de espessura), e o anel interno e o cardan são feitos de aço 30KhGSA. Rolamentos de anel cardan - 8001 8Yu. Rolamento da placa oscilante - 76-112820B. O módulo do rotor de cauda (PB) é montado em um vidro, conectado telescopicamente à ponta da lança de cauda. Pode ser puxado para fora para tensionar a correia de transmissão. Neste caso, porém, é necessário reconstruir o comprimento dos cabos de controle do rotor de cauda. É acionado a partir de uma caixa de engrenagens intermediária usando uma corrente e duas correias. O rotor de cauda é articulado (possui dobradiças horizontais e axiais combinadas) e gira de frente para trás. Seu diâmetro é de 1,2 m, o número de rotações por minuto é de 2500. A bucha RV consiste em uma cruz e dois copos rebitados com as lâminas. Duas buchas de bronze servem como rolamentos axiais e a força centrífuga é absorvida por uma rosca M24x1,5. A vedação é realizada com um anel de borracha, que é fixado com uma arruela e um anel elástico. Os cabos da dobradiça axial estão deslocados do eixo da dobradiça horizontal (HS) em 30°. Lubrificação - óleo MS-20, colocado em um copo antes da montagem. A dobradiça horizontal é montada em buchas de bronze e um pino cimentado, que é fixado no garfo GSh a partir da rotação. Na montagem das lâminas com vidro, atenção especial foi dada ao alinhamento de seus eixos. Agora um pouco sobre a escolha dos principais parâmetros das pás da hélice. A corda aerodinâmica média (CAC) da pá é calculada a partir da condição de que o fator de enchimento do disco varrido (K) esteja na faixa de 0,025-0,035 (um valor menor para altas velocidades periféricas, 200-220 m/s ; e um valor maior para os menores, 170-190 m/s), conforme a fórmula: bmin = (SHBK)/DHB; onde bmin é o MAR mínimo. Principais características técnicas:
No helicóptero AV-1, o coeficiente K = 0,028 para o rotor principal, uma vez que as velocidades periféricas são selecionadas na faixa de 190-210 m/s. Neste caso, o MAR é considerado 140 mm. É aconselhável ter tudo bem leve na aeronave. Mas em relação ao NV podemos falar da massa mínima admissível, já que a força centrífuga necessária para criar um cone de rotação do rotor principal depende da massa da pá. É desejável que este cone esteja entre 1°-3°. Dificilmente é possível e até indesejável fazer pás com peso de 2 a 3 kg, pois a reserva de energia cinética será pequena durante um pouso de autorrotação de emergência com detonação, bem como durante a transição para o modo de autorrotação do vôo motorizado. Um peso de 7 a 8 kg é bom para uma emergência, mas na velocidade máxima o NV produzirá uma força centrífuga significativa. O AV-1 utiliza uma lâmina com peso na faixa de 4,6-5,2 kg, que fornece uma carga máxima de forças centrífugas de até 3600 kgf. A resistência da bucha HB é projetada para esta carga (com margem de segurança de 7 vezes); seu peso é de 4,5 kg. A forma plana e a torção da lâmina proposta são o resultado de experimentos com lâminas de vários formatos, torções e perfis. As pás NV devem satisfazer dois requisitos contraditórios: ter boa rotação automática (ou seja, garantir uma baixa taxa de descida durante a autorrotação em caso de falha do motor) e usar a potência do motor com eficiência máxima durante o vôo motorizado (para taxa de subida, velocidade máxima e eficiência). Considere as opções de lâminas para um helicóptero e um giroplano. Um bom giroplano gira. militar, ou seja, o ângulo de instalação da lâmina na coronha é negativo (-5°...-8°), e a seção da ponta é positiva (+2°). O perfil é plano-convexo ou em forma de S. Atualmente, o perfil NACA 8-H-12 (em forma de S, 12 por cento) é amplamente utilizado. A forma da lâmina em planta é retangular. Um bom helicóptero tem uma torção reta, ou seja, a coronha tem um ângulo de instalação positivo (+8°...+12°) em relação à seção final. O perfil é NACA 23012, cuja espessura relativa na extremidade é de 12% e na extremidade - 15%. O formato da lâmina em planta é trapezoidal, com conicidade de 2,4-2,7. O formato plano da pá foi calculado pelo método dos elementos finitos para o caso de vôo a uma velocidade de 110 km/h e a margem de sobrecarga da pá indo para trás foi de 1,4. Com uma velocidade HB de 580 rpm, um diâmetro HB de 6 m e um peso de voo de 200 kg, a lâmina resultante tinha 80 mm de largura na extremidade e 270 mm de largura na extremidade (afilamento 3,4). A largura excessiva da pá na ponta leva ao consumo desnecessário de potência do motor para superar a resistência turbulenta do perfil, portanto é benéfico minimizar a superfície molhada de áreas que operam em altas velocidades. Por outro lado, para ter reserva de sustentação nas seções finais da pá quando a força aérea é pesada ou ao passar para autorrotação (erros de pilotagem mais prováveis de um piloto amador), é necessário ter pás ligeiramente mais amplo do que o projetado. Adotei o estreitamento da lâmina 2, acorde fundamental - 220 mm, e acorde final - 110 mm. Para conciliar o helicóptero com o giroplano em um único dispositivo, foi necessário utilizar pás sem torção. É mais difícil com perfis. A parte final da lâmina (Rrel = 1 - 0,73) possui perfil NACA 23012 com espessura relativa de 12%. Na seção Rrel = 0,73-0,5 - um perfil de transição de NACA 23012 para NACA 8-N-12, ' apenas sem cauda em forma de S. Na seção Rrel = 0,5-0,1, o perfil K|ASA 8-N-12 possui espessura relativa variável: 12% em Rrel = 0,5 e 15% em Rrel = 0,3-0,1. Esta lâmina funciona bem em todos os modos de vôo. Durante a autorrotação, a velocidade de descida do helicóptero foi de 2,5 m/s. Durante o teste, foi feito um pouso em autorrotação sem detonação, a frenagem foi realizada por pitch e a velocidade vertical foi reduzida a zero, e o alcance foi de apenas cerca de 3 m. Em um helicóptero ultraleve, em caso de falha do motor, a transmissão PV é desconectada, pois seu acionamento necessita de energia gerada pelo NV autorrotatório, o que pioraria a autorrotação e aumentaria a razão de descida. Portanto, para RV não há necessidade de perfil de lâmina simétrico. É melhor escolher um tipo plano-convexo R3. Para aumentar a eficiência, é aconselhável utilizar uma torção (8°). Além disso, para aumentar a eficiência da hélice, é desejável ter um formato de pá trapezoidal em planta com conicidade igual a 2 e um fator de enchimento do disco varrido na faixa de 0,08-0,06. Bons resultados também são obtidos pelo perfil NACA 64A610-a-0,4 com espessura relativa de 12%. As lâminas podem ser feitas usando várias tecnologias. Por exemplo, de uma placa de pinho maciça. Como peças em bruto, são selecionadas duas tábuas de pinho de camada reta, sem nós e de densidade média, cortadas de modo que as camadas densas fiquem voltadas para a futura borda frontal e corram em um ângulo de 45°. A placa é perfilada segundo um gabarito reduzido pela espessura do revestimento de fibra de vidro e pintura (0,8-1,0 mm). Após o acabamento do processamento, a cauda da peça é iluminada. Para fazer isso, as marcações destacam a longarina e o bordo de fuga. A longarina na extremidade representa 45% do acorde e no final - 20%. Em seguida, são feitos furos com diâmetro igual à distância do bordo de fuga à longarina em incrementos de 40-50 mm. Em seguida, os furos são preenchidos com espuma rígida de PS ou PVC, lixados rente e cobertos com fibra de vidro. A parte traseira costuma ser colada em várias camadas, com uma transição suave para o tecido principal. Outra forma de fazer lâminas é a partir de vários tojos. A peça é colada a partir de três ou quatro tojos, que podem ser tiras sólidas ou coladas a partir de duas tiras de densidades diferentes. É aconselhável fazer a longarina do tojo em bétula ou larício. Primeiro, um pedaço de tojo três vezes mais grosso que o acabado é colado a partir de duas ripas. Depois disso, é cortado em dois e processado na espessura desejada. Neste caso, a longarina de diferentes lâminas de tojo é feita de diferentes larguras (de 10 a 15 mm) para encadernação. Você pode colar separadamente a longarina de 3-4 tojos e a cauda de um ou dois. Após o perfilamento, é necessário colar um peso anti-vibração na borda de ataque a um comprimento de 0,35 R da extremidade da lâmina, uma vez que são principalmente as seções finais das lâminas que são suscetíveis à vibração. O peso é feito de chumbo ou aço macio. Após a colagem, é processado ao longo do perfil e adicionalmente fixado às longarinas com uma tira de fibra de vidro sobre resina epóxi. Depois disso, você pode cobrir toda a lâmina com fibra de vidro. Durante a fabricação da lâmina, é necessário monitorar constantemente o peso das peças para que após a montagem e processamento a massa da lâmina seja o menos possível diferente da calculada. Autor: V.Artemchuk
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Comentários sobre o artigo: convidado Eu também termino o avião com o pouso na água.
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