Авиационный журнал

Колебаниями называется возвратно-периодическое движение системы ( тела или его частей) относительно положения равновесия.
Период – это время одного колебания (Т).
Частота – количество колебаний в единицу времени: f = 1/ T.
Амплитуда – наибольшее отклонение системы от равновесного положения (А).
При колебаниях всегда возникают демпфирующие силы, стремящиеся погасить колебания ( силы внутреннего трения, сопротивления среды).
Собственными ( свободными) колебаниями называются колебания системы, которые происходят после прекращения действия возбуждающих сил.
Они всегда затухающие, так как всегда есть демпфирование.
Вынужденными называются колебания под действием внешних, периодически действующих возбуждающих сил и моментов.
Частота вынужденных колебаний определяется частотой действия возбуждающей силы, т.е. равна ей или кратна.
Амплитуда вынужденных колебаний зависит от величины возбуждающей силы, жесткости, массы конструкции, степени демпфирования, а так же от соотношения частот собственных и вынужденных колебаний.
При их совпадении наступает явление резонанса, т.е. резкое увеличение частоты и амплитуды вынужденных колебаний, приводящее к разрушению конструкции.
Самовозбуждающимися колебаниями называются колебания, которые происходят за счет энергии самой системы.
Основными источниками вибраций вертолета являются:
- силовая установка;
-фюзеляж;
-несущий и рулевой винты.

Земной резонанс - это самовозбуждающиеся колебания вертолета на упругом шасси с возрастающей амплитудой.
Он возникает при совпадении частоты действия неуравновешенной центробежной силы НВ с частотой собственных колебаний вертолета на упругом шасси.
Неуравновешенная Fцб возникает вследствие неодинакового поворота лопастей НВ относительно вертикального шарнира.
Он может возникнуть на рулении, при запуске двигателей, взлете и посадке вертолета.
Рассмотрим движение лопастей четырех лопастного НВ относительно вертикальных шарниров при наезде правым колесом основного шасси на препятствие на режиме руления:
-при резком отклонении оси вала НВ влево лопасти 2 и 4 стремятся сохранить свое первоначальное положение под действием Fцб, что вызывает их поворот относительно ВШ вправо;
-центр тяжести НВ смещается с оси вала, появляется неуравновешенная Fцб;
-одновременно изменяются углы взмаха лопастей 1 и 3, угол взмаха увеличивается у 1й лопасти и уменьшается у лопасти 2, что приводит к возникновению кориолисовых сил, которые в следующий момент времени смещают лопасти 1 и 3 относительно ВШ вперед.
Таким образом, неуравновешенная Fцб поворачивается относительно втулки НВ с частотой колебаний лопастей относительно ВШ против направления вращения НВ. Относительно вертолета неуравновешенная Fцб поворачивается с частотой (0,75-0,8)ωнв.
Если частота вынужденных колебаний вертолета под действием неуравновешенной Fцб совпадет с частотой собственных колебаний вертолета на упругом шасси, то возникнут самовозбуждающиеся колебания ( земной резонанс) с быстрым ростом частоты и амплитуды, приводящие к разрушению вертолета.
Современные вертолеты проектируются так, чтобы земной резонанс не мог наступить в рабочем диапазоне оборотов НВ. При собственных колебаниях вертолета на упругом шасси по первой форме резонанс может возникнуть при оборотах НВ=50% от рабочих, поэтому при раскрутке НВ их рекомендуется проходить как можно быстрее. Наиболее опасен резонанс по второй форме собственных колебаний вертолета, который возникает при оборотах НВ 120% от рабочих.
Устранение земного резонанса возможно при соответствующем демпфировании колебаний лопасти в плоскости вращения и колебаний вертолета на упругом шасси, а так же путем вывода частот собственных колебаний вертолета за пределы диапазона частот вращения НВ.
К конструктивным мерам, исключающим земной резонанс при правильной эксплуатации вертолета относятся:
-постановка гидродемпферов вертикальных шарниров, рассеивающих энергию колебательного движения лопасти в плоскости вращения;
- постановка амортизаторов основных стоек шасси с увеличенным временем торможения на обратном ходе, а так же применение многокамерных амортизаторов.
Действия летчика при возникновении земного резонанса:
а). на опробовании двигателей:
- энергично отклонить РОШ вниз до упора и перевести рукоятку коррекции в крайнее левое положение.
б). при выполнении руления, на разбеге и на пробеге после посадки:
- отклонить РОШ вниз до упора и перевести рукоятку коррекции в крайнее левое положение, ручку управления удерживать в нейтральном положении, применить тормоза колес.
Если во всех указанных случаях уменьшение оборотов НВ не приводит к прекращению колебаний вертолета, то необходимо выключить двигатели.

2.Флаттер лопастей НВ, физическая сущность возникновения. Действия летчика при возникновении флаттера.
Флаттером называют самовозбуждающиеся колебания лопастей НВ, происходящие за счет энергии воздушного потока и приводящие к быстрому нарастанию амплитуды махового движения.
Наиболее характерным видом флаттера лопастей НВ является изгибно- крутильный и крутильно- маховый флаттер.

Изгибными называются такие колебания, при которых хорда лопасти перемещается параллельно самой себе.
Однако, у реального профиля из-за несовпадения центров тяжести и жесткости чисто изгибные колебания не реализуются. Силы упругости и инерции будут скручивать лопасть, увеличивая или уменьшая ее угол установки.
Собственные изгибно-крутильные колебания лопасти будут затухающими. Для возникновения возбуждающей силы необходим подвод энергии от набегающего потока, что происходит в реальном полете.
При движении лопасти в потоке на ней возникают дополнительные аэродинамические силы, которые способствуют как демпфированию, так и возбуждению маховых колебаний лопасти.
(рассмотреть слайд). Лопасть движется из точки 1 вверх. Из-за изменения угла установки возникает дополнительная подъемная сила на элементе лопасти, которая называется возбуждающей силой.
В точке 2 она максимальна, а за тем она уменьшается. В точке 3 =0. При движении вниз возбуждающая сила меняет свое направление, продолжая увеличивать амплитуду махового движения лопасти.
Однако, при движении вверх поток на лопасть набегает сверху, что приводит к уменьшению углов атаки элементов, что приводит к уменьшению dYв или ,что то же самое, возникновению демпфирующей силы dYд.
Амплитуда колебаний лопасти будет возрастать, если dYв>dYд.
Т.о dYв пропорциональна квадрату скорости, а dYд пропорциональна скорости.
На графике видно, что началу возникновения флаттера соответствует определенная скорость полета, которую назвали критической скоростью флаттера Vкр.ф Она соответствует условию dYв=dYд. При V>Vкр.ф. флаттер неизбежен.
Постановка в лонжерон лопасти противофлаттерного груза для приближения центра тяжести к центру жесткости практически исключает возникновение флаттера в рабочем диапазоне скоростей полета.
Однако, при боевых повреждениях лопасти, когда нарушаются ее массовые характеристики, возможно возникновение флаттера лопастей.
Действия летчика при возникновении флаттера:
-уменьшить ОШ несущего винта, уменьшить скорость полета;
-если уровень вибрации вертолета не влияет на работоспособность экипажа (при боевых повреждениях НВ), то продолжить полет на свой аэродром, в противном случае - выполнить вынужденную посадку.