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TRASPORTO PERSONALE: TERRA, ACQUA, AEREO
Elicottero AB-1. Trasporto personale
Elenco / Trasporto personale: terra, acqua, aria Caro appassionato di aviazione! Questo articolo potrebbe esserti utile durante la progettazione e la costruzione di un elicottero leggero. L'aereo ad ala rotante proposto (AV-1) è il frutto di una lunga passione per l'aviazione, il risultato di un lavoro tenace e scrupoloso durato cinque anni, di cui due anni spesi per la costruzione e il resto per test, messa a punto e padronanza del pilotaggio , riparazioni e ammodernamento. Il design soddisfa molti dei requisiti più importanti per un aereo utilizzato da un dilettante: la capacità di essere riposto in una piccola stanza; trasporto al luogo del volo - in auto, moto e anche manualmente; montaggio entro 18-20 minuti da una sola persona (utilizzando solo due chiavi). Il problema della sicurezza in caso di guasto del motore e della trasmissione in volo è stato risolto in modo molto affidabile. Il design del rotore principale (RO) e del sistema di controllo presenta caratteristiche che "perdonano" errori di pilotaggio come rotore pesante e sovraccarichi. Naturalmente, il design dell'elicottero è stato significativamente influenzato dalle condizioni anguste in cui è stato fabbricato, nonché dalle difficoltà con i materiali e le attrezzature, quindi è chiaro che la macchina è tutt'altro che ideale. Ma ne sono felice. Per cominciare, fornirò esempi di calcoli dei principali elementi strutturali. Pertanto, il diametro del rotore principale AB-1 è stato selezionato in base alle condizioni di carico per unità di area del disco spazzato (Ps) entro un intervallo di 6-7 kg/m2. Questo valore è stato ricavato dai risultati dell'elaborazione dei dati statistici di autogiri ed elicotteri leggeri in volo con un carico specifico (p) compreso tra 6 e 8 kg/cv. Nel mio caso, in base al peso di volo stimato (t) del dispositivo 180-200 kg (peso a vuoto 100-120 kg) e avendo un motore con una potenza (N) di 34 CV, due dei quali avrebbero dovuto essere spesi azionando il rotore di coda, si ottengono i seguenti valori del carico per unità di potenza, dell'area del disco spazzato NV (Som) e del diametro del NV (D):
Il diametro NV di 6,04 m è molto vicino alla dimensione NV dell'autogiro Bensen con motore da 40 CV. e del peso di 190 kg. Con questi dati iniziali c'era la speranza che l'elicottero volasse. Ma affinché possa volare come veicolo, è necessario che la spinta NV (T) sia significativamente maggiore della massa del veicolo (almeno 1,4 volte). Ciò garantisce una velocità verticale di salita e un'altitudine di volo sufficienti. Ora determineremo mediante calcolo la T massima in modalità hovering in condizioni atmosferiche normali (760 mm Hg, 18 ° C). In questo caso è stata utilizzata la formula empirica: T \u33,25d (2 N Dn) 3/XNUMX, dove: n=0,6...0,7 - coefficiente. Di conseguenza, la spinta è risultata essere di 244,8 kg, che è molto vicina a quella effettivamente ottenuta durante i test dell'AV-1. (In base al rapporto di cui sopra 1,4, il peso in volo dell'apparato non deve superare i 175 kg.) La descrizione del progetto dell'elicottero inizierà con la cosiddetta fusoliera. L'abitacolo ha una struttura reticolare a forma di piramide tetraedrica, il cui bordo verticale (il telaio principale) sembra separare l'abitacolo dal motore. È realizzato con tubi in duralluminio (D16T): verticale e inferiore - 40x1,5 mm e anteriore - 30x1,5 mm. Sopra la cabina c'è un elemento di collegamento dell'alimentazione: un telaio per il cambio principale, e sotto c'è una traversa orizzontale del supporto motore. La seconda traversa di potenza (a livello dello schienale) è costituita da un tubo in duralluminio a sezione rettangolare di 30x25x1,5 mm; serve per montare il cambio intermedio, lo schienale del sedile e i gruppi del carrello di atterraggio principale.
Il “vano” del motore a forma di piramide triangolare è realizzato con tubi di acciaio (acciaio 20) con una sezione trasversale di 30x30x1,2 mm. Il bordo inferiore presenta punti di attacco per il motore, rinforzi del telaio e una trave di coda. Il trave di coda è rivettato da un foglio di duralluminio spesso 1 mm. È costituito da tre parti: due coni (diametro all'apice 57 mm) e un cilindro tra loro (diametro 130 mm) con nervature esterne che fungono da correntino di rinforzo e da una zona di rivettatura per gli elementi di guaina. I telai di rinforzo sono rivettati nei punti in cui sono fissate le parentesi graffe. Qualsiasi motore con una cilindrata di 750 cm3. Il basamento e l'albero motore sono presi dalla motocicletta K-750; pistoni, cilindri e teste - da MT-10. Il basamento è leggero e adatto a funzionare con una disposizione dell'albero verticale (il sistema dell'olio è stato modificato). È possibile utilizzare altri motori con un peso complessivo non superiore a 40 kg e una potenza di almeno 35 CV. Di particolare rilievo è il sistema di stabilizzazione del dispositivo. L'AV-1 utilizza un sistema di tipo "BELL", ma con un coefficiente di stabilizzazione più elevato (0,85), che elimina quasi completamente la preoccupazione del pilota di bilanciare l'elicottero in modalità hovering. Inoltre limita le velocità angolari durante le virate, proteggendo l'elicottero dai sovraccarichi. La controllabilità è assicurata dalla forma dei pesi sotto forma di dischi piatti (selezionati sperimentalmente). La lunghezza delle aste è stata scelta in base alla condizione che i pesi sotto forma di dischi piatti dovessero "sedersi" bene nel flusso. Pertanto, la velocità periferica dei carichi è stata scelta pari a 70 m/s, e a 600 giri al minuto ciò corrisponde ad una lunghezza (raggio) dell'asta prossima a 1 m. La massa del carico è stata scelta dalla condizione che quando il piano di rotazione delle aste stabilizzatrici si discosta dal piano dell'HB di 1,5° -2° ci dovrebbe essere un momento che, quando trasmesso attraverso il leverismo alla cerniera assiale della lama NV, sarà uguale (o maggiore) al momento di attrito nei cuscinetti della cerniera assiale sotto il carico assiale operativo. La scatola del cambio principale è progettata per trasmettere la coppia all'albero del rotore principale. Al suo interno passa l'asta del meccanismo di controllo del passo complessivo della NV. Termina con una forcella, che, con le sue sporgenze laterali, si impegna con le forcelle delle boccole della lama, ruotando il meccanismo del sistema di stabilizzazione. Quando l'asta si sposta verticalmente (dalla maniglia) utilizzando le leve del meccanismo del passo collettivo, l'angolo di installazione della pala dell'elica (e, di conseguenza, il suo passo) cambia. Sul coperchio superiore dell'alloggiamento del cambio è installato un piatto oscillante (SA), che serve a modificare la posizione del piano (in realtà il cono) di rotazione dell'NV rispetto all'asse verticale del dispositivo (l'asse dell'albero principale del cambio) a causa del segno opposto della variazione dell'angolo di attacco delle lame: l'angolo di attacco della lama scendendo diminuisce, salendo - aumenta. In questo caso, si verifica un cambiamento nell'entità e nella direzione della componente orizzontale del vettore di spinta NV. L'alloggiamento del cambio è diviso lungo un piano perpendicolare all'asse dell'albero, saldato in lamiera d'acciaio 30KhGSA con uno spessore di 1,3 mm. Anche gli alloggiamenti dei cuscinetti sono lavorati in acciaio 30KhGSA, saldati ai coperchi, dopo di che viene effettuato un trattamento termico ("tempra", rinvenimento elevato) per alleviare lo stress e aumentare la resistenza. Successivamente sono state fresate le flange, assemblati i coperchi e forati i cuscinetti ed i fori su una macchina a coordinate. Il coperchio inferiore è realizzato in lega D16T. L'albero principale è realizzato in acciaio 40ХНМА, trattato termicamente a Gvr -110 kg/mm2. Diametro dell'albero -45 mm, diametro interno del foro - 39 mm, spessore della parete nell'area delle scanalature della boccola HB - 5 mm. Le superfici dell'albero sono lucidate, le scanalature e le sedi dei cuscinetti sono ramate. L'ingranaggio condotto e l'ingranaggio dell'albero motore sono realizzati in acciaio 14ХГСН2МА-Ш e hanno rispettivamente 47 e 12 denti con modulo 3 ed angolo di innesto di 28°. I denti vengono cementati ad una profondità di 0,8-1,2 mm e trattati termicamente fino ad una durezza di HRC = 59-61. L'anello esterno del piatto oscillante è staccabile (come un morsetto), realizzato in lega D16T (fresata da una lamiera di 35 mm di spessore), mentre l'anello interno e il cardano sono realizzati in acciaio 30KhGSA. Cuscinetti ad anello cardanico - 8001 8Yu. Cuscinetto del piatto oscillante - 76-112820B. Il modulo del rotore di coda (RT) è assemblato su un vetro, collegato telescopicamente all'estremità del trave di coda. Può essere esteso per Il carrello di atterraggio anteriore è orientabile liberamente, senza assorbimento degli urti, e ha una ruota da 250x50 mm (da skiroll). Il carrello di atterraggio principale è realizzato con tubi di acciaio e dotato di ammortizzatori ad aria. Le ruote dei supporti principali sono 300x100 mm con battistrada tagliato (da mappa). Questo “taglio di capelli” viene effettuato per ridurre il peso, migliorare la snellezza e facilitare lo scivolamento sull'erba durante l'allenamento o durante gli atterraggi non riusciti. I rinforzi inferiori del telaio sono realizzati con tubi di acciaio 20x1 mm. L'elicottero è dotato di un motore bicilindrico contrapposto a quattro tempi con cilindrata di 750 cm3. Il basamento e l'albero motore sono presi dalla motocicletta K-750; pistoni, cilindri e teste - da MT-10. Il basamento è leggero e adatto a funzionare con una disposizione dell'albero verticale (il sistema dell'olio è stato modificato). È possibile utilizzare altri motori con un peso complessivo non superiore a 40 kg e una potenza di almeno 35 CV. Di particolare rilievo è il sistema di stabilizzazione del dispositivo. L'AV-1 utilizza un sistema di tipo "BELL", ma con un coefficiente di stabilizzazione più elevato (0,85), che elimina quasi completamente la preoccupazione del pilota di bilanciare l'elicottero in modalità hovering. Inoltre limita le velocità angolari durante le virate, proteggendo l'elicottero dai sovraccarichi. La controllabilità è assicurata dalla forma dei pesi sotto forma di dischi piatti (selezionati sperimentalmente). La lunghezza delle aste è stata scelta in base alla condizione che i pesi sotto forma di dischi piatti dovessero "sedersi" bene nel flusso. Pertanto, la velocità periferica dei carichi è stata scelta pari a 70 m/s, e a 600 giri al minuto ciò corrisponde ad una lunghezza (raggio) dell'asta prossima a 1 m. La massa del carico è stata scelta dalla condizione che quando il piano di rotazione delle aste stabilizzatrici si discosta dal piano dell'HB di 1,5° -2° ci dovrebbe essere un momento che, quando trasmesso attraverso il leverismo alla cerniera assiale della lama NV, sarà uguale (o maggiore) al momento di attrito nei cuscinetti della cerniera assiale sotto il carico assiale operativo. La scatola del cambio principale è progettata per trasmettere la coppia all'albero del rotore principale. Al suo interno passa l'asta del meccanismo di controllo del passo complessivo della NV. Termina con una forcella, che, con le sue sporgenze laterali, si impegna con le forcelle delle boccole della lama, ruotando il meccanismo del sistema di stabilizzazione. Quando l'asta si sposta verticalmente (dalla maniglia) utilizzando le leve del meccanismo del passo collettivo, l'angolo di installazione della pala dell'elica (e, di conseguenza, il suo passo) cambia. Sul coperchio superiore dell'alloggiamento del cambio è installato un piatto oscillante (SA), che serve a modificare la posizione del piano (in realtà il cono) di rotazione dell'NV rispetto all'asse verticale del dispositivo (l'asse dell'albero principale del cambio) a causa del segno opposto della variazione dell'angolo di attacco delle lame: l'angolo di attacco della lama scendendo diminuisce, salendo - aumenta. In questo caso, si verifica un cambiamento nell'entità e nella direzione della componente orizzontale del vettore di spinta NV. L'alloggiamento del cambio è diviso lungo un piano perpendicolare all'asse dell'albero, saldato in lamiera d'acciaio 30KhGSA con uno spessore di 1,3 mm. Anche gli alloggiamenti dei cuscinetti sono lavorati in acciaio 30KhGSA, saldati ai coperchi, dopo di che viene effettuato un trattamento termico ("tempra", rinvenimento elevato) per alleviare lo stress e aumentare la resistenza. Successivamente sono state fresate le flange, assemblati i coperchi e forati i cuscinetti ed i fori su una macchina a coordinate. Il coperchio inferiore è realizzato in lega D16T. L'albero principale è realizzato in acciaio 40ХНМА, trattato termicamente a Gvr -110 kg/mm2. Diametro dell'albero -45 mm, diametro interno del foro - 39 mm, spessore della parete nell'area delle scanalature della boccola HB - 5 mm. Le superfici dell'albero sono lucidate, le scanalature e le sedi dei cuscinetti sono ramate. L'ingranaggio condotto e l'ingranaggio dell'albero motore sono realizzati in acciaio 14ХГСН2МА-Ш e hanno rispettivamente 47 e 12 denti con modulo 3 ed angolo di innesto di 28°. I denti vengono cementati ad una profondità di 0,8-1,2 mm e trattati termicamente fino ad una durezza di HRC = 59-61. L'anello esterno del piatto oscillante è staccabile (come un morsetto), realizzato in lega D16T (fresata da una lamiera di 35 mm di spessore), mentre l'anello interno e il cardano sono realizzati in acciaio 30KhGSA. Cuscinetti ad anello cardanico - 8001 8Yu. Cuscinetto del piatto oscillante - 76-112820B. Il modulo del rotore di coda (RT) è assemblato su un vetro, collegato telescopicamente all'estremità del trave di coda. Può estendersi per tendere la cinghia di trasmissione. In questo caso però è necessario adeguare la lunghezza dei cavi di comando del rotore di coda. È azionato da un cambio intermedio mediante una catena e due trasmissioni a cinghia. Il rotore di coda è articolato (ha cerniere orizzontali e assiali combinate) e ruota dalla parte anteriore a quella posteriore. Il suo diametro è di 1,2 m, il numero di giri al minuto è 2500. La boccola RV è costituita da una croce e da due coppe rivettate con le lame. Due boccole in bronzo fungono da cuscinetti assiali e la forza centrifuga viene assorbita da una filettatura M24x1,5. La tenuta viene effettuata con un anello di gomma, fissato con una rondella e un anello elastico. I passi della cerniera assiale sono sfalsati di 30° rispetto all'asse della cerniera orizzontale (HS). Lubrificazione: olio MS-20, versato in un bicchiere prima del montaggio. La cerniera orizzontale è montata su boccole in bronzo e perno cementato, che è fissato sulla forcella GS per impedirne la rotazione. Durante l'assemblaggio delle lame con un vetro, è stata prestata particolare attenzione all'allineamento dei loro assi. Ora un po 'sulla scelta dei parametri principali delle pale dell'elica. La corda aerodinamica media (CAC) della pala è calcolata a partire dalla condizione che il fattore di riempimento del disco spazzato (K) sia compreso tra 0,025 e 0,035 (un valore inferiore per velocità periferiche elevate, 200-220 m/s ; e un valore maggiore per quelli più piccoli, 170-190 m/s), secondo la formula: bmin = (SHB K)/DHB ; dove bmin è il minimo MAR. Principali caratteristiche tecniche:
Sull'elicottero AV-1, il coefficiente K = 0,028 per il rotore principale, poiché le velocità periferiche sono selezionate nell'intervallo 190-210 m/s. In questo caso il MAR è considerato pari a 140 mm. È consigliabile avere tutto molto leggero sull'aereo. Ma in relazione a NV possiamo parlare della massa minima consentita, poiché la forza centrifuga necessaria per creare un cono di rotazione del rotore principale dipende dalla massa della pala. È auspicabile che questo cono sia compreso tra 1°-3°. È quasi impossibile e addirittura indesiderabile realizzare pale del peso di 2-3 kg, poiché la riserva di energia cinetica sarà piccola durante un atterraggio di autorotazione di emergenza con detonazione, nonché durante il passaggio alla modalità di autorotazione dal volo a motore. Un peso di 7-8 kg va bene per un'emergenza, ma alla massima velocità l'NV produrrà una notevole forza centrifuga. L'AV-1 utilizza una lama con un peso compreso tra 4,6 e 5,2 kg, che fornisce un carico massimo dalle forze centrifughe fino a 3600 kgf. La robustezza della boccola HB è progettata per questo carico (con un margine di sicurezza pari a 7 volte); il suo peso è di 4,5 kg. La forma piana e la torsione della pala proposte sono il risultato di esperimenti con lame di varie forme, torsioni e profili. Le pale NV devono soddisfare due requisiti contraddittori: autorotare bene (ovvero garantire un basso rateo di discesa durante l'autorotazione in caso di avaria del motore) e utilizzare la potenza del motore con la massima efficienza durante il volo motorizzato (per rateo di salita, velocità massima ed efficienza). Considera le opzioni per le pale per un elicottero e per un autogiro. Un buon autogiro ha una rotazione. militare, cioè l'angolo di installazione della lama al calcio è negativo (-5°...-8°), e la sezione della punta è positiva (+2°). Il profilo è piatto-convesso o a forma di S. Attualmente, il profilo NACA 8-H-12 (a forma di S, 12%) è ampiamente utilizzato. La forma della lama in pianta è rettangolare. Un buon elicottero ha una torsione diritta, cioè il calcio ha un angolo di installazione positivo (+8°...+12°) rispetto alla sezione terminale. Il profilo è NACA 23012, il cui spessore relativo all'estremità è del 12% e al fondo - 15%. La forma della lama in pianta è trapezoidale, con conicità di 2,4-2,7. La forma in pianta della pala è stata calcolata utilizzando il metodo degli elementi finiti per il caso di volo ad una velocità di 110 km/he il margine di sovraccarico della pala all'indietro era 1,4. Con una velocità HB di 580 giri al minuto, un diametro HB di 6 me un peso di volo di 200 kg, la pala risultante era larga 80 mm all'estremità e larga 270 mm all'estremità (rastremazione 3,4). Una larghezza eccessiva della lama in punta comporta un consumo inutile di potenza del motore per superare la resistenza turbolenta del profilo, pertanto è vantaggioso ridurre al minimo la superficie bagnata delle aree che operano ad alte velocità. D'altra parte, per avere una riserva di portanza alle estremità della pala quando l'aeronautica è pesante o quando si passa all'autorotazione (gli errori di pilotaggio più probabili da parte di un pilota amatoriale), è necessario avere pale leggermente più ampio di quanto progettato. Ho adottato il restringimento della lama 2, la corda della radice - 220 mm e la corda finale - 110 mm. Per conciliare l'elicottero con l'autogiro in un unico dispositivo, era necessario utilizzare pale senza torsione. È più difficile con i profili. La parte terminale della pala (Rrel = 1 - 0,73) ha profilo NACA 23012 con spessore relativo del 12%. Nella sezione Rrel = 0,73-0,5 - un profilo di transizione da NACA 23012 a NACA 8-N-12, solo senza la coda a forma di S. Nella sezione Rrel = 0,5-0,1, il profilo K|ASA 8-N-12 ha spessore relativo variabile: 12% a Rrel = 0,5 e 15% a Rrel = 0,3-0,1. Questa lama tira bene in tutte le modalità di volo. Durante l'autorotazione la velocità di discesa dell'elicottero era di 2,5 m/s. Durante il test, è stato effettuato un atterraggio con autorotazione senza detonazione, la frenata è stata effettuata con il beccheggio e la velocità verticale è stata ridotta a zero e la portata era di soli 3 m circa. Su un elicottero ultraleggero, in caso di guasto al motore, la trasmissione PV viene disconnessa, poiché la sua azionamento richiede energia generata dall'autorotazione NV, che peggiorerebbe l'autorotazione e aumenterebbe la velocità di discesa. Pertanto, per i camper non è necessario un profilo della pala simmetrico. È preferibile scegliere un tipo piano-convesso R3. Per aumentare l'efficacia si consiglia di utilizzare una torsione (8°). Inoltre, per aumentare l'efficienza dell'elica, è desiderabile avere una forma di pala trapezoidale in pianta con una conicità pari a 2 e un fattore di riempimento del disco spazzato compreso tra 0,08 e 0,06. Buoni risultati si ottengono anche con il profilo NACA 64A610-a-0,4 con spessore relativo del 12%. Le lame possono essere realizzate utilizzando varie tecnologie. Ad esempio, da una tavola di pino massiccio. Come pezzi grezzi vengono selezionate due tavole di pino a strati diritti, senza nodi e di media densità, tagliate in modo che gli strati densi siano rivolti verso il futuro bordo anteriore e corrano con un angolo di 45°. Il pannello è profilato secondo una dima ridotta dello spessore del rivestimento in fibra di vetro e della verniciatura (0,8-1,0 mm). Dopo aver terminato la lavorazione, la parte posteriore del pezzo viene alleggerita. Per fare ciò, i contrassegni evidenziano la parte del longherone e il bordo d'uscita. La parte del longherone sul calcio costituisce il 45% dell'accordo e alla fine il 20%. Successivamente, vengono praticati dei fori con un diametro pari alla distanza dal bordo d'uscita al longherone con incrementi di 40-50 mm. Successivamente i fori vengono riempiti con schiuma rigida di PS o PVC, levigati a filo e ricoperti con fibra di vetro. La parte di testa viene solitamente incollata in più strati, con una transizione graduale al tessuto principale. Un altro modo per realizzare le lame è quello di utilizzare diverse ginestre. Il pezzo viene incollato da tre o quattro ginestre, che possono essere strisce piene o incollate insieme da due strisce di diversa densità. Si consiglia di realizzare la parte del longherone della ginestra in betulla o larice. Innanzitutto, un pezzo grezzo di ginestra tre volte più spesso di quello finito viene incollato insieme da due doghe. Successivamente viene tagliato in due e lavorato fino allo spessore desiderato. In questo caso, la parte del longherone di diverse lame di ginestra è realizzata con larghezze diverse (di 10-15 mm) per la rilegatura. Puoi incollare separatamente il longherone da 3-4 ginestre e la parte della coda da una o due. Dopo la profilatura è necessario incollare un peso anti-sbattimento sul bordo d'attacco ad una lunghezza di 0,35 R dall'estremità della lama, poiché sono soprattutto le sezioni terminali delle lame ad essere soggette a sbattimento. Il peso è in piombo o acciaio dolce. Dopo l'incollaggio, viene lavorato lungo il profilo e inoltre fissato ai telai dei longheroni con una striscia di fibra di vetro su resina epossidica. Successivamente, puoi coprire l'intera lama con fibra di vetro. Durante la fabbricazione della lama è necessario monitorare costantemente il peso delle parti in modo che dopo l'assemblaggio e la lavorazione la massa della lama differisca il meno possibile da quella calcolata. Autore: V.Artemchuk
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