Лопасти несущего винта являются наиболее ответственным и нагруженным агрегатом вертолета, обеспечивающим создание потребной подъемной силы. Она должна удовлетворять весьма разнообразным и противоречивым требованиям:
1) обеспечение статического свеса лопасти на стоянке (конец лопасти не должен касаться других элементов планера);
2) обеспечение требований статической прочности: напряжения, действующие в лонжероне лопасти от центробежных сил в полете и от массовых сил на стоянке, не должны превышать допустимые напряжения;
3) обеспечение необходимого запаса по флаттеру;
4) отсутствие резонансных колебаний;
5) получение уровня динамических напряжений, обеспечивающих необходимый ресурс;
6) обеспечение достаточной жесткости лопасти на изгиб в плоскостях тяги и вращения, а также на кручение;
7) получение высоких аэродинамических качеств;
8) обеспечение невысокой (по ресурсу) стоимости и технологичности.
Задачи и особенности конструирования лопастей
Основной особенностью лопасти НВ является работа под действием переменных по времени нагрузок. Эти нагрузки не только зависят от режимов работы летательного аппарата, но и в значительной степени определяются массовыми и жесткостными характеристиками самой лопасти.
Процесс конструирования лопасти заключается в определении жесткостных, массовых и геометрических характеристик основных ее конструктивных элементов. При этом приходится решать сложные конструктивно-технологические задачи, учитывая противоречивые требования, и прежде всего – требования обеспечения высокой усталостной прочности и ресурса. Кроме того, при создании конструкции лопасти необходимо также стремиться к снижению ее массы, поскольку она определяет величину центробежной силы, действующей на лопасть, сочленения, втулку НВ. Однако надо помнить о ряде ограничений: по массовой характеристике, по величине махового движения, по минимально осуществимым с точки зрения технологии размерам деталей.
Обычно работа, направленная на конструирование лопастей, включает в себя следующие этапы:
1) формирование конструктивно-силовой схемы (КСС) лопасти;
2) выбор материалов для отдельных элементов конструкции;
3) определение геометрических характеристик основных силовых и конструктивных элементов сечения лопасти на основании условий статической прочности конструкции;
4) расчет массовых, жесткостных и центровочных характеристик лопасти;
5) расчет собственных частот изгибных колебаний лопасти и проверка динамической прочности конструкции;
6) расчет на прочность узла крепления лопасти;
7) выбор технологических процессов, обеспечивающих высокую усталостную прочность силовых элементов лопасти, т. е. технологическая проработка конструкции.