Вертолёт, 2008 №4

Новое слово в науке о вертолетах

С начала развития винтокрылых аппаратов Центральный аэрогидродинамический институт имени Н.Е. Жуковского (ЦАГИ) проводит исследования по совершенствованию аэродинамических, летно-технических и экономических характеристик отечественных вертолетов. На основе разработанных в ЦАГИ аэродинамических профилей серий ЦАГИ-2, ЦАГИ-3 и ЦАГИ-4, которые превосходят по критериям эффективности зарубежные аналоги, созданы передовые для каждого периода времени аэродинамические компоновки лопастей несущих и рулевых винтов вертолетов Ми-26, Ми-28, Ми-35, Ми-38, Ка-50/52, Ка-62, Ка-226. В целях дальнейшего совершенствования несущего винта институт разрабатывает такие направления, как проектирование рационального набора аэродинамических профилей; выбор формы лопасти в плане (особенно ее концевой части); определение рациональной геометрической крутки лопасти, согласованной с профильным набором и формой лопасти в плане. Две новейших серии ЦАГИ-4 и ЦАГИ-5 обеспечивают задел и для модернизации существующих, и для создания перспективных транспортных и боевых вертолетов.

В ЦАГИ разработана усовершенствованная аэродинамическая компоновка лопастей, выполнены расчетные исследования по обеспечению аэроупругой устойчивости (флаттер, дивергенция) и приемлемых динамических характеристик, выполнены расчетно-конструкторская разработка и экспериментальная апробация полномасштабных моделей лопасти вертолетов типа Ми-17, созданной на основе полимерных композитных материалов. Масса такой композитной лопасти на 20 % меньше, чем масса серийной лопасти на основе дюралевого прессованного лонжерона, что приводит к существенному снижению нагрузок, действующих на втулку рулевого винта, и служит росту ее ресурса. Исследования натурного несущего винта вертолета «Ансат» в большой аэродинамической трубе Т-101 ЦАГИ, а также эксперименты по отработке аэродинамики корпуса вертолета в аэродинамической трубе Т-105 ЦАГИ позволили выработать рекомендации для существенного снижения километрового расхода топлива.

В настоящее время прочнисты института разработали уникальную методику усталостных испытаний лопастей рулевого винта вертолета, выполненных из полимерных композитных материалов. По этой методике на специальном автоматизированном стенде, также созданном в ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, моделируются различные нагружения лопасти в плоскостях тяги и вращения, возникающие в процессе эксплуатации вертолета. Впервые на стенде применен электрогидравлический следящий привод, который, в отличие от используемых ранее электрических приводов, обеспечивает автоматическое поддержание с высокой точностью амплитуды колебаний лопасти и постоянную осевую нагрузку. Компьютеризированная следящая система цифрового управления поддерживает резонансные колебания лопасти. По разработанной методике проведены усталостные испытания опытной лопасти из полимерных композитов. Подробнее о новой методике мы попросили рассказать заместителя начальника отделения ресурса конструкций летательных аппаратов К.С. ЩЕРБАНЯ.

— Константин Степанович, в чем уникальность новой методики усталостных испытаний композитных лопастей?

— Впервые на стенде усталостных испытаний лопастей вертолета как для возбуждения колебаний лопасти, так и для ее осевого нагружения применена следящая система электрогидравлического нагружения с управлением от ЭВМ. В отличие от существующих установок, на которых моделируются изгибающие моменты и осевое растяжение лопасти, на созданном специалистами ЦАГИ стенде дополнительно моделируются секущие силы, воспроизведение которых важно при испытании лопастей из композитных материалов.

— Каково назначение стенда? Он предназначен только для испытаний и исследований в рамках НИОКР или для испытаний и серийных лопастей?

— Стенд универсальный, на нем можно проводить поисковые исследования опытных лопастей, сертификационные, а также периодические испытания серийных лопастей.

— В результате усталостных испытаний подтвержден начальный ресурс лопасти, необходимый для летных испытаний. Речь идет о каком-то конкретном вертолете? И кем разработано программное обеспечение новой методики?

— Подтвержден начальный ресурс композитной лопасти нового поколения для рулевого винта вертолета типа Ми-8/17. Программное обеспечение новой методики, как и система автоматического управления, разработано специалистами нашего института.

— В чем эффективность применения новой методики? Какова ее польза, если так можно сказать, для конкретного эксплуатанта?

— Эффективность заключается в простоте и скорости проведения усталостных испытаний рулевого, а также несущего винта вертолетов среднего и малого класса.

— Какие исследования по вертолетам ведутся сегодня в ЦАГИ, какие запланированы на перспективу?

— В настоящее время проведены виброусталостные испытания топливных баков, маслобаков, АПУ, силовой стойки, ЗЧУ и тяг для вертолетов Ми-26 и Ми-24, а также хвостовой и концевой балки Ми-8. Планируется проведение периодических виброусталостных испытаний особо ответственных узлов и агрегатов вертолетов производства Ростовского вертолетного завода.