Что вызывает колебательное движение винтов вертолета?

Отставание опережения вызвано тем, что лопасти ускоряются и замедляются, когда они взмахивают вверх и вниз.

На наступающую сторону лопасти действует воздушный поток, равный его скорости плюс поступательная скорость вертолета. Лопасть на отступающей стороне подвергается потоку воздуха, равному скорости лопасти минус поступательная скорость вертолета. Это вызывает диссимметрию подъемной силы .

Чтобы противостоять этому, лопасти могут колебаться вверх и вниз вокруг колеблющихся шарниров. Лопасть наступающей стороны поднимается вверх, уменьшая угол атаки и, следовательно, создаваемую подъемную силу. Лопасть на отступающей стороне закрывается, увеличивая угол атаки и, следовательно, увеличивая подъемную силу.

Посмотрите это видео примерно на 1:30, чтобы увидеть взмахи в действии . Это гирокоптер, но вы действительно можете увидеть взмах лопастей на 0:39 и 1:17.

Из-за сохранения импульса скорость взмаха лопасти увеличивается, поскольку ее центр тяжести перемещается внутрь к втулке ротора. Поскольку ротор вращается с постоянной скоростью, лопасть должна двигаться вперед вокруг шарнира опережения/отставания. Точно так же взмах лезвия замедляется, поэтому отстает.

Лопасти будут двигаться вперед и назад из нейтрального положения по синусоиде при вращении ротора. Демпферы опережения/запаздывания уменьшают силу этого колебания.

Вариант машущих шарниров (независимые шарниры для каждой лопасти) представляет собой качающийся шарнир на двухлопастных вертолетах, где шарнир соединен с каждой лопастью. Если одна лопасть поднимается, другая должна опускаться, и наоборот. Весь диск ротора «качается» на вершине приводного вала. Это известно как полужесткая головка и, насколько мне известно, используется на всех вертолетах с двумя лопастями.

В полужестких и жестких головках общий эффект ускорения и замедления лопастей компенсируется в полном цикле вращения, и используются другие механизмы для уменьшения рыскающих нагрузок. Представьте себе 4-х лопастной жесткий ротор. 2 лопасти пытаются ускорить ротор и 2 пытаются замедлить его в равной степени.

Одним из серьезных побочных эффектов опережения/запаздывания на полностью шарнирных головках является резонанс земли . Поскольку лопасти могут двигаться вперед и назад, лопасти могут быть ближе друг к другу с одной стороны, чем с другой, особенно когда вертолет приземляется с углом крена, поэтому одна шестерня касается земли первой. Это смещает центр баланса от центра вращения, что может вызвать колебание головки несущего винта, что приводит к вертикальной вибрации «отскока» шасси. Если условия правильные (или неправильные, в зависимости от вашей точки зрения), резонанс может быть усилен собственной резонансной частотой шасси вертолета и может привести, если позволить продолжаться, к разрушению самолета .

Если вы думаете, что лопасти вертолета достаточно жесткие, подумайте еще раз .

Качающиеся роторы «подвешены» для поддержания постоянного центра масс во время цикла взмахов. Движения опережения-запаздывания не требуются, если ротор имеет определенную степень конусности. Двухлопастные хвостовые винты имеют треугольный шарнир для обеспечения опережения. Вертолеты Augusta имеют предварительно конусообразные рулевые винты и бывают как подвесными, так и треугольными.