Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)
Abstract
The paper presents numerical results analysis of main rotor vibration due to helicopter main rotor thrust pulsation.The calculation method, the object of research and numerical research results with the aim to reduce the amplitude of the vibrations transmitted to the hub from the helicopters main rotor by the individual blade control in azimuth by the installation angle of blades cyclic changes are set out in the article. The individual blades control law for a five-blade main rotor based on the blade frequencies is made. It allows reducing the vibration from thrust. Research takes into account the main rotor including and excluding the blade flapping motion. The minimal vibrations regime is identified.Numerical study of variable loads caused by unsteady flow around the main rotor blades at high relative speeds of flight, which transmitted to the rotor hub, is made. The scheme of a thin lifting surface and the rotor vortex theory are used for simulation of the aerodynamic loads on blades. Non - uniform loads caused by the thrust, decomposed on the blade harmonic and its overtones. The largest values of deviation from the mean amplitude thrust are received. The analysis of variable loads with a traditional control system is made. Algorithms of higher harmonics individual blade control capable of reducing the thrust pulsation under the average value of thrust are developed.Numerical research shows that individual blade control of high harmonics reduces variable loads. The necessary change in the blade installation is about ± 0,2 degree that corresponds to the maximum displacement of the additional con- trol stick is about 1 mm.To receive the overall picture is necessary to consider all six components of forces and moments. Control law with own constants will obtained for each of them. It is supposed, that each of six individual blade control laws have an impact on other components. Thus, the problem reduces to the optimization issue. The individual blade control general law will be received as a result. It will meet a lot of conflicting requirements.Статья посвящена анализу результатов расчетного исследования виброперегрузки несущего винта, вызванной пульсацией силы тяги несущего винта вертолета.В статье представлены методика расчета, объект исследования и результаты численного исследования индивидуального управления каждой лопастью по азимуту путем циклического изменения угла их установки с целью уменьшения амплитуды вибраций, передаваемых на втулку несущим винтом вертолета. Выработан закон индиви-дуального управления лопастями по лопастным частотам для пятилопастного несущего винта, позволяющийуменьшить вибрации силы тяги с учетом и без учета махового движения лопасти. Определена область, где виброперегрузки будут минимальные.Проведены численные исследования переменных нагрузок, обусловленных нестационарным обтеканием лопастей несущего винта, передаваемых на втулку винта при больших относительных скоростях полета. Для моделирования процесса обтекания лопастей использовалась схема тонкой несущей поверхности в вихревой теориинесущего винта. Неравномерные нагрузки, вызванные силой тяги, разложены по лопастной гармонике и оберто-нам. Выделены наибольшие величины отклонения от средней амплитуды силы тяги. Выполнен анализ переменных нагрузок с традиционной системой управления. Выработаны алгоритмы управления высшими гармониками, которые реализуются при управлении лопастями и позволяют уменьшить пульсации силы тяги при фиксированном среднем значении силы тяги.Расчетные исследования показали, что индивидуальное управление высокими гармониками лопасти снижает уровень переменных нагрузок, при этом необходимое изменение установки лопасти составляет ±0,2 градуса, что соответствует максимальному дополнительному перемещению рычага управления около 1 мм.Для получения общей картины необходимо учитывать все шесть компонент сил и моментов. Для каждого из них будет выработан свой закон управления и свои коэффициенты. Предполагается, что каждый из шести законов управления по отдельности будет влиять на другие компоненты. Таким образом, задача сводится к оптимиза-ционной задаче, в результате которой получится общий закон индивидуального управления лопастями, удовлетво-ряющий многим противоречивым требованиям
