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个人运输：陆路、水路、空中
直升机 AV-1。 个人交通
亲爱的航空爱好者！ 本文可能对您设计和建造轻型直升机时有用。 拟议的旋翼机（AV-1）是长期对航空热情的成果，是五年来坚持不懈和艰苦工作的成果，其中两年用于建造，其余时间用于测试、微调和掌握驾驶、维修和现代化。 该设计满足了业余爱好者使用的飞机的几个最重要的要求：能够存放在小房间里； 前往飞行地点的交通 - 汽车、摩托车甚至手动； 一个人可在 18-20 分钟内完成组装（仅使用两把扳手）。 非常可靠地解决了飞行中发动机和传动装置故障时的安全问题。 主旋翼（RO）和控制系统的设计具有“原谅”重型旋翼和过载等驾驶错误的特点。 当然，直升机的设计很大程度上受到制造时的狭窄条件以及材料和设备方面的困难的影响，因此很明显，该机器远非理想。 但我对此很满意。 首先，我将举例说明主要结构元素的计算。 因此，主旋翼AB-1的直径是根据扫掠盘单位面积的载荷情况（Ps）在6-7 kg/m2范围内选定的。 该值取自对特定载荷 (p) 在 6-8 kg/hp 范围内的轻型旋翼机和直升机的统计数据处理结果。 就我而言，根据设备的估计飞行重量（t）为180-200公斤（空重100-120公斤）并且拥有功率（N）为34马力的发动机，其中两个应该花在驱动尾桨，我们得到单位功率负载、扫掠盘面积NV（Som）和NV直径（D）的下列值：
6,04 m的NV直径非常接近配备40马力发动机的本森旋翼机的NV尺寸。 体重190公斤。 有了这些初步数据，直升机就有希望能够飞行。 但为了使其作为飞行器飞行，NV推力（T）必须明显大于飞行器质量（至少1,4倍）。 这保证了足够的垂直爬升率和飞行高度。 现在我们将通过计算确定正常大气条件（760 mm Hg，18°C）下悬停模式的最大 T。 在本例中，使用了经验公式： T \u33,25d (2N Dn) 3/XNUMX, 其中： n=0,6...0,7 - 系数。 结果推力为244,8公斤，与AV-1测试时实际获得的推力非常接近。 （根据上述比例 1,4，仪器的飞行重量不得超过175公斤。） 直升机设计的描述将从所谓的机身开始。 机舱采用四面锥体形式的桁架结构，其垂直边缘（主框架）似乎将机舱与发动机分开。 它由硬铝 (D16T) 管制成：垂直和底部 - 40x1,5 毫米，正面 - 30x1,5 毫米。 驾驶室上方有一个动力连接元件——主变速箱的框架，下方有一个电机安装座的水平横梁。 第二个动力横梁（位于座椅靠背的高度）由截面为 30x25x1,5 毫米矩形的硬铝管制成； 它用于安装中间变速箱、座椅靠背和主起落架组件。
三角锥形状的发动机“舱”由截面为20x30x30毫米的钢管（钢1,2）制成。 下边缘有发动机、底盘支架和尾梁的连接点。 尾梁由 1 毫米厚的硬铝板铆接而成。 它由三部分组成：两个圆锥体（顶点直径 57 毫米）和两个圆锥体之间的圆柱体（直径 130 毫米），圆柱体带有外部肋，用作加强纵梁和护套元件的铆接区域。 加固框架被铆接到连接支架的地方。 NY发动机，排量750 cm3。 曲轴箱和曲轴取自K-750摩托车； 活塞、气缸和缸盖 - 来自 MT-10。 曲轴箱重量轻，适合与垂直轴布置配合使用（油系统已更改）。 可以使用总重量不超过40公斤、功率至少35马力的其他发动机。 特别值得注意的是该设备的稳定系统。 AV-1采用“BELL”型系统，但具有更高的稳定系数（0,85），这几乎完全消除了飞行员在悬停模式下平衡直升机的担忧。 此外，它还限制转弯时的角速度，防止直升机过载。 平盘形式的重物形状（通过实验选择）确保了可控性。 杆的长度是根据平盘形式的重物应“坐”在流体中的条件来选择的。 因此，负载的圆周速度选择为 70 m/s，在 600 rpm 时，这对应于接近 1 m 的杆的长度（半径）。负载的质量根据以下条件选择：稳定杆的旋转平面与 HB 平面偏离 1,5° -2° 时，应该有一个力矩，当通过杠杆机构传递到 NV 叶片的轴向铰链时，该力矩将相等（或更大）轴向铰链轴承在工作轴向载荷下的摩擦力矩。 主齿轮箱设计用于将扭矩传递至主旋翼轴。 其内部穿过用于控制 NV 整体音高的机构杆。 它的末端有一个叉子，叉子的侧向突起与刀片衬套的叉子接合，从而旋转稳定系统的机构。 当杆使用集体变桨机构的杠杆垂直移动（从手柄）时，螺旋桨叶片的安装角度（以及相应的桨距）发生变化。 齿轮箱顶盖上安装有斜盘（SA），其作用是改变NV旋转平面（实际上是圆锥面）相对于装置垂直轴线（主轴轴线）的位置。由于叶片攻角变化的相反符号：叶片的攻角向下减小，向上增大。 在这种情况下，NV推力矢量的水平分量的大小和方向发生变化。 变速箱壳体沿垂直于轴轴线的平面剖分，由厚度为 30 mm 的 1,3KhGSA 钢板焊接而成。 轴承箱也由 30KhGSA 钢加工而成，焊接到轴承盖上，然后进行热处理（“硬化”、高温回火）以释放应力并增加强度。 然后铣削法兰，组装盖子，并在坐标机器上钻轴承和孔。 底盖采用D16T合金制成。 主轴由 40ХНМА 钢制成，热处理至 Gvr -110 kg/mm2。 轴直径 -45 mm，内孔直径 - 39 mm，HB 衬套花键区域的壁厚 - 5 mm。 轴表面抛光，花键和轴承座镀铜。 从动齿轮和主动轴齿轮由 14ХГСН2МА-Ш 钢制成，齿数分别为 47 和 12，模数为 3，啮合角为 28°。 齿的粘合深度为 0,8-1,2 毫米，并经过热处理，硬度为 HRC = 59-61。 斜盘的外圈是可拆卸的（像夹子一样），由D16T合金制成（由35毫米厚的板材铣削而成），内圈和万向节由30KhGSA钢制成。 万向环轴承——8001 8Yu。 斜盘轴承 - 76-112820B。 尾桨（RT）模块组装在玻璃上，通过伸缩方式连接到尾梁末端。 可以延长为 前起落架可自由定向，无减震，并配有 250x50 毫米的轮子（来自滚轴滑雪板）。 主起落架由钢管制成，配有空气减震器。 主支架的轮子尺寸为 300x100 毫米，带有切割胎面（来自地图）。 进行这种“剪发”是为了减轻重量、改善流线型并便于训练或着陆失败时在草地上打滑。 下部底盘支架由 20x1 毫米钢管制成。 该直升机配备四冲程二缸对置发动机，排量750立方厘米。 曲轴箱和曲轴取自K-3摩托车； 活塞、气缸和缸盖 - 来自 MT-750。 曲轴箱重量轻，适合与垂直轴布置配合使用（油系统已更改）。 可以使用总重量不超过10公斤、功率至少40马力的其他发动机。 特别值得注意的是该设备的稳定系统。 AV-1采用“BELL”型系统，但具有更高的稳定系数（0,85），这几乎完全消除了飞行员在悬停模式下平衡直升机的担忧。 此外，它还限制转弯时的角速度，防止直升机过载。 平盘形式的重物形状（通过实验选择）确保了可控性。 杆的长度是根据平盘形式的重物应“坐”在流体中的条件来选择的。 因此，负载的圆周速度选择为 70 m/s，在 600 rpm 时，这对应于接近 1 m 的杆的长度（半径）。负载的质量根据以下条件选择：稳定杆的旋转平面与 HB 平面偏离 1,5° -2° 时，应该有一个力矩，当通过杠杆机构传递到 NV 叶片的轴向铰链时，该力矩将相等（或更大）轴向铰链轴承在工作轴向载荷下的摩擦力矩。 主齿轮箱设计用于将扭矩传递至主旋翼轴。 其内部穿过用于控制 NV 整体音高的机构杆。 它的末端有一个叉子，叉子的侧向突起与刀片衬套的叉子接合，从而旋转稳定系统的机构。 当杆使用集体变桨机构的杠杆垂直移动（从手柄）时，螺旋桨叶片的安装角度（以及相应的桨距）发生变化。 齿轮箱顶盖上安装有斜盘（SA），其作用是改变NV旋转平面（实际上是圆锥面）相对于装置垂直轴线（主轴轴线）的位置。由于叶片攻角变化的相反符号：叶片的攻角向下减小，向上增大。 在这种情况下，NV推力矢量的水平分量的大小和方向发生变化。 变速箱壳体沿垂直于轴轴线的平面剖分，由厚度为 30 mm 的 1,3KhGSA 钢板焊接而成。 轴承箱也由 30KhGSA 钢加工而成，焊接到轴承盖上，然后进行热处理（“硬化”、高温回火）以释放应力并增加强度。 然后铣削法兰，组装盖子，并在坐标机器上钻轴承和孔。 底盖采用D16T合金制成。 主轴由 40ХНМА 钢制成，热处理至 Gvr -110 kg/mm2。 轴直径 -45 mm，内孔直径 - 39 mm，HB 衬套花键区域的壁厚 - 5 mm。 轴表面抛光，花键和轴承座镀铜。 从动齿轮和主动轴齿轮由 14ХГСН2МА-Ш 钢制成，齿数分别为 47 和 12，模数为 3，啮合角为 28°。 齿的粘合深度为 0,8-1,2 毫米，并经过热处理，硬度为 HRC = 59-61。 斜盘的外圈是可拆卸的（像夹子一样），由D16T合金制成（由35毫米厚的板材铣削而成），内圈和万向节由30KhGSA钢制成。 万向环轴承——8001 8Yu。 斜盘轴承 - 76-112820B。 尾桨（RT）模块组装在玻璃上，通过伸缩方式连接到尾梁末端。 它可以延伸以张紧传动带。 然而，在这种情况下，有必要调整尾桨控制电缆的长度。 它由使用链条和两个皮带传动装置的中间变速箱驱动。 尾桨是铰接式的（具有组合的水平和轴向铰链）并从前到后旋转。 其直径为1,2m，每分钟转数为2500转。 RV 衬套由一个十字形和两个与叶片铆接的杯形件组成。 两个青铜衬套用作轴向轴承，离心力由 M24x1,5 螺纹吸收。 密封采用橡胶圈进行，橡胶圈用垫圈和弹簧圈固定。 轴向铰链引线与水平铰链 (HS) 的轴线偏移 30°。 润滑 - MS-20 油，组装前倒入玻璃杯中。 水平铰链组装在青铜衬套和水泥销上，固定在 GS 叉上以防止旋转。 用玻璃组装刀片时，特别注意它们的轴对齐。 现在稍微介绍一下螺旋桨叶片主要参数的选择。 叶片的平均空气动力弦 (CAC) 是根据扫掠盘的填充系数 (K) 在 0,025-0,035 范围内（高圆周速度 200-220 m/s 时较小的值）计算得出的。 ；较小的值较大，170-190 m/s)，根据公式： bmin=(SHB·K)/DHB； 其中 bmin 是最小 MAR。 主要技术特点：
在 AV-1 直升机上，主旋翼的系数 K = 0,028，因为圆周速度选择在 190-210 m/s 范围内。 在这种情况下，MAR 取为 140 mm。 建议飞机上的所有物品都非常轻便。 但就 NV 而言，我们可以讨论最小允许质量，因为产生主旋翼旋转锥体所需的离心力取决于叶片的质量。 理想的是该锥体在1°-3°之内。 制造重量为2-3公斤的叶片几乎是不可能的，甚至是不可取的，因为在爆炸紧急自转着陆期间以及从机动飞行过渡到自转模式期间动能储备很小。 7-8 公斤的重量适合紧急情况，但在最大速度下 NV 会产生很大的离心力。 AV-1 使用重量在 4,6-5,2 kg 范围内的刀片，可提供高达 3600 kgf 的最大离心力负载。 HB套管的强度是针对该负载而设计的（具有7倍的安全裕度）； 它的重量是4,5公斤。 所提出的叶片平面形状和扭曲是对各种形状、扭曲和轮廓的叶片进行实验的结果。 NV叶片必须满足两个相互矛盾的要求：良好的自转（即在发动机故障的情况下确保自转期间的低下降率）和在机动飞行期间以最大效率使用发动机动力（对于爬升率、最大速度和效率）。 考虑直升机和旋翼机的叶片选项。 好的旋翼机有旋转。 军用，即刀片在枪托处的安装角度为负值（-5°...-8°），叶尖部分为正值（+2°）。 轮廓为平凸形或S形。 目前广泛使用的是NACA 8-H-12型材（S形，12%）。 叶片平面形状为矩形。 好的直升机是直扭的，即枪托相对于端部有一个正的安装角度（+8°...+12°）。 型材为 NACA 23012，其末端相对厚度为 12%，底部相对厚度为 15%。 叶片平面形状为梯形，锥度为2,4-2,7。 采用有限元法计算了桨叶平面形状，飞行速度为110 km/h，桨叶后退过载裕度为1,4。 HB 速度为 580 rpm，HB 直径为 6 m，飞行重量为 200 kg，所得叶片末端宽 80 mm，尾部宽 270 mm（锥度 3,4）。 叶尖处的叶片过宽会导致不必要的发动机功率消耗来克服轮廓的湍流阻力，因此有利于最大限度地减少高速运行区域的润湿表面。 另一方面，当空军力量较重或切换到自转时（业余飞行员最有可能出现驾驶错误），为了在桨叶端部保留升力，有必要使桨叶略微倾斜比设计更宽。 我采用了叶片 2 的缩窄，根弦 - 220 毫米，端弦 - 110 毫米。 为了将直升机与旋翼机协调在一台设备中，必须使用不扭曲的叶片。 配置文件就更困难了。 叶片末端部分 (Rrel = 1 - 0,73) 具有 NACA 23012 轮廓，相对厚度为 12%。 在 Rrel = 0,73-0,5 部分 - 从 NACA 23012 到 NACA 8-N-12 的过渡轮廓，' 仅没有 S 形尾部。 在 Rrel = 0,5-0,1 部分，K|ASA 8-N-12 型材具有可变的相对厚度：Rrel = 12 时为 0,5%，Rrel = 15-0,3 时为 0,1%。 该刀片在所有飞行模式下都具有良好的拉力。 在自转过程中，直升机的下降速度为2,5 m/s。 试验时，自转着陆无爆，通过俯仰制动，垂直速度降至零，航程仅3 m左右。 在超轻型直升机上，如果发动机出现故障，光伏传输就会断开，因为其驱动需要自转NV产生的能量，这会恶化自转并增加下降率。 因此，对于 RV 来说，不需要对称的叶片轮廓。 最好选择平凸型R3。 为了提高效率，建议使用扭转（8°）。 另外，为了提高螺旋桨的效率，期望叶片的平面形状为梯形，锥度等于2，扫掠盘的填充系数在0,08-0,06的范围内。 相对厚度为64%的NACA 610A0,4-a-12型材也获得了良好的结果。 叶片可以使用多种技术来制造。 例如，由实心松木板制成。 作为毛坯，从直层、无结、中密度松木中选择两块板，进行切割，使致密层面向未来的前缘并以 45° 角延伸。 该板根据模板进行成型，减去玻璃纤维覆盖层和油漆的厚度（0,8-1,0 毫米）。 加工完成后，对零件尾部进行减重处理。 为此，标记会突出显示翼梁部分和后缘。 尾部的翼梁部分占弦长的 45%，末端的翼梁部分占弦长的 20%。 接下来，钻孔的直径等于从后缘到翼梁的距离，增量为 40-50 毫米。 之后，用硬质 PS 或 PVC 泡沫填充孔，打磨平整并用玻璃纤维覆盖。 对接部分通常多层粘贴，与主面料平滑过渡。 另一种制作刀片的方法是用几种金雀花。 工件由三个或四个金雀花胶合而成，这些金雀花可以是实心条，也可以由两个不同密度的条胶粘在一起。 建议用桦木或落叶松制作金雀花的梁部分。 首先，将一块比成品厚三倍的金雀花毛坯用两块板条粘在一起。 之后，将其切成两半并加工至所需的厚度。 在这种情况下，不同金雀花叶片的翼梁部分制成不同的宽度（10-15毫米）用于捆绑。 您可以分别粘合 3-4 个金雀花的翼梁，以及一两个金雀花的尾部。 仿形后，需要将抗颤振配重粘贴到距叶片端部 0,35 R 长度的前缘，因为主要是叶片的端部容易颤振。 配重由铅或低碳钢制成。 粘合后，沿着型材进行加工，并用环氧树脂上的玻璃纤维条将其固定到翼梁框架上。 之后，您可以用玻璃纤维覆盖整个刀片。 在叶片制造过程中，需要不断监测零件的重量，以便在组装和加工后，叶片的质量与计算值的差异尽可能小。 作者：V.Artemchuk
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