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TRANSPORT PERSONNEL : TERRESTRE, EAU, AERIEN
Hélicoptère AV-1. Transport personnel
Annuaire / Transport personnel : terrestre, maritime, aérien Cher passionné d’aviation ! Cet article pourra vous être utile dans le développement et la construction d’un hélicoptère léger. Le giravion proposé (AV-1) est le fruit d'une longue passion pour l'aviation, résultat d'un travail persistant et minutieux de cinq ans, dont deux ans consacrés à la construction, et le reste aux essais, à la mise au point et à la maîtrise du pilotage. , réparation, modernisation. La conception répond à plusieurs exigences importantes pour un avion utilisé par un amateur : la possibilité de le stocker dans une petite pièce ; transport jusqu'au lieu des vols - en voiture, en moto et même manuellement ; assemblage en 18 à 20 minutes par une seule personne (en utilisant seulement deux clés). Le problème de la sécurité en cas de panne du moteur et de la transmission en vol a été résolu de manière assez fiable. La conception du rotor principal (HB) et du système de contrôle présente des caractéristiques qui « pardonnent » des erreurs de pilotage telles que le surpoids du rotor principal et les surcharges. Bien entendu, la conception de l'hélicoptère a été considérablement affectée par les conditions exiguës dans lesquelles il a été fabriqué, ainsi que par les difficultés liées aux matériaux et à l'équipement. Il est donc clair que la machine est loin d'être idéale. Mais j'en suis content. Pour commencer, je donnerai des exemples de calculs des principaux éléments structurels. Ainsi, le diamètre du rotor principal AB-1 est choisi en fonction de l'état de charge par unité de surface du disque balayé (Ps) compris entre 6 et 7 kg/m2. Cette valeur a été prise sur la base des résultats du traitement des données statistiques des autogires légers volants, des hélicoptères avec une charge spécifique (p) comprise entre 6 et 8 kg/ch. Dans mon cas, sur la base du poids en vol estimé (t) de l'appareil 180-200 kg (poids à vide 100-120 kg) et disposant d'un moteur d'une puissance (N) de 34 ch, dont deux auraient dû être dépensés pour l'entraînement du rotor de queue, on obtient les valeurs suivantes de la charge par unité de puissance, de la surface du disque HB balayé (Som) et du diamètre du HB (D) :
Le diamètre HB de 6,04 m est très proche de la taille HB d'un autogire Bensen doté d'un moteur de 40 ch. et pesant 190 kg. Avec de telles données initiales, on espérait que l’hélicoptère volerait. Mais pour qu'il puisse voler comme un véhicule, il faut que la poussée HB (T) soit nettement supérieure à la masse de l'appareil (au moins 1,4 fois). Cela fournit un taux de montée vertical et une altitude de vol suffisants. Calculons maintenant la T maximale en mode stationnaire dans une atmosphère normale (760 mm Hg, 18°C). Dans ce cas, la formule empirique a été utilisée : T \u33,25d (2N Dn) 3/XNUMX, où : n=0,6...0,7 - coefficient. En conséquence, la poussée s'est avérée être de 244,8 kg, ce qui est très proche de celle réellement obtenue lors des tests de l'AB-1. (Basé sur le rapport nommé 1,4, le poids en vol de l'appareil ne doit pas dépasser 175 kg.) La description de la conception de l'hélicoptère commencera par ce qu'on appelle le fuselage. Le compartiment cabine a une structure en treillis en forme de pyramide tétraédrique dont le bord vertical (le cadre principal) sépare en quelque sorte le compartiment cabine du moteur. Il est constitué de tuyaux en duralumin (D16T) : verticaux et inférieurs - 40x1,5 mm, et avant - 30x1,5 mm. Au-dessus de la cabine se trouve un élément de liaison de puissance - un cadre pour la boîte de vitesses principale, en bas - une traverse horizontale du support moteur. La deuxième traverse électrique (au niveau du dossier) est constituée d'un tube dural de section rectangulaire 30x25x1,5 mm ; il sert à la fixation des ensembles boîte de vitesses intermédiaire, dossier de siège et train principal.
Le "compartiment" du moteur en forme de pyramide trièdre est constitué de tubes en acier (acier 20) d'une section de 30x30x1,2 mm. Le bord inférieur comporte des points de fixation pour le moteur, les renforts du train d'atterrissage et la poutre de queue. La poutre de queue est rivetée à partir d'une feuille de duralumin de 1 mm d'épaisseur. Il se compose de trois parties : deux cônes (diamètre au sommet 57 mm) et un cylindre entre eux (diamètre 130 mm) avec des nervures extérieures, qui servent de longeron de renfort et de zone de rivetage des éléments de peau. Des cadres de renfort sont rivetés aux endroits où sont fixées les entretoises. tout moteur d'un volume utile de 750 cm3. Le carter et le vilebrequin proviennent de la moto K-750 ; pistons, cylindres et culasses - à partir de MT-10. Le carter est allégé et adapté pour fonctionner avec une disposition d'arbre vertical (le système d'huile a été changé). Il est possible d'utiliser d'autres moteurs dont le poids brut ne dépasse pas 40 kg et la puissance n'est pas inférieure à 35 ch. Il convient de noter en particulier le système de stabilisation de l'appareil. L'AB-1 utilise un système de type BELL, mais avec un coefficient de stabilisation plus élevé (0,85), ce qui élimine presque totalement le souci du pilote d'équilibrer l'hélicoptère en mode vol stationnaire. De plus, il limite la vitesse angulaire dans les virages, protégeant ainsi l'hélicoptère des surcharges. Dans le même temps, la contrôlabilité est assurée grâce à la forme des charges en forme de disques plats (sélectionnés expérimentalement). La longueur des tiges est choisie à condition que les charges sous forme de disques plats « reposent » bien dans l'écoulement. Par conséquent, la vitesse circonférentielle des charges a été choisie à 70 m/s, et à 600 tr/min cela correspond à la longueur (rayon) de la tige proche de 1 m. -1,5° il devrait y avoir un moment qui, lorsqu'il est transmis à travers le mécanisme de levier sur la charnière axiale de la lame HB sera égal (ou supérieur) au moment de frottement dans les roulements de la charnière axiale sous la charge axiale de travail. La boîte de vitesses principale est conçue pour transmettre le couple à l'arbre du rotor principal. À l’intérieur passe la tige du mécanisme de commande de pas commun HB. Il se termine par une fourche qui, avec ses saillies latérales, s'engage avec les fourches des bagues de lame, faisant tourner le mécanisme du système de stabilisation. Lorsque la tige est déplacée verticalement (à partir de la poignée) à l'aide des leviers du mécanisme de pas collectif, l'angle d'installation de la pale de l'hélice (et, par conséquent, son pas) change. Un plateau cyclique (SW) est installé sur le couvercle supérieur du carter de boîte de vitesses, qui sert à changer la position du plan (en fait un cône) de rotation du HB par rapport à l'axe vertical de l'appareil (l'axe de l'arbre principal de la boîte de vitesses) en raison du changement de l'angle d'attaque des pales de signe opposé : l'angle d'attaque de la pale en descendant, diminue, en montant - augmente. Dans ce cas, il y a un changement dans l'amplitude et la direction de la composante horizontale du vecteur poussée HB. Le carter d'engrenage est démontable le long du plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre, soudé en tôle d'acier 30KhGSA de 1,3 mm d'épaisseur. Les sièges de roulement sont également usinés à partir d'acier 30KhGSA, soudés dans les couvercles, après quoi un traitement thermique ("durcissement", revenu élevé) est effectué pour soulager les contraintes et augmenter la résistance. Ensuite, les brides ont été fraisées, les couvercles ont été assemblés et les sièges des roulements et les trous ont été percés sur une machine à coordonnées. Le couvercle inférieur est en alliage D16T. L'arbre principal est en acier 40HNMA, traité thermiquement à Gvr -110 kg/mm2. Le diamètre de l'arbre est de -45 mm, le diamètre du trou intérieur est de 39 mm, l'épaisseur de paroi au niveau des cannelures du manchon HB est de 5 mm. Les surfaces de l'arbre sont polies, les cannelures et les sièges de roulement sont cuivrés. Le pignon mené et l'arbre-pignon d'entraînement sont en acier 14KhGSN2MA-Sh et comportent respectivement 47 et 12 dents, avec un module de 3 et un angle d'engagement de 28°. Les dents sont cimentées à une profondeur de 0,8 à 1,2 mm et traitées thermiquement jusqu'à une dureté HRC = 59-61. La bague extérieure du plateau cyclique est amovible (comme un collier), en alliage D16T (fraisé à partir d'une tôle de 35 mm d'épaisseur), et la bague intérieure et le cardan sont en acier 30KhGSA. Roulements à cardan - 8001 8Yu. Roulement de plateau cyclique - 76-112820B. Le module rotor de queue (PB) est assemblé sur une vitre, reliée télescopiquement à l'extrémité de la poutre de queue. Il peut se déplacer pour Le train d'atterrissage avant est à orientation libre, sans amortissement, il possède une roue 250x50 mm (issue de skis à roulettes). Le train d'atterrissage principal est constitué de tubes d'acier et équipé d'amortisseurs pneumatiques. Roues des supports principaux - 300x100 mm avec bande de roulement découpée (d'après la carte). Cette « coupe de cheveux » est réalisée pour réduire le poids, améliorer la rationalisation et faciliter les mouvements « dérapages » sur l'herbe lors des entraînements ou lors d'atterrissages ratés. Les renforts inférieurs du châssis sont constitués de tubes d'acier de 20x1 mm. L'hélicoptère est équipé d'un moteur boxer bicylindre à quatre temps d'un volume utile de 750 cm3. Le carter et le vilebrequin proviennent de la moto K-750 ; pistons, cylindres et culasses - à partir de MT-10. Le carter est allégé et adapté pour fonctionner avec une disposition d'arbre vertical (le système d'huile a été changé). Il est possible d'utiliser d'autres moteurs dont le poids brut ne dépasse pas 40 kg et la puissance n'est pas inférieure à 35 ch. Il convient de noter en particulier le système de stabilisation de l'appareil. L'AB-1 utilise un système de type BELL, mais avec un coefficient de stabilisation plus élevé (0,85), ce qui élimine presque totalement le souci du pilote d'équilibrer l'hélicoptère en mode vol stationnaire. De plus, il limite la vitesse angulaire dans les virages, protégeant ainsi l'hélicoptère des surcharges. Dans le même temps, la contrôlabilité est assurée grâce à la forme des charges en forme de disques plats (sélectionnés expérimentalement). La longueur des tiges est choisie à condition que les charges sous forme de disques plats « reposent » bien dans l'écoulement. Par conséquent, la vitesse circonférentielle des charges a été choisie à 70 m/s, et à 600 tr/min cela correspond à la longueur (rayon) de la tige proche de 1 m. -1,5° il devrait y avoir un moment qui, lorsqu'il est transmis à travers le mécanisme de levier sur la charnière axiale de la lame HB sera égal (ou supérieur) au moment de frottement dans les roulements de la charnière axiale sous la charge axiale de travail. La boîte de vitesses principale est conçue pour transmettre le couple à l'arbre du rotor principal. À l’intérieur passe la tige du mécanisme de commande de pas commun HB. Il se termine par une fourche qui, avec ses saillies latérales, s'engage avec les fourches des bagues de lame, faisant tourner le mécanisme du système de stabilisation. Lorsque la tige est déplacée verticalement (à partir de la poignée) à l'aide des leviers du mécanisme de pas collectif, l'angle d'installation de la pale de l'hélice (et, par conséquent, son pas) change. Un plateau cyclique (SW) est installé sur le couvercle supérieur du carter de boîte de vitesses, qui sert à changer la position du plan (en fait un cône) de rotation du HB par rapport à l'axe vertical de l'appareil (l'axe de l'arbre principal de la boîte de vitesses) en raison du changement de l'angle d'attaque des pales de signe opposé : l'angle d'attaque de la pale en descendant, diminue, en montant - augmente. Dans ce cas, il y a un changement dans l'amplitude et la direction de la composante horizontale du vecteur poussée HB. Le carter d'engrenage est démontable le long du plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre, soudé en tôle d'acier 30KhGSA de 1,3 mm d'épaisseur. Les sièges de roulement sont également usinés à partir d'acier 30KhGSA, soudés dans les couvercles, après quoi un traitement thermique ("durcissement", revenu élevé) est effectué pour soulager les contraintes et augmenter la résistance. Ensuite, les brides ont été fraisées, les couvercles ont été assemblés et les sièges des roulements et les trous ont été percés sur une machine à coordonnées. Le couvercle inférieur est en alliage D16T. L'arbre principal est en acier 40HNMA, traité thermiquement à Gvr -110 kg/mm2. Le diamètre de l'arbre est de -45 mm, le diamètre du trou intérieur est de 39 mm, l'épaisseur de paroi au niveau des cannelures du manchon HB est de 5 mm. Les surfaces de l'arbre sont polies, les cannelures et les sièges de roulement sont cuivrés. Le pignon mené et l'arbre-pignon d'entraînement sont en acier 14KhGSN2MA-Sh et comportent respectivement 47 et 12 dents, avec un module de 3 et un angle d'engagement de 28°. Les dents sont cimentées à une profondeur de 0,8 à 1,2 mm et traitées thermiquement jusqu'à une dureté HRC = 59-61. La bague extérieure du plateau cyclique est amovible (comme un collier), en alliage D16T (fraisé à partir d'une tôle de 35 mm d'épaisseur), et la bague intérieure et le cardan sont en acier 30KhGSA. Roulements à cardan - 8001 8Yu. Roulement de plateau cyclique - 76-112820B. Le module rotor de queue (PB) est assemblé sur une vitre, reliée télescopiquement à l'extrémité de la poutre de queue. Il peut être retiré pour tendre la courroie d'entraînement. Dans ce cas, il est toutefois nécessaire de reconstruire la longueur des câbles de commande du rotor de queue. Il est entraîné par une boîte de vitesses intermédiaire à l'aide d'une chaîne et de deux entraînements par courroie. La vis de queue est articulée (possède des charnières horizontales combinées et axiales), tourne d'avant en arrière. Son diamètre est de 1,2 m, le nombre de tours par minute est de 2500. La douille RV est constituée d'une traverse et de deux coupelles rivetées avec des lames. Deux bagues en bronze servent de roulements axiaux et le filetage M24x1,5 perçoit la force centrifuge. L'étanchéité est réalisée par un anneau en caoutchouc fixé avec une rondelle et un anneau élastique. Les laisses des charnières axiales sont décalées de 30° par rapport à l'axe de la charnière horizontale (HH). Lubrification - Huile MS-20, versée dans un verre avant assemblage. La charnière horizontale est assemblée sur des bagues en bronze et un axe cimenté, qui est fixé sur la fourche GSh contre la rotation. Lors de l'assemblage des lames avec un verre, une attention particulière a été portée à l'alignement de leurs axes. Parlons maintenant un peu du choix des principaux paramètres des pales de l'hélice. La corde aérodynamique moyenne (MAC) de la pale est calculée à partir de la condition selon laquelle le facteur de remplissage du disque balayé (K) sera compris entre 0,025 et 0,035 (la valeur la plus petite est pour les vitesses circonférentielles élevées, 200 à 220 m/ s ; et le plus grand est pour les plus petits, 170-190 m/s), selon la formule : bmin = (SHBK)/DHB ; où bmin est le minimum MAR. Caractéristiques techniques principales:
Sur l'hélicoptère AV-1 pour le rotor principal, la valeur du coefficient K = 0,028, puisque les vitesses circonférentielles sont sélectionnées dans la plage de 190 à 210 m/s. Dans ce cas, le DAS est pris égal à 140 mm. Dans un avion, il est souhaitable que tout soit très léger. Mais par rapport à HB, on peut parler de masse minimale admissible, puisque la masse de la pale dépend de la force centrifuge nécessaire pour créer un cône de rotation du rotor principal. Il est souhaitable que ce cône soit compris entre 1° et 3°. Il n'est guère possible et même indésirable de fabriquer des pales d'une masse de 2-3 kg, car la réserve d'énergie cinétique sera faible lors d'un atterrissage d'urgence en autorotation avec détonation, ainsi que lors du passage en mode autorotation à partir d'un vol moteur. Une masse de 7 à 8 kg est bonne en cas d'urgence, mais à vitesse maximale, le HB donnera une force centrifuge importante. Sur l'AV-1, une lame pesant entre 4,6 et 5,2 kg est utilisée, ce qui fournit une charge maximale de forces centrifuges jusqu'à 3600 7 kgf. La résistance du manchon HB est conçue pour cette charge (avec une marge de sécurité 4,5 fois supérieure) ; sa masse est de XNUMX kg. La forme et la torsion des pales proposées sont le résultat d'expérimentations avec des pales de formes, de torsions et de profils variés. Les pales HB doivent satisfaire à deux exigences contradictoires : une bonne autorotation (c'est-à-dire fournir un faible taux de descente en autorotation en cas de panne moteur) et utiliser la puissance du moteur avec une efficacité maximale lors d'un vol moteur (pour le taux de montée, la vitesse maximale et économie). Envisagez des options pour les pales d'un hélicoptère et d'un autogire. Un bon autogire a une particularité. fixe, c'est-à-dire que l'angle d'installation de la lame au niveau de la crosse est négatif (-5°...-8°), et la section d'extrémité est positive (+2°). Le profil est plan-convexe ou en forme de S. Actuellement, le profil NACA 8-H-12 (en forme de S, 12 %) est largement utilisé. La forme de la lame en plan est rectangulaire. Un bon hélicoptère a une torsion droite, c'est-à-dire que la crosse a un angle d'installation positif (+8°...+12°) par rapport à la section d'extrémité. Profil NACA 23012, dont l'épaisseur relative à l'extrémité est de 12% et au bout de 15%. La forme de la lame en plan est trapézoïdale, avec un rétrécissement de 2,4-2,7. La forme de la pale en plan a été calculée par la méthode des éléments finis pour le cas d'un vol à une vitesse de 110 km/h et une marge de surcharge pour la pale "en marche arrière" - 1,4. À une vitesse de HB 580 tr/min, un diamètre de HB de 6 m et un poids en vol de 200 kg, la pale mesurait 80 mm de large à l'extrémité et 270 mm à la crosse (rétrécissement 3,4). La largeur supplémentaire de la pale à l'extrémité entraîne une consommation supplémentaire de puissance du moteur pour vaincre la résistance turbulente du profil, il est donc avantageux de minimiser la surface mouillée des sections fonctionnant à des vitesses élevées. En revanche, pour avoir une réserve de portance aux extrémités de la pale lorsque le NV est chargé ou lors du passage en autorotation (erreurs de pilotage les plus probables d'un pilote amateur), il est nécessaire d'avoir des pales un peu plus larges. que ceux calculés. J'ai adopté le rétrécissement de la lame 2, la corde de racine est de 220 mm, et la corde d'extrémité est de 110 mm. Afin de concilier un hélicoptère avec un autogire dans un seul appareil, il était nécessaire d'utiliser des pales sans torsion. Plus difficile avec les profils. La partie d'extrémité de la pale (Rrel = 1 - 0,73) présente un profil NACA 23012 avec une épaisseur relative de 12%. Dans la section Rrel = 0,73-0,5 - un profil de transition du NACA 23012 au NACA 8-H-12, ' uniquement sans queue en forme de S. Dans la section Rrel = 0,5-0,1, le profil K|ACA 8-N-12 d'épaisseur relative variable : 12% pour Rrel = 0,5 et 15% pour Rrel = 0,3-0,1. Une telle lame tire bien dans tous les modes de vol. En autorotation, la vitesse de descente de l'hélicoptère était de 2,5 m/s. Au cours de l'essai, un atterrissage en autorotation a été effectué sans saper, le freinage a été effectué par tangage et la vitesse verticale a été ramenée à zéro, et la course n'était que d'environ 3 m. Sur un hélicoptère ultraléger, en cas de panne moteur, la transmission RV est déconnectée, car son entraînement nécessite de l'énergie générée par le HC en autorotation, ce qui aggraverait l'autorotation et augmenterait le taux de descente. Par conséquent, pour RV, il n’est pas nécessaire d’avoir un profil de lame symétrique. Il est préférable de choisir un type R3 plan-convexe. Pour augmenter l'efficacité, il est conseillé d'utiliser une torsion (8°). De plus, pour augmenter l'efficacité de l'hélice, il est souhaitable d'avoir une forme de pale trapézoïdale en plan avec un rétrécissement égal à 2 et un facteur de remplissage du disque balayé compris entre 0,08 et 0,06. De bons résultats sont également donnés par le profil NACA 64A610-a-0,4 avec une épaisseur relative de 12%. Les lames peuvent être fabriquées à l'aide de diverses technologies. Par exemple, à partir d'une planche de pin massif. Comme ébauches, deux planches de pin à grain droit, sans nœuds et de densité moyenne sont sélectionnées, découpées de manière à ce que les couches denses soient face au futur bord d'attaque et fassent un angle de 45°. La planche est profilée selon un gabarit réduit par l'épaisseur du collage et de la peinture de la fibre de verre (0,8-1,0 mm). Après finition, la partie arrière de la pièce est allégée. Pour cela, la partie longeron et le bord de fuite sont balisés. La partie longeron à la crosse représente 45 % de la corde et à la fin - 20 %. Ensuite, des trous sont percés d'un diamètre égal à la distance entre le bord de fuite et le longeron par incréments de 40 à 50 mm. Après cela, les trous sont remplis de mousse rigide PS ou PVC, rectifiés à ras et collés avec de la fibre de verre. La partie bout à bout est généralement collée en plusieurs couches, avec une transition en douceur vers la toile principale. Une autre façon de fabriquer des lames consiste à utiliser plusieurs ajoncs. La pièce est collée à partir de trois ou quatre ajoncs, qui peuvent être des rubans solides ou collés à partir de deux bandes de densité différente. Il est souhaitable de fabriquer le longeron des ajoncs en bouleau ou en mélèze. Tout d'abord, une billette d'ajoncs d'une épaisseur trois fois supérieure à celle de finition est collée à partir de deux lattes. Après cela, il est coupé en deux et traité à l'épaisseur souhaitée. Dans le même temps, la partie longeron des différentes lames d'ajoncs est constituée de différentes largeurs (de 10 à 15 mm) pour la liaison. Vous pouvez coller séparément le longeron de 3-4 ajoncs et la section de queue - d'un ou deux. Après profilage, il est nécessaire de coller une masse anti-battement dans le bord d'attaque à une longueur de 0,35 R de l'extrémité de la pale, car les extrémités des pales sont principalement sujettes au flottement. Le poids est en plomb ou en acier doux. Après collage, il est traité selon le profil et est en outre fixé aux longerons du longeron avec une bande de fibre de verre sur résine époxy. Après cela, vous pouvez coller toute la lame avec de la fibre de verre. Lors de la fabrication de la lame, il est nécessaire de contrôler en permanence le poids des pièces, afin qu'après assemblage et traitement, la masse de la lame diffère le moins possible de celle calculée. Auteur : V.Artemchuk
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