Вертолеты являются воздушными судами, способными выполнять вертикальный взлет и посадку, а также зависать в воздухе. Эти характеристики делают их незаменимыми для выполнения различных задач, Однако вертолеты подвержены внешним возмущениям, таким как турбулентность, которые могут повлиять на их устойчивость и управляемость. Для обеспечения устойчивости и управляемости вертолета используют стабилизатор. Для оценки полноты и достоверности результатов исследования стабилизатор рассматривался совместно со всем вертолетом в целом. Стабилизатор служит для улучшения характеристик продольной балансировки и устойчивости вертолета, его устанавливают на конце хвостовой балки для максимально возможного увеличения расстояния до центра масс воздушного судна, а также уменьшения вредного индуктивного воздействия несущего винта. Устойчивость – это способность вертолета без вмешательства пилота сохранять исходный режим полета. Продольная балансировка – это приведение вертолета в равновесное состояние, путем контроля скорости, высоты полета и тангажа. Для дальнейшего исследования были спроектированы и рассмотрены 6 варинантов стабилизаторов, представленных на рисунках. Также для сравнения рассмотрели исходный стабилизатор вертолета Ми171А3. Для расчета была создана расчетная область для расчета фюзеляжа со стабилизатором и отдельно для стабилизатора. Затем модели разбивались на сетку конечных элементов. Граничные условия: Для расчета были выбраны параметры воздушной среды, соответствующие полету вблизи Земли: – атмосферное давление p = 101 325 Па; – плотность воздуха ρ = 1,225 кг⁄м3; – скорость полета v = 250 км⁄ч. При расчете исследовались углы атаки от -15˚ до 20˚. Углы атаки отсчитывались от СГФ фюзеляжа. Угол установки стабилизатора относительно фюзеляжа: -4,18˚. Аэродинамические силы в Ansys Fluent определялись в связанной СК, после чего пересчитывались в скоростную. Cxa = 2Xa ρV2Sом 2Ya Cya = ρV2S (3.1) 2Mz ρV2S R (3.3) (3.2) ом mz = ом нв где Xa – сила сопротивления; Ya – подъемная сила; Mz – продольный момент; ρ = 1,225 кг/м3 – плотность воздуха; V = 250 км/ч – скорость полета; Sом = 356 м2 – ометаемая несущим винтом площадь; Rнв = 10,645 м – радиус НВ. Для определения степени влияния стабилизатора на ЛТХ вертолета в первую очередь необходимо определить, как изменится сопротивление планера при различных вариантах стабилизатора. Для оценки влияния различных вариантов стабилизатора на продольную балансировку вертолета необходимо сравнить величины продольного момента стабилизаторов, в том числе с учетом влияния фюзеляжа. Продольную статическую устойчивость вертолета разделяют на устойчивость по перегрузке (при постоянной скорости полета) и устойчивость по скорости (при постоянной перегрузке во время полета). При неизменной скорости изменение перегрузки определяется изменением величины �y. Во время прямолинейного полета вертолета изменение �z при изменение перегрузки определяется изменением угла атаки. Таким по образом, для вертолетов понятие «устойчивость перегрузке» практически равносильно понятию «устойчивость по углу атаки». Поэтому степенью продольной статической устойчивости вертолета по перегрузке является полная производная от �z по α при � = �����. Стабилизатор способствует улучшению статической устойчивости вертолета по перегрузке. Фюзеляж со стабилизатором устойчив по углу атаки в диапазоне α, соответствующем полету вперед. Однако эффект стабилизатора становится сравнимым с негативным воздействием несущего винта только при высоких скоростях, когда сила ∆�ст достаточно велика. Именно поэтому вертолеты одновинтовой схемы обычно не обладают статической устойчивостью по перегрузке на малых и средних скоростях полета. В случае постоянной перегрузки при изменении скорости меняется угол атаки. Это в свою очередь влияет на величины �z и �y. Поэтому степенью продольной статической устойчивости вертолета по скорости является полная производная аэродинамического момента тангажа �z по �y в установившемся полете. Вертолет (по скорости) является статически устойчивым летательным аппаратом благодаря мощному стабилизирующему воздействию его несущего винта, которое перекрывает влияние остальных компоновочных элементов вертолета. Так, при увеличении скорости происходит увеличение завала конуса несущего винта назад, что приводит к изменению тангажа на кабрирование и уменьшению силы тяги, следовательно, и к уменьшению скорости. Появление момента на кабрирование при увеличении скорости говорит об устойчивости вертолета (возникает положительное приращение момента). Из-за того, что ветер может поменять величину и направление вектора скорости воздушного потока, это может привести к изменению угла атаки фюзеляжа и угла атаки несущего винта. Отсюда следует, что несущий винт становится дестабилизирующим фактором, т.е. при возрастании угла атаки фюзеляжа, возрастет завал конуса назад, тогда появится кабрирующий момент и увеличится угол тангажа, а это еще больше увеличит угол атаки фюзеляжа. Чтобы этого не произошло, нужно подобрать стабилизатор так, чтобы он перекрывал негативное действие несущего винта и, тем самым, обеспечил статическую устойчивость вертолета по углу атаки. Из диаграммы коэффициента продольной статической устойчивости по углу атаки видно, что наибольшей по модулю производной �α (более чем на 5% большей, чем у исходного варианта) характеризуется 3-й вариант стабилизатора, из чего следует, что наличие вертикальных законцовок способствует небольшому повышению продольной статической устойчивости по углу атаки. Управляемость – это способность вертолета реагировать на управляющие действия летчика. Т.е. вертолет обладает хорошей управляемостью тогда, когда быстро и соответственно перемещениям рычагов изменяет параметры движения, которые летчик ему задает при помощи этих рычагов управления, перемещая их с приемлемыми усилиями. Управляемость и устойчивость связаны между собой. Так, чем выше устойчивость вертолета, тем быстрее он возвращается к исходному режиму после возмущения, вызванного изменением положения рычага управления. При хорошей устойчивости упрощается характер перемещений рычагов управления вертолетом и повышается точность управления им при выполнении различных маневров. На вертолете Ми-171А3 установлен стабилизатор, который состоит из правой и левой половин трапециевидной формы в плане, симметрично расположенных относительно хвостовой балки. Каждая половина стабилизатора – клепаной конструкции, включает в себя лонжерон, восемь нервюр, диафрагмы, носовую обшивку, съемную законцовку, верхнюю и нижнюю обшивки, усиливающую стальную ленту, стыковочный фитинг, ось навески, стыковочный фланец, пластину, регулировочную серьгу. Нервюры, диафрагмы, обшивка, носовая часть стабилизатора, включая лонжерон, который имеет балочный тип клепаной конструкции и состоит из стенки верхнего и нижнего поясов, выполнены из дюралюминия. Концевая часть стабилизатора закрывается съемной законцовкой, выполненной из стеклоткани. На лонжероне около первой нервюры устанавливается фитинг с осью для навески стабилизатора на кронштейны хвостовой балки. Стальные ленты служат для увеличения жесткости комлевой части лонжерона и приклепаны сверху и снизу. Стыковка двух половин стабилизатора производится с помощью стыковочного фитинга (на 4 болта) и фланца (на 5 болтов). Фитинг крепится вместе со стальной лентой к лонжерону болтами. У стабилизатора можно менять углы установки в диапазоне от +9° до −9°. Это делают при помощи пластины, приклепанной к носку первой нервюры и имеющей 2 отверстия, и серьги. Третий вариант стабилизатора состоит из правой и левой половин, симметрично расположенных относительно хвостовой балки. Каждая половина включает в себя как металлические, так и композиционные элементы. К металлическим относятся лонжерон, концевой стрингер, силовые ленты, носок нервюры №1 и стыковочное крепление. Семь нервюр, продольная стенка, носовая обшивка, верхняя панель, нижняя панель и панели законцовок изготовлены из композиционных материалов. Стабилизатор лонжероном, задней кессонного типа, продольной стенкой, образуется верхней передним и нижней трехслойными панелями. Носовая часть – трехслойная панель с заполнителем в виде пенополиуретана. Концевая часть включает концевой стрингер, прикрепленный на винты к верхней и нижней панели и пенополиуретан. Все композиционные элементы склеиваются. Стальные ленты крепятся на винты сверху и снизу. Стыковка двух половин производится, как и у исходного стабилизатора, с помощью стыковочного фитинга (на 4 болта) и фланца (на 5 болтов). Фитинг крепится вместе со стальной лентой к лонжерону на болты. Форма и материал узлов крепления оставлены без изменений. Для того чтобы изготовить стабилизатор, нужно проработать схему его сборки. Для этого были определены следующие этапы работ: 1 этап – установка лонжерона, продольной стенки и концевого стрингера. 2 этап – установка нервюр и диафрагм. 3 этап – «сухая» сборка на монтажные болты. 4 этап – разметка отверстий с помощью кондукторов. 5 этап – разбор конструкции. 6 этап – выведение отверстий. 7 этап – установка гаек двухушковых самоконтрящихся. 8 этап – установка носовой обшивки, нижней панели, концевого стрингера, верхней панели и панелей законцовок на клей. 9 этап – установка стандартных изделий. 10 этап – заполнение концевой части стабилизатора пенополиуретаном. Процесс получения изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с автоклавного формования использованием заключается в технологии вакуумно- создании вакуума в специальном мешке и его формовании под действием внешнего равномерного давления газа в условии температурного нагрева. Для достижения высокого качества структуры деталей и повышения механических свойств применяется автоклав
