ТРИ ЭПИЗОДА ИЗ ЖИЗНИ АВТОРА. ФЛАТТЕР

ТРИ ЭПИЗОДА ИЗ ЖИЗНИ АВТОРА

ФЛАТТЕР И РОЛЬ ОСЕВОГО ШАРНИРА

В 1959 году на вертолетах Ка-15, которые применялись при летних сельскохозяйственных работах, произошло несколько летных происшествий из-за флаттера несущего винта. Были и жертвы.

Известно, что склонность к возникновению флаттера главным образом определяется слишком «задней» центровкой поперечного сечения профиля лопасти. Действительно, обнаружилось, что в эксплуатирующих подразделениях при восстановлении поврежденных задних кромок лопастей центровка лопасти сдвигалась назад. Для достижения передней центровки на лопасти установили противофлаттерные балансиры. Однако окончательно исключить в эксплуатации случаи флаттера не удавалось.

Среди факторов, влияющих на возникновение флаттера несущего винта, автору удалось подметить один, ранее не попадавший в поле зрения конструкторов и ученых, которые занимались этим явлением. Этот фактор – трение в осевом шарнире лопасти. 

При флаттере лопасти, как и при флаттере самолетного крыла, возникают изгибно-крутильные колебания конструкции. Самолетное крыло жестко заделано в фюзеляж и в месте заделки колебания практически прекращаются. Напротив того, комлевая часть лопасти имеет возможность значительных крутильных движений за счет податливости проводки управления, посредством которой устанавливается угол атаки профиля лопасти.  Возможность движения лопасти за счет податливости проводки управления обеспечивается так называемым осевым шарниром втулки.  Осевой шарнир обычно выполняется на подшипниках качения, трение в которых невелико. В случае с Ка-15 в дело вмешался масштабный фактор: оказалось, что момент трения небольшого по размерам осевого шарнира  в значительной мере определяется трением резиновых манжет, служащих для уплотнения заполненной жидкой смазкой внутренней полости шарнира. При понижении температуры окружающей среды резина становится жестче, ее трение возрастает. Стендовые испытания показали, что в диапазоне температур от +20 до -40 градусов Цельсия момент трения осевого шарнира изменяется от 0,3 до 1,8 кгм.

В механизме автоколебаний демпфирующая роль трения очевидна. На причастность этого фактора говорило и то, что все случаи возникновения флаттера случались исключительное летом, в теплое время.

С целью проверки влияния температуры на флаттерные  характеристики  несущего винта было решено провести натурные наземные испытания на базе завода в Улан-Удэ, где серийно производились вертолеты Ка-15, в том числе и лопасти. Автора данных строк назначили ответственным за проведением испытаний, оформили  ему командировочные задания на осень и зиму 1959 года. При экстремально низких температурах флаттер несущего винта проявлялся особенно жестко: казалось, что по кабине безжалостно бьют металлической дубиной. В одно предрассветное зимнее утро удалось «поймать» самую низкую температуру,  -37 градусов. 

По завершению испытаний стало ясно, что, действительно, повышение температуры окружающего воздуха значительно увеличивает предрасположенность вертолета Ка-15 к флаттеру. А в ходе не формальных контактов выяснилось, что заводчане эту научную закономерность установили без всяких специальных испытаний, и лопасти, не прошедшие проверку на флаттер летом, приберегали, чтобы благополучно сдавать их заказчику зимой. В программу сдаточных испытаний пришлось ввести соответствующие коррективы.

История с флаттером Ка-15  имела свое продолжение. Автору пришла мысль использовать фактор трения для демпфирования различного рода автоколебаний вертолета. В качестве первого шага им был разработан так называемый «противофлаттерный подшипник-демпфер» (авторское свидетельство № 149680, заявка от 25.09.1961). Конструкция представляла собой набор чередующихся упорных шайб, образующих пары трения в виде одной стальной и одной антифрикционной шайбы.  Для изготовления антифрикционной шайбы автор перепробовал различного рода материалы, включая пластмассы и бронзы. Удовлетворительных по трению и работоспособности результатов удалось добиться только после разработки совместно с Институтом Машиноведения АН нового в СССР металлофторопластового материала.

В 1961 году противофлаттерный подшипник-демпфер с использованием металлофторопластовых шайб был изготовлен и установлен в осевые шарниры втулки несущих винтов вертолета Ка-15 вместо стандартных упорных роликовых подшипников качения. Наземные испытания не смогли обнаружить даже следов флаттера, но одновременно недопустимо возросли нагрузки на органы управления летчика. Новый способ борьбы с флаттером не состоялся.

Более счастливая судьба ждала другое изобретение автора – подшипник- демпфер вертикального шарнира (авторское свидетельство  № 304181, «Применение подшипников скольжения с плавающими самосмазывающимися втулками в качестве фрикционного демпфера», заявлено 06.XI.1968).  Изготовленной в виде металлофторопластовой втулки, подшипник-демпфер  был установлен в вертикальные шарниры втулки несущего винта корабельного вертолета Ка-25 вместо применявшихся здесь ранее игольчатых подшипников качения. На изменение конструкции серийно выпускавшейся машины пришлось пойти не от хорошей жизни: несколько случаев земного резонанса противолодочного вертолета Ка-25 произошло в самый неподходящий момент, накануне запланированного первого похода в международные воды вертолетоносца «Москва» с вертолетами Ка-25 на борту. Никакими известными способами полностью излечить вертолет от пагубного явления не удавалось.

Удачный опыт использования подшипника-демпфера на вертолете Ка-25 впоследствии был использовании при проектировании других вертолетов ОКБ Камова.

Побочный продукт идеи использования демпфирующей роли трения  – металлофторопластовый материал — нашел широкое применение не только в шарнирных соединениях вертолета, но и в подобных узлах трения различного рода машин и механизмов.   В 1984 году за это достижение большая группа специалистов, включая автора, была отмечена Премией Совета Министров СССР.

 

Добавить комментарий

WordPress SEO