Как работает шарнир Delta-3 на хвостовом винте вертолета?

Это связано с тем, что ось лопасти по размаху «смещена» относительно линии шарнира ее взмаха, поэтому, когда она взмахивает, угол стреловидности приводит к некоторому изменению эффективного УА лопасти (для наступающей лопасти - уменьшению; вот что означает оперение) .

Чтобы представить это, представьте, что вы стоите прямо перед диском хвостового винта и наблюдаете, как продвигающаяся лопасть простого винта проходит сверху или снизу прямо к вам. Все, что вы видите, это его тонкая передняя кромка. Если простая лопасть машет влево или вправо, все, что вы видите, это тонкая передняя кромка, потому что ось лопасти перпендикулярна оси шарнира оперения.

Теперь представьте лопасти несущего винта Delta с той же точки зрения, а шарнирные закрылки слева или справа. Поскольку ось лопасти по размаху смещена или «отстает» от оси машущего шарнира, вы сможете увидеть часть верхней или нижней поверхности лопасти с вашего наблюдательного пункта, когда она будет махать. Для воздушного потока это фактически небольшое уменьшение угла атаки («флюгирование») по сравнению с углом атаки лопасти без закрылков, установленное рычажным механизмом изменения шага (или увеличение при взмахе крыльев при отступлении).

Дельта-3 (также пишется$\delta_3$) — простая, но сложная для визуализации концепция.

Я полагаю, что лучший способ понять это - сравнить ротор со встроенной дельтой-3 с ротором без нее. Следующие две головки ротора взяты из Википедии (плюс пара красочных строк с моей стороны): первая — это головка несущего винта Bell 222, вторая — хвостовой винт Robinson R44.

Несущий винт Bell 222. Источник: Wikimedia Commons.

Хвостовой винт Robinson R44. Источник: Викисклад.

Для Bell 222 красная линия шарнира шага перпендикулярна синей линии шарнира качания (также называемого качающимся шарниром в этой конкретной конструкции). Для R44 красная и синяя линии не перпендикулярны, а пересекаются примерно под углом 45°. Надеюсь, эта разница видна, несмотря на разный ракурс снимков. Это неперпендикулярное пересечение, как и в R44, представляет собой угол дельта-3.

Теперь, когда лопасть B222 взмахивает вверх... ну, она просто взмахивает вверх. Когда лопасть R44 взмахивает вверх (на самом деле «наружу», возможно, более правильный термин для рулевого винта, но для простоты сравнения я придерживаюсь слова «вверх»), он взмахивает вверх... и уменьшает свой шаг именно потому, что эти две оси не перпендикулярны из-за дельты-3.

Это не очень легко представить, но это может стать яснее, если взглянуть на крайний случай: начиная с конфигурации B222 и ее смещенной на 90° синей и красной линии, давайте уменьшим этот угол (т.е. увеличим дельта-3); мы получаем конфигурацию R44 с ее 45° между синей и красной линией; теперь давайте снова уменьшим этот угол (т.е. еще больше дельта-3), пока не дойдем до предельного случая, когда синяя и красная линии перекрываются (т.е. дельта-3=90°): теперь закрылки и тангаж стали одним и тем же, они оба лежат на одной оси они совпадают, 1° закрылка совпадает с 1° тангажа. Подводить итоги:

• синяя и красная линии перпендикулярны (B222)$\Leftrightarrow$ $\delta_3=0°$ $\Rightarrow$закрылок и шаг полностью разделены
• синяя и красная линии совпадают$\Leftrightarrow$ $\delta_3=90°$ $\Rightarrow$закрылок и тангаж полностью соединены один к одному
• $\delta_3$от 0 до 90° (R44)$\Rightarrow$закрылок и шаг частично связаны.

(Последняя частичная связь математически переводится как$\theta_{\delta_3}=\beta tan \delta_3$, где$\theta_{\delta_3}$изменение высоты тона из-за взмахов$\beta$. Может быть, если у вас есть какая-нибудь техника Lego, вы могли бы попробовать ее и проверить вживую).

Каковы преимущества этого? Как было сказано, когда лопасть взмахивает вверх (наружу), дельта-3 уменьшает ее шаг, что, в свою очередь, уменьшает аэродинамическую тягу, создаваемую лопастью, что, в свою очередь, уменьшает ее взмахи. Противоположное верно, когда лопасть машет вниз (внутрь), т.е. дельта-3 увеличивает шаг, увеличивая ее тягу и, следовательно, ее махание:

• закрылки лезвия$\Rightarrow$из-за$\delta_3$высота тона уменьшается$\Rightarrow$лифт уменьшает$\Rightarrow$лоскут уменьшает

Итак, дельта-3 — это простой кинематограф, используемый для ограничения количества взмахов лопастей несущего винта.

Это имеет двойной результат:

1. зазор между хвостовым винтом и хвостовой балкой уменьшен, что делает вал короче и легче;
2. взмахи руками также вызывают движение ведущей ноги за счет силы Кориолиса ; если закрыть закрылок, также уменьшается движение ведущей ноги, и оно может быть уменьшено до такой степени, что от шарнира ведущей ноги можно избавиться, как в R44.

Свободная экономия веса всегда хороша в аэрокосмическом мире.

Бонусный материал

Дельта-3 используется точно по той же причине и на несущем винте, но в более мягкой форме, поскольку взмахи крыльев - это физический эффект, который позволяет управлять вертолетом, поэтому здесь нужен компромисс между более короткой/легкой мачтой и управляемостью.

Так как на красной линии могут лежать только 2 лопасти, то для роторов с 3 и более лопастями эффект дельта-3 получается с другой кинематографичностью: если кому-то это интересно, я мог бы расширить этот ответ.