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個人輸送：地下水、水、空気
ヘリコプターAV-1。 個人輸送
親愛なる航空愛好家の皆様！ この記事は、軽量ヘリコプターの開発と製造に役立つ可能性があります。 提案されている回転翼航空機 (AV-1) は、航空に対する長年の情熱の結晶であり、XNUMX 年間にわたる根気強く骨の折れる作業の結果であり、そのうち XNUMX 年は建設に費やされ、残りは試験、微調整、操縦の習得、修理、近代化に費やされました。 この設計は、アマチュアが航空機を使用する場合のいくつかの重要な要件を満たしています。 飛行場所への輸送 - 車、オートバイ、さらには手動。 組み立ては 18 人で 20 ～ XNUMX 分以内に完了します (レンチ XNUMX 本のみを使用)。 飛行中にエンジンやトランスミッションが故障した場合の安全性の問題は、かなり確実に解決されました。 メインローター (HB) と制御システムの設計には、メインローターの重量超過や過負荷などの操縦ミスを「許容」する機能があります。 もちろん、ヘリコプターの設計は、製造時の窮屈な条件や材料や装備の難しさによって大きく影響されており、この機械が理想から程遠いことは明らかです。 でも満足してます。 まず、主な構造要素の計算例を示します。 したがって、メインローターAB-1の直径は、スイープディスクの単位面積あたりの荷重（Ps）の条件から6〜7 kg / m2以内に選択されます。 この値は、6 ～ 8 kg/hp の範囲の比荷重 (p) で飛行する軽量ジャイロプレーン、ヘリコプターの統計データを処理した結果に基づいて取得されました。 私の場合、装置の推定飛行質量（t）が180〜200 kg（空重量100〜120 kg）で、出力（N）が34 hpのエンジンを備えており、そのうちXNUMXつはテールロータードライブに費やされることになっていたため、出力単位あたりの負荷、スイープディスクの面積HB（Som）、およびHBの直径（D）の次の値が得られます。
HB の直径 6,04 m は、40 馬力のエンジンを搭載した Bensen ジャイロプレーンの HB サイズに非常に近いです。 そして体重は190kg。 このような初期データがあれば、ヘリコプターが飛行する可能性が期待されました。 しかし、乗り物として飛行するためには、HB(T)推力が装置の質量よりも大幅に大きい(少なくとも1,4倍)必要があります。 これにより、十分な垂直上昇率と飛行高度が得られます。 次に、通常の大気 (760 mm Hg、18°C) におけるホバリング モードの最大 T を計算してみましょう。 この場合、次の経験式が使用されました。 T \u33,25d（2N Dn）3/XNUMX、 ここで: n=0,6...0,7 - 係数。 その結果、推力はAV-244,8の試験で実際に得られた推力に非常に近い1kgとなった。 (指定された比率に基づく) 1,4、装置の飛行重量は175 kgを超えてはなりません。） ヘリコプターの設計の説明は、いわゆる胴体から始まります。 キャビンコンパートメントは四面体のピラミッドの形をしたトラス構造を持ち、その垂直エッジ（メインフレーム）がキャビンコンパートメントをエンジンから分離するようなものです。 ジュラルミン (D16T) パイプ製: 垂直および下部 - 40x1,5 mm、前面 - 30x1,5 mm。 キャブの上には動力接続要素（メインギアボックスのフレーム）があり、下部にはエンジンマウントの水平クロスメンバーがあります。 30 番目のパワークロスメンバー (シートバックのレベル) は、長方形断面 25x1,5xXNUMX mm の硬膜チューブで作られています。 中間ギアボックス、シートバック、主着陸装置アセンブリを固定するのに役立ちます。
三面体のピラミッドの形をしたエンジンの「コンパートメント」は、断面20x30x30 mmの鋼管（鋼1,2）で作られています。 下端にはエンジン、着陸装置ブレース、テールブームの取り付けポイントがあります。 テールブームは1mm厚のジュラルミン板をリベット留めしています。 これは 57 つの部分で構成されています。130 つの円錐 (上部の直径 XNUMX mm) と、それらの間にある外部リブを備えた円柱 (直径 XNUMX mm) です。これらの円錐は、補強ストリンガーおよびスキン要素をリベット留めするためのゾーンとして機能します。 ブレースが取り付けられている場所に補強フレームがリベットで固定されています。 作動容積750 cm3のNYエンジン。 クランクケースとクランクシャフトは K-750 オートバイから流用されています。 ピストン、シリンダー、ヘッド - MT-10 から。 クランクケースは軽量化され、垂直軸配置で動作するように適合されています（オイルシステムが変更されました）。 総重量が 40 kg 以下で出力が 35 馬力以上の他のエンジンを使用することも可能です。 特に注目すべきは、装置の安定化システムです。 AB-1 は BELL タイプのシステムを使用していますが、より高い安定化係数 (0,85) を備えており、ホバリング モードでのヘリコプターのバランスに対するパイロットの懸念をほぼ完全に取り除きます。 さらに、旋回時の角速度を制限し、ヘリコプターを過負荷から保護します。 同時に、負荷の形状を平板状（実験的に選択）にすることで、制御性も確保しています。 ロッドの長さは、平らなディスクの形の荷重が流れの中にうまく「収まる」という条件から選択されます。 したがって、負荷の周速度は 70 m/s に選択され、600 rpm では、これは 1 m 近いロッドの長さ (半径) に相当します。負荷の質量は、安定化ロッドの回転面が HB 平面から 1,5°～2° ずれたときに、レバー機構を介して HB ブレードの軸方向ヒンジに伝達されるモーメントが同等 (またはそれ以上) になるという条件から選択されました。 ) 作動アキシアル荷重下のアキシアル ヒンジのベアリング ah の摩擦モーメントに換算します。 メイン ギアボックスは、メイン ローター シャフトにトルクを伝達するように設計されています。 内部にはHB共通ピッチコントロール機構のロッドが通っています。 それはフォークで終わり、その側面の突起がブレードブッシュのフォークと係合し、安定化システムの機構を回転させます。 コレクティブピッチ機構のレバーを使ってロッドを（ハンドルから）垂直に動かすと、プロペラブレードの取り付け角度（それに応じてそのピッチ）が変化します。 斜板 (AS) は、ギアボックス ハウジングの上部カバーに取り付けられています。斜板 (AS) は、反対符号のブレードの迎え角の変化により、装置の垂直軸 (ギアボックスの主軸の軸) に対する HB の回転面 (実際には円錐) の位置を変更する役割を果たします。ブレードの迎え角は、下に行くと減少し、上に行くと増加します。 この場合、HB推力ベクトルの水平成分の大きさと方向が変化します。 ギヤ ハウジングはシャフト軸に垂直な平面に沿って取り外し可能で、厚さ 30 mm の鋼板 1,3KhGSA から溶接されています。 ベアリング シートも 30KhGSA 鋼から機械加工され、カバーに溶接され、その後応力を緩和して強度を高めるために熱処理 (「硬化」、高温焼き戻し) が行われます。 次に、フランジがフライス加工され、カバーが組み立てられ、座標機械でベアリングの座と穴が開けられました。 底部カバーはD16T合金製です。 メインシャフトはスチール 40HNMA 製で、Gvr -110 kg/mm2 まで熱処理されています。 シャフトの直径は-45 mm、内穴の直径は39 mm、HBスリーブのスプライン領域の壁の厚さは5 mmです。 シャフト表面は研磨され、スプラインと軸受座は銅メッキされています。 ドリブンギヤとドライブシャフトギヤは鋼製 14KhGSN2MA-Sh で、それぞれ 47 歯と 12 歯、モジュール 3、噛み合い角度 28° です。 歯は 0,8 ～ 1,2 mm の深さにセメント固定され、HRC = 59 ～ 61 の硬度に熱処理されます。 スワッシュプレートの外側リングは（カラーのように）取り外し可能で、D16T 合金（厚さ 35 mm のシートからフライス加工）で作られ、内側リングとカルダンは鋼 30KhGSA で作られています。 カルダン リング ベアリング - 8001 8Yu。 スワッシュプレートベアリング - 76-112820B。 テール ローター モジュール (PB) はガラス上に組み立てられ、テール ブームの先端に伸縮自在に接続されます。 彼は動ける フロントランディングギアは自由に方向付けられ、衝撃吸収はなく、250x50 mmのホイール（ローラースキーから）が付いています。 主脚は鋼管製で、空気圧式ショックアブソーバーが装備されています。 メインサポートのホイール - カットトレッド付きの300x100 mm（地図より）。 この「ヘアカット」は、重量を軽減し、合理化を改善し、トレーニング中または着地に失敗したときに芝生の上で「滑る」動きを容易にするために行われます。 シャーシの下部ブレースは 20x1 mm の鋼管でできています。 このヘリコプタには、作動容積 750 cm3 の 750 ストローク 10 気筒ボクサー エンジンが装備されています。 クランクケースとクランクシャフトは K-40 オートバイから流用されています。 ピストン、シリンダー、ヘッド - MT-35 から。 クランクケースは軽量化され、垂直軸配置で動作するように適合されています（オイルシステムが変更されました）。 総重量が XNUMX kg 以下で出力が XNUMX 馬力以上の他のエンジンを使用することも可能です。 特に注目すべきは、装置の安定化システムです。 AB-1 は BELL タイプのシステムを使用していますが、より高い安定化係数 (0,85) を備えており、ホバリング モードでのヘリコプターのバランスに対するパイロットの懸念をほぼ完全に取り除きます。 さらに、旋回時の角速度を制限し、ヘリコプターを過負荷から保護します。 同時に、負荷の形状を平板状（実験的に選択）にすることで、制御性も確保しています。 ロッドの長さは、平らなディスクの形の荷重が流れの中にうまく「収まる」という条件から選択されます。 したがって、負荷の周速度は 70 m/s に選択され、600 rpm では、これは 1 m 近いロッドの長さ (半径) に相当します。負荷の質量は、安定化ロッドの回転面が HB 平面から 1,5°～2° ずれたときに、レバー機構を介して HB ブレードの軸方向ヒンジに伝達されるモーメントが同等 (またはそれ以上) になるという条件から選択されました。 ) 作動アキシアル荷重下のアキシアル ヒンジのベアリング ah の摩擦モーメントに換算します。 メイン ギアボックスは、メイン ローター シャフトにトルクを伝達するように設計されています。 内部にはHB共通ピッチコントロール機構のロッドが通っています。 それはフォークで終わり、その側面の突起がブレードブッシュのフォークと係合し、安定化システムの機構を回転させます。 コレクティブピッチ機構のレバーを使ってロッドを（ハンドルから）垂直に動かすと、プロペラブレードの取り付け角度（それに応じてそのピッチ）が変化します。 斜板 (AS) は、ギアボックス ハウジングの上部カバーに取り付けられています。斜板 (AS) は、反対符号のブレードの迎え角の変化により、装置の垂直軸 (ギアボックスの主軸の軸) に対する HB の回転面 (実際には円錐) の位置を変更する役割を果たします。ブレードの迎え角は、下に行くと減少し、上に行くと増加します。 この場合、HB推力ベクトルの水平成分の大きさと方向が変化します。 ギヤ ハウジングはシャフト軸に垂直な平面に沿って取り外し可能で、厚さ 30 mm の鋼板 1,3KhGSA から溶接されています。 ベアリング シートも 30KhGSA 鋼から機械加工され、カバーに溶接され、その後応力を緩和して強度を高めるために熱処理 (「硬化」、高温焼き戻し) が行われます。 次に、フランジがフライス加工され、カバーが組み立てられ、座標機械でベアリングの座と穴が開けられました。 底部カバーはD16T合金製です。 メインシャフトはスチール 40HNMA 製で、Gvr -110 kg/mm2 まで熱処理されています。 シャフトの直径は-45 mm、内穴の直径は39 mm、HBスリーブのスプライン領域の壁の厚さは5 mmです。 シャフト表面は研磨され、スプラインと軸受座は銅メッキされています。 ドリブンギヤとドライブシャフトギヤは鋼製 14KhGSN2MA-Sh で、それぞれ 47 歯と 12 歯、モジュール 3、噛み合い角度 28° です。 歯は 0,8 ～ 1,2 mm の深さにセメント固定され、HRC = 59 ～ 61 の硬度に熱処理されます。 スワッシュプレートの外側リングは（カラーのように）取り外し可能で、D16T 合金（厚さ 35 mm のシートからフライス加工）で作られ、内側リングとカルダンは鋼 30KhGSA で作られています。 カルダン リング ベアリング - 8001 8Yu。 スワッシュプレートベアリング - 76-112820B。 テール ローター モジュール (PB) はガラス上に組み立てられ、テール ブームの先端に伸縮自在に接続されます。 引き出してドライブベルトを張ることができます。 ただしこの場合、テールローターのコントロールケーブルの長さを作り直す必要があります。 チェーンと XNUMX つのベルトドライブを使用して中間ギアボックスから駆動されます。 尾ねじは関節式 (水平結合ヒンジと軸方向ヒンジを備えています) で、前から後ろに回転します。 直径は1,2m、毎分回転数は2500回転です。 RV ブッシュは、横材とブレードでリベット留めされた 24 つのカップで構成されています。 1,5 つのブロンズブッシュがアキシアルベアリングとして機能し、M30x20 ネジが遠心力を受け止めます。 シールはワッシャーとスプリングリングで固定されたゴムリングによって行われます。 軸ヒンジのリーシュは、水平ヒンジ (HH) の軸から XNUMX° オフセットされています。 潤滑剤 - MS-XNUMX オイルを組み立て前にグラスに注ぎます。 水平ヒンジは青銅のブッシングと接合ピンで組み立てられており、GSh フォークに回転しないように固定されています。 ガラスでブレードを組み立てるとき、それらの軸の位置合わせに特別な注意が払われました。 ここで、プロペラ ブレードの主なパラメータの選択について少し説明します。 ブレードの平均空力翼弦 (MAC) は、スウェプト ディスクの充填率 (K) が 0,025 ～ 0,035 の範囲にあるという条件から (小さい値は 200 ～ 220 m/s の高速周速の場合、より大きい値は 170 ～ 190 m/s の小型の場合)、次の式に従って計算されます。 bmin =（SHB K）/ DHB; ここで、bminは最小のMARです。 主な技術的特徴：
AV-1 ヘリコプタのメインローターでは、周速度が 0,028 ～ 190 m/s の範囲内で選択されているため、係数 K の値は 210 になります。 この場合、SAR は 140 mm と見なされます。 飛行機では、すべてが非常に軽いことが望ましいです。 しかし、HB に関連して、ブレードの質量によってメイン ローターの回転円錐を作成するのに必要な遠心力が決まるため、最小許容質量について話すことができます。 この円錐は 1° ～ 3° 以内にあることが望ましいです。 爆発を伴う自動回転で緊急着陸するときや、モーター飛行から自動回転モードに切り替えるときは、運動エネルギーの蓄えが少ないため、質量が 2 ～ 3 kg のブレードを製造することはほとんど不可能であり、望ましくないことさえあります。 緊急時には 7 ～ 8 kg の質量が適していますが、最高速度では HB によって大きな遠心力が発生します。 AV-1 では、4,6 ～ 5,2 kg の範囲の重さのブレードが使用され、最大 3600 kgf の遠心力による最大荷重を提供します。 HB スリーブの強度は、この荷重に合わせて設計されています (7 倍の安全マージンを備えています)。 その質量は4,5kgです。 提案されたブレードの形状とねじれは、さまざまな形状、ねじれ、プロファイルのブレードを使用した実験の結果です。 HB ブレードは、XNUMX つの相反する要件を満たさなければなりません。それは、良好な自動回転 (つまり、エンジン故障時の自動回転での降下速度を低く抑えること) と、モーター飛行でエンジン出力を最大効率で使用すること (上昇速度、最大速度、経済性) です。 ヘリコプターとジャイロプレーンのブレードのオプションを検討してください。 優れたジャイロプレーンには工夫があります。 固定、つまり、バットでのブレードの取り付け角度はマイナス (-5°...-8°)、端部セクションはプラス (+2°) です。 プロファイルは平凸または S 字型です。 現在、NACA 8-H-12 プロファイル (S 字型、12%) が広く使用されています。 ブレードの平面形状は長方形です。 優れたヘリコプタはまっすぐなねじれを持っています。つまり、端部に対して尻の取り付け角度が正の角度 (+8°...+12°) になっています。 NACA 23012のプロファイル、相対的な厚さは端部で12％、尻部で15％です。 平面図でのブレードの形状は台形で、狭まりは 2,4 ～ 2,7 です。 平面上のブレードの形状は、速度 110 km/h で飛行し、ブレードが「後退する」場合の過負荷マージン - 1,4 の場合について有限要素法によって計算されました。 HB 580 rpm の速度、HB の直径 6 m、飛行重量 200 kg で、ブレードの幅は端で 80 mm、バットで 270 mm (狭まりは 3,4) でした。 端部のブレードの幅が余分にあると、プロファイルの乱流抵抗に打ち勝つためにエンジン出力が余分に消費されるため、高速で動作するセクションの濡れ表面を最小限に抑えることが有益です。 一方で、NV に負荷がかかったときや自動回転に切り替えるとき (アマチュア パイロットによる操縦ミスが最も起こりやすい) にブレードの端部に揚力を確保するには、ブレードの幅を計算値よりも若干広くする必要があります。 ブレード2のナロー化を採用し、根弦220mm、端弦110mmとなっています。 ヘリコプタとジャイロプレーンを XNUMX つの装置で調和させるには、ねじれのないブレードを使用する必要がありました。 プロファイルの場合はさらに困難です。 ブレードの端部 (Rrel = 1 - 0,73) は、相対厚さ 23012% の NACA 12 プロファイルを備えています。 セクション Rrel = 0,73-0,5 - NACA 23012 から NACA 8-H-12 への移行プロファイル、' S 字型尾部なしのみ。 Rrel = 0,5-0,1 のセクションでは、可変相対厚さの K|ACA 8-N-12 プロファイル: Rrel = 12 の場合は 0,5%、Rrel = 15-0,3 の場合は 0,1%。 このようなブレードは、すべての飛行モードで良好に引っ張られます。 自動回転では、ヘリコプターの降下速度は 2,5 m/s でした。 テスト中は、自動回転着陸がアンダーマイニングなしで行われ、ピッチでブレーキが実行され、垂直速度がゼロになり、滑走距離はわずか約 3 m でした。 超軽量ヘリコプタでは、エンジン故障の場合、RV トランスミッションが切断されます。これは、RV トランスミッションの駆動に自動回転 HC によって生成されるエネルギーが必要となり、自動回転が悪化して降下速度が増加するためです。 したがって、RV の場合、対称的なブレード プロファイルは必要ありません。 平凸タイプのR3を選ぶのがベストです。 効率を上げるには、ツイスト（8°）を使用することが望ましいです。 さらに、プロペラの効率を高めるためには、ナローニングが２に等しい台形のブレード形状を有し、スウェプトディスクの充填率が０．０８〜０．０６の範囲であることが望ましい。 相対厚さ 2% の NACA 0,08A0,06-a-64 プロファイルでも良好な結果が得られます。 ブレードはさまざまな技術を使用して製造できます。 たとえば、松の無垢板から。 ブランクとして、柾目で節のない中密度の松の板を45枚選択し、緻密な層が将来の先端に面し、0,8°の角度になるように切断します。 ボードは、グラスファイバーの接着と塗装の厚さ (1,0 ～ 45 mm) によって縮小されたテンプレートに従ってプロファイルされます。 完成後、パーツのテール部分を軽量化します。 このため、スパー部分と後縁にマークが付けられます。 尻のスパー部分は弦の 20% であり、端では XNUMX% です。 次に、後縁から桁までの距離に等しい直径の穴を 40 ～ 50 mm の増分で開けます。 その後、穴は硬質 PS または PVC フォームで埋められ、面一に研磨され、グラスファイバーで接着されます。 通常、お尻の部分は複数のレイヤーに貼り付けられ、メインのキャンバスにスムーズに移行します。 刃を作る別の方法は、数枚のハリエニシダから作る方法です。 ワークピースは 10 つまたは 15 つのハリエニシダから接着されます。これらは固体リボンであるか、密度の異なる 3 つのストリップから接着することができます。 ハリエニシダの桁部分はカバノキまたはカラマツから作ることが望ましい。 まず、仕上げ材の4倍の厚さのハリエニシダのビレットを0,35枚のラスから接着します。 その後、XNUMXつにカットして好みの厚みに加工します。 同時に、異なるハリエニシダのブレードのスパー部分は、結合のために異なる幅（XNUMX〜XNUMX mm）で作られています。 スパーをXNUMX〜XNUMX個のハリエニシダから、尾部をXNUMXつまたはXNUMXつから個別に接着できます。 ブレード端部が主にバタつきやすいため、プロファイリング後、ブレード端からXNUMXRの長さのリーディングエッジにバタつき防止ウェイトを接着する必要があります。 重りは鉛または軟鋼で作られています。 接着後、プロファイルに従って処理され、さらにエポキシ樹脂上のグラスファイバーのストリップで桁の桁に取り付けられます。 その後、ブレード全体にグラスファイバーを貼り付けます。 ブレードの製造中は、組み立ておよび加工後のブレードの質量が計算値との差異ができる限り少なくなるように、部品の重量を常に制御する必要があります。 著者: V.Artemchuk
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