Методы расширения сферы применения сверхлегких и очень легких вертолетов

Актуальность темы

обусловлена проблемами в области применения вертолетов в народном хозяйстве. К ним можно отнести высокий износ занятого на авиационных работах (АР) парка воздушных судов (ВС) и несоответствие его структуры и показателей потребностям и требованиям заказчиков, низкий уровень технического обеспечения работ, противоречия интересов производителей и заказчиков АР, высокая стоимость работ и некоторые другие, снижающие объемы и качество производства АР в стране.

Эти проблемы особенно остры в связи с постепенным выводом из эксплуатации вертолетов Ми-2 и Ка-26, серийное производство которых давно прекращено. Данные ВС активно использовались на авиахимических работах (АХР), но в последнее время их количество резко сокращается. Их активно замещают на этих работах сверхлегкие самолеты и дельталеты, однако не имея индуктивного потока, и маневренности свойственной вертолетам они не могут выполнить часть АХР (в частности в пересеченной местности и на ограниченных площадях) с высоким качеством. Кроме того, отсутствие ВС с низкими эксплуатационными расходами и возможностью движения с малой скоростью, не позволяет выполнять наблюдение за объектами и аэрофотограмметрию, которые востребованы в сферах строительства, сельского хозяйства и ряде других отраслей экономики. Применение сверхлегких (СЛВ) и очень легких вертолетов (ОЛВ) для АХР и аэрофотосъемки (АФС) позволяет снять часть проблем. В этой связи решение задач, расширяющих сферу применения СЛВ и ОЛВ в различных отраслях, имеет важное значение для развития авиации и экономики страны, определяет актуальность и значимость работ по созданию соответствующих методов и средств, а следовательно и темы диссертации.

Состояние проблемы. Расширение сферы использования СЛВ и ОЛВ в экономике связано с решением задач сложного характера и необходимости учета различных факторов, влияющих на эффективность их применения и безопасность полетов. К настоящему времени известно множество работ по исследованию различных аспектов применения вертолетов более тяжелого класса и выполнения на них АР, образующих основы для теоретической базы и определяющих основные направления исследований диссертационной работы.

Основными областями экономики, в которых могут найти эффективное применение СЛВ и ОЛВ, являются авиахимические работы, наблюдение за объектами и аэрофотосъемка.

Решение задач эффективного применения СЛВ и ОЛВ для АХР стало возможным при использовании результатов ряда исследований, выполненных для других классов ВС. Огромный вклад в развитие теоретических основ применения летательных аппаратов для сельского хозяйства внесло ОАО «НПК ПАНХ». Ряд исследований выполнялся и специалистами других организаций, в том числе СКБ МГТУ ГА. .Основы теории применения ВС для авиахимической обработки полей разработаны С. А. Паршенцевым, B.C. Лагуточкиным, Ю. Г. Логачевым, которые для моделирования процесса использовали уравнения динамики движения изолированных частиц рабочего вещества правильной и постоянной формы и П-образные схемы вихревого следа самолетов и вертолетов. Впоследствии Б. Л. Артамонов, А. Б. Евдокимов и другие специалисты, применяли в этих задачах расчетные процедуры описания дальнего следа ВС на основе концевых вихрей их несущих систем, а также отдельных эффектов движения частиц. Исследования в области оборудованию для авиахимических работ и их технологиям В. М. Шумилина, М. О. Гумбы посвящены выбору показателей отдельных видов технических средств и отработке технологических режимов их применения с учетом особенностей выполнения работ. В исследованиях В. Б. Козловского, В. С. Деревянко, О. В. Худоленко показано, что АХР являются специфическим видом деятельности, ориентированным на требования потребителей и во многом отличающимся от воздушных перевозок, что требует разработки и использования специальных методов и средств. Структурно-функциональные и аналитические описания ВС для АХР, формирование требований к ним и рекомендаций по выбору типа, состава и показателей оборудования для разных ВС и работ, а также обоснования качественных показателей и технологических режимов проведения АХР заданным ВС в различных условиях выполнены В. П. Асовским.

Однако, в данных работах не рассмотрены возможности эффективного снижения сноса путем полета ВС по оптимальной траектории, компенсирующей снос химикатов в зависимости от атмосферных условий в режиме реального времени. В то время как такие маневры возможны для СЛВ и ОЛВ вследствие их высокой маневренности и наличия современных цифровых пилотажных приборов.

Другими задачами, на которые может быть расширена зона применимости СЛВ и ОЛВ, является аэрофотосъемка и наблюдение. В настоящее время СЛВ и ОЛВ практически не применяются для таких задач. В то же время в этой области было сделан ряд исследований, которые позволяют обосновать возможность расширения сферы применения СЛВ и ОЛВ для таких видов работ как аэрофотограмметрия и видеотеплосканирование. В этой связи наиболее интересны работы A.C. Назарова и Ю. Н. Корнилова, посвященные теории фотограмметрии. В классической теории фотограмметрии предполагается априорное знание базы снимков и использование двух фотоаппаратов, что для СЛВ и ОЛВ сложно осуществить ввиду малых размеров фюзеляжа ВС. Исследования в области видеотеплосканирования во многом основываются на опыте специалистов конструкторского бюро ОАО «Азовский оптико-механический завод». Теория работы сканирующих тепловизионных устройств на воздушных судах активно развивалась такими специалистами как Д. С. Гавриловым, Г. А. Падалко, С. А. Покотило. Их исследования показывают возможность создания интегрированного сканера, адаптированного для СЛВ и ОЛВ.

В целом расширение сферы применения СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве может быть осуществлено после определения границ применимости воздушного судна. В последнее время особенно актуальными стали задачи беспилотных испытаний ВС на опасных режимах. Большое количество исследований в данном направлении выполнено в НИИ Проблем физического моделирования ХАИ. Работы его ученых А. И. Рыженко, В.О., Черановского, В. П. Максимова направлены на создание алгоритмов и принципов выполнения экспериментов с летательными аппаратами в беспилотном режиме. Ими была рассмотрена теория объединения большого количества критериев подобия и выработки принципов построения системы управления при беспилотной отработке критических режимов полета. Однако в связи с тем, что в большинстве работ описаны беспилотные испытания самолетов, особенностям вертолетов в работах данных ученых уделяется мало внимания.

Целью работы является расширение сферы применения СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве на основе новых методов и средств их эксплуатации.

В процессе достижения этой цели решены задачи:

— расширение сферы применения СЛВ и ОЛВ для АХР;

— расширение сферы применения СЛВ и ОЛВ при выполнении задач видеонаблюдения и АФС.

— разработки методов определения эксплуатационных ограничений для СЛВ и ОЛВ.

Методы исследования использованные в работе включают в себя методы летного эксперимента, вычислительной математики, теории несущего винта вертолета, теоретической механики и динамики полета, методы идентификации летных параметров, продувки в аэродинамической трубе и эксперименты на проливной установке, а также программирование алгоритмов на ЭВМ.

Достоверность результатов исследований подтверждается сравнением теоретических и фактических данных, в т. ч. полученных автором при проведении летных испытаний, сопоставимостью расчётных данных фактическим величинам и успешной реализацией на практике полученных рекомендаций, выводов и предложений.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в полученными автором результатами и определяется:

— научным обоснованием расширения сферы возможного использования СЛВ и ОЛВ для решения экономических задач;

— разработанными методами экспериментального определения летных характеристик СЛВ и ОЛВ, учитывающими особенности данного класса ВС;

— разработанной методикой определения эксплуатационных ограничений для СЛВ и ОЛВ, совмещающей в себе выполнение пилотируемых полетов и полетов в беспилотном режиме;

— разработанным методом активного снижения вибрации на борту СЛВ и ОЛВ, базирующимся на использовании многослойных модулей из сегнетоэлектрического материала;

— разработанной методикой выбора оптимальных азимутов встречи соосных двухлопастных НВ работающих в противофазе;

— установлением новых эффектов применения интерцепторов хвостовой балки, позволяющих не только улучшить путевую управляемость и снизить потребную мощность на режимах малой скорости, но и снизить вибрацию на хвостовой балке и педалях летчика;

— разработанным методом измерения потребной мощности на винтах СЛВ и ОЛВ, предусматривающим использование цифрового радиоканала для передачи данных с вращающихся элементов валов;

— разработанной методикой определения площадей пропусков, двойной, несанкционированной обработки поля во время выполнения АХР;

— разработанным методом снижения сноса частиц рабочего вещества при выполнении АХР с использованием СЛВ и ОЛВ учитывающим реальное движение ВС над полем и параметры ветра.

Теоретическая значимость результатов исследований. Предложенные результаты исследований в виде методик могут быть использованы для расчета параметров СЛВ и ОЛВ, для определения оптимальных методов авиахимической обработки и качества АХР, теоретического обоснования использования оборудования наблюдения на СЛВ и ОЛВ.

Практическая ценность. Результаты представленных в диссертационной работе исследований могут использоваться для расширения сферы использования и повышения эффективности применения СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве.

С использованием предложенных методов решен ряд прикладных задач, частности:

— выполнение испытаний, подготовка к эксплуатации и создание беспилотной версии СЛВ «Роторфлай»,.

— расчет характеристик и подготовка к испытаниям ОЛВ «Брат»,.

— подготовка проекта сельскохозяйственного ОЛВ «Игрек»,.

— подготовка проекта низковысотного тепловизионного двухспектрального сканера с неохла-ждаемой матрицей,.

— создание комплекса для выполнения аэрофотограмметрии с использованием сверхлегких летательных аппаратов;

— разработка пилотажного стенда легкого вертолета Ии-Маэ-240,.

При выполнении НИР:

— Разработка унифицированной системы вибродиагностики и мониторинга силовых установок и трансмиссий воздушных судов, 2002;2003г, инв. № 2 050 501 017;

— Разработка и создание опытного образца твердотельного авиагоризонта для сверхлегких летательных аппаратов на чувствительных элементах нового поколения, 2006;2007г, инв. № 2 200 705 609;

— Теоретические исследования систем инерциальной навигации с разработкой новых математических методов фильтрации для безопасных испытаний сложных подвижных объектов, 2008;2010г, инв. № 2 201 153 409;

— Исследование влияния геометрии на аэродинамику и аэроакустику лопасти турбины ветроэнергетической установки, 2010;2011г, инв. № 2 201 161 097;

— Математическое моделирование полета сверхлегких вертолетов, для оценки летной годности по параметрам устойчивости, управляемости и летно-техническим характеристикам 2011 г, инв. № 1 201 157 466;

В учебном процессе представленные результаты были реализованы в курсах «Аэродинамика» и «Конструкция вертолетов» кафедры «Вертолетостроение» ДГТУ, в программах повышения квалификации Института управления и инноваций Авиационной промышленности, в программах обучения пилотов с/х летательных аппаратов АСК ФЛА «Геликоптер» .

Предложенные методики использовались при выполнении оценки экологического ущерба АХР и подготовки программ мониторинга состояния окружающей среды.

Апробация работы. Основные положения работы, научные и практические результаты исследований докладывались и получили положительную оценку на Европейском вертолетном форуме (2007 г.), форуме Российского вертолетного общества (2006), конференции «Исследования и образование в конструировании летательных аппаратов» (Варшава, 2010 г.) и других международных, всероссийских, отраслевых и вузовских научно-технических конференциях и семинарах (УГАТУ 2008; МАИ 2010, МГТУ ГА, 2011 г. г.). Отдельные результаты выполнения работы были отмечены призами нескольких научно-технических конкурсов, в частности в конкурсе Южно-Российского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (1998 г.), в конкурсе Ростовского отделения Российской инженерной академии (2000 г.), в конкурсе молодых ученых им. акад. И. И. Воровича (2002 г.), на всероссийском конкурсе научно-исследовательской и инновационной деятельности «Иннов 2007» (2007 г.), в конкурсе «Высокие технологии 21 века» (2010г.). В 2006 г. работа была удостоена гранта фонда СРМФПНТС.

Публикации. Отдельные результаты диссертации опубликованы в одной монографии, 82 научных статьях, 19 из которых входят в перечень рекомендованный ВАК и 5 отчетах о НИР, в которых автор являлся ответственным исполнителем или научным руководителем. По результатам работы официально зарегистрированы 3 программы и получено 5 патентов. На защиту выносятся:

— методы расширения сферы применения СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве;

— концепция маловысотного сканера с адаптивным сканированием, интегрированного с бортовым оборудованием СЛВ и ОЛВ;

— методика определения оптимального азимута встречи лопастей двухлопастных соосных НВ по величине экстремумов сил НВ;

— методика определения качества АХР посредством определения обработанной площади поля, площади пропусков, площади поля с повышенной плотностью обработки, площади несанкционированной обработки (выход за границу поля).

— методика определения границ эксплуатации СЛВ и ОЛВ в беспилотном режиме, включающая способы создания системы автоматического управления и определения передаточных функций для беспилотных испытаний СЛВ и ОЛВ;

— методы совмещения ручной системы управления и электрических исполнительных механизмов;

— принципы создания оборудования регистрации параметров СЛВ и ОЛВ, методика определения крутящего момента на валах СЛВ посредством цифрового радиоканала;

— метод снижения вибрации на режимах эксплуатации СЛВ и ОЛВ, путем использования активной системы снижения вибрации, базирующейся на твердотельном исполнительном устройстве, совмещающем прямой и обратный электрострикционный эффект;

— метод улучшения характеристик одновинтовых СЛВ и ОЛВ путем установки дополнительных устройств — гребней хвостовой балки;

— базы статистических, экспериментальных и расчетных данных, описания элементов программного обеспечения необходимого для определения границ эксплуатации СЛВ и ОЛВ. Структура работы. Диссертация состоит из перечня условных обозначений, введения, шести глав, заключения, списка литературы из 247 наименований. Общий объем диссертации 377 страниц, содержащих 228 рисунков и 34 таблицы. Основная часть изложена на 349 страницах.

В первой главе приведена классификация вертолетов. Представлено развитие и ситуация в области государственного регулирования вертолетов малых весовых категорий в мире. Показано, что в настоящее время целесообразно выделять не только класс сверхлегких вертолетов со взлетным весом до 495 кг, но и очень легких, как это делается во многих странах мира. Максимальный взлетный вес данной категории целесообразно ограничивать 750 кг. Выполненный анализ существующих особенностей конструкции и эксплуатации СЛВ и ОЛВ показывает, что вертолеты, которые могут быть отнесены к сверхлегким и очень легким, имеют много общего, что позволяет рассматривать многие задачи эксплуатации совместно для двух классов — СЛВ и ОЛВ. Приведена оценка потенциальной опасности СЛВ и ОЛВ по сравнению с другими ВС. Выполненный анализ развития теории полета вертолетов и методов расчета характеристик несущего винта показывает целесообразность выбора методик для решения задач эксплуатации.

Вторая глава посвящена анализу возможностей применения СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве. Показано, что после определения границ эксплуатации они могут использоваться для выполнения некоторых видов АР. В частности, рассмотрены возможности применения СЛВ и ОЛВ на АХР. Представлено опрыскивающее оборудование, которое может применяться на данных вертолетах, его особенности, преимущества и недостатки. Сделан экономический анализ АХР, на которых могут быть эффективны СЛВ и ОЛВ. В частности, показано, что имея низкую стоимость, но обладая индуктивным потоком, характерным для всех вертолетов, СЛВ и ОЛВ могут частично заменить устаревшие типы вертолетов, которые в настоящее время выводятся из эксплуатации. В то же время, малая полезная нагрузка таких ЛА обуславливает применение мелких частиц рабочей жидкости, которые могут иметь значительный снос при наличии боковой составляющей скорости ветра. Это является важной проблемой, которая должна быть решена для эффективного применения СЛВ и ОЛВ на АХР.

В главе также рассмотрен вопрос использования СЛВ и ОЛВ для наблюдения, видеофотосъемки и оценки состояния окружающей среды и объектов. Для этого рассмотрены возможности использования тепловизионных сканеров и других устройств, интегрированных с цифровым пилотажным оборудованием СЛВ или ОЛВ. Представлена методика определения высоты сканирования по минимальным требованиям идентификации объекта и тепловой разрешающей способности в зависимости от полетных условий. Также кратко представлена методика выполнения аэрофотограмметрии с СЛВ и ОЛВ с использованием цифрового бортового оборудования. Основной проблемой применения интегрированного оборудования наблюдения и сканирования является необходимость понижения вибрации.

В третьей главе представлены особенности расчета характеристик СЛВ и ОЛВ. Показано, что навесное сельскохозяйственное оборудование высокого давления приводит к меньшему снижению летных характеристик. Представленные особенности характеристик соосного ОЛВ показывают уменьшение эффективности нижнего НВ, однако все равно соосная комбинация НВ оказывается более эффективна, даже на режиме висения. Для двухлопастных соосных НВ в главе предложена методика расчета оптимального азимута встречи лопастей верхнего и нижнего винта по критерию минимальной вибрации на основной эксплуатационной скорости полета. В дополнение к формулам определения аэродинамических характеристик в главе представлена методика моделирования учета сноса химических веществ при выполнении АХР адаптированная для учета сноса в реальном масштабе времени с помощью данных, получаемых от простого цифрового пилотажного оборудования CJ1B и OJ1B. Реализация данных алгоритмов на дополнительных устройствах визуализации или управления позволит компенсировать увеличение сноса рабочих веществ при применении мелких капель на оборудовании CJIB и OJ1B. Представлена методика определения площади химической обработки поля.

В четвертой главе представлены методы и средства экспериментального определения границ эксплуатации CJIB и OJIB путем проведения беспилотных испытаний. Учитывая, что определение границ применимости вертолетов является потенциально опасной задачей, предлагается решать ее путем установки системы автоматического управления (САУ), которая могла бы заменить пилота на автоматику на опасных режимах. С другой стороны само построение САУ является технически сложной задачей. Отладка САУ в беспилотном режиме часто приводит к авариям. Для недопущения этого предлагается упрощенная методика создания САУ. Она предполагает построение САУ и проведение испытаний на граничных режимах в три этапа. На первом этапе полеты CJIB и OJIB в пилотируемом режиме в испытанном диапазоне с записью полетной информации, построение алгоритмов работы САУ. На втором этапе отработка САУ совместно с летчиком на борту. Для безопасности таких полетов должна быть предусмотрена возможность аварийного отключения каналов не только электрически, но и механически. Третий этап предусматривает испытания вертолета в отсутствие человека, в том числе на критических режимах полета, включая испытания системы спасения вертолета. В соответствие с данной методикой в главе представлены средства экспериментального определения параметров полета CJ1B и OJIB. В частности описан оригинальный измеритель крутящего момента, состоящий из радиоканала и тензометров монтируемых на вращающемся валу вертолета. Предложены возможные способы совмещения исполнительных механизмов САУ с ручной системой управления. В главе представлены результаты замеров и моделирование работы системы управления CJIB «Роторфлай». Представлены результаты испытаний и анализ характеристик стабилизации в режиме использования САУ CJIB «Роторфлай».

В пятой главе проведен анализ методов и средств, используемых для исследования вибрационных характеристик CJIB и OJIB, и способов их улучшения. Представлены экспериментальные данные замеров и некоторых расчетов, сделанных для CJIB «Роторфлай».

Снижение вибрации на борту CJ1B и OJIB позволит существенно поднять эффективность их применения в экономике, особенно для решения задач наблюдения и сканирования местности. В соответствие с этим представлены методики и экспериментальные данные определения вибрационных характеристик С JIB и О JIB. Представлены результаты экспериментов по снижению вибрации соосных вертолетов в соответствие с расчетной методикой, представленной в третьей главе. Предложены твердотельные исполнительные устройства для снижения вибрации на борту CJIB и ОЛВ.

Шестая глава посвящена экспериментальным исследованиям эффективности СЛВ и ОЛВ при АХР. Представлены экспериментальные методы определения размеров частиц и плотности распределения капель при выполнении АХР. Сделан выбор состава оборудования для экспериментального определения направления и скорости ветра на базе простого пилотажного оборудования, характерного для СЛВ и ОЛВ. Показаны результаты экспериментов по определению площадей обработки с помощью данного оборудования. Предложены позисторные датчики бесконтактного контроля расхода рабочей жидкости в распыляющих штангах. Стендовые испытания данных устройств показали их приемлемую точность. Для улучшения характеристик одновинтовых вертолетов на режимах АХР сделан анализ возможности использования гребней хвостовой балки вертолета. Эксперименты в аэродинамической трубе и на натурном одновинтовом вертолете показали высокую эффективность устройств, позволяющих улучшать путевую управляемость на режимах малой скорости. Предлагаемое устройство позволяет влиять не только динамику полета, но и снижать вибрацию рулевого винта, бафтинг хвостовой балки и толчки, вызванные нестационарностью вихревого кольца рулевого винта при развороте в сторону его индуктивного потока. В ходе экспериментов определено, что вибрация, приходящая на педали пилота, снизилась в 4 раза. Моделирование динамики случая полета вертолета при изменении бокового ветра с 2 до 5 м/с показал, что вертолет при установке гребней имеет возможность быстрее перестроиться на новую траекторию полета. Снижение площади «несанкционированной» обработки при этом составит 1820% в зависимости от диаметра, капель.

Основные выводы по проведенным исследованиям сформулированы в конце каждой главы диссертации. Наиболее важные из них представлены ниже, проведенные теоретические и экспериментальные исследования актуальных вопросов возможностей расширения эксплуатации и повышения эффективности применения СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве позволили получить следующие основные научно-практические результаты.

1. Определено, что появившиеся в последнее время, двухместные вертолеты малой взлетной массы могут быть эффективно применены для решения народнохозяйственных задач. В соответствие с иностранными аналогиями целесообразно вертолеты с максимальным взлетным весом от 495 до 750 кг рассматривать как отдельный класс очень легких вертолетов. СЛВ и ОЛВ имеют много общего с точки зрения конструкции, эксплуатации, стоимости и потенциальной опасности для окружающей среды и третьих лиц, что позволяет рассматривать вопросы их применения совместно. Двухместные СЛВ и ОЛВ позволяют поднимать 100−150кг химических препаратов и успешно выполнять АХР, сочетая в себе низкую стоимость летного часа и индуктивный поток, позволяющий качественно обрабатывать растения. Применение СЛВ и ОЛВ экономически оправдано для осуществления видеонаблюдения, теплосканирования и аэрофотограмметрии. При этом целесообразно применять оборудование, интегрированное со штатным оборудованием СЛВ и ОЛВ, что снизит стоимость и вес.

2. Разработана концепция маловысотного тепловизора с адаптивным сканированием -«смотрящей» матрицей, который может быть эффективно применен на СЛВ и ОЛВ. При этом в качестве источника первичной информации углового положения ВС используется ИИБ штатного пилотажного прибора, что упростит и удешевит устройство.

3. Рекомендовано выполнять с СЛВ и ОЛВ аэрофотограмметрию объектов или участков местности с помощью одного фотоаппарата и множественной съемки местности с перекрытием снимков. При этом также может быть использован штатный ИИБ вертолета дополненный контроллером и дифференциальной СНС.

4. Рекомендовано использование математической модели среды в следе вертолета и движения капель при АХР в сочетании с устройствами, определяющими текущие параметры ветра, может позволить СЛВ и ОЛВ применяться на авиахимических работах с очень высокой эффективностью. На СЛВ и ОЛВ определять направление и скорость ветра, это делать целесообразно по разнице курсов и скоростей летательного аппарата. Дополнительное устройство, совмещенное со штатным приемником СНС, магнитометром, измерителем воздушных сигналов СЛВ и ОЛВ, может пересчитывать текущие данные опрыскивания каждой штангой в зависимости от атмосферных условий и выдавать пилоту корректирующую информацию в режиме реального времени или накапливать ее для последующего анализа.

5. Разработана математическая модель определения величин площадей при АХВ, в том числе: обработанной площади поля, необработанной площади поля (площадь пропусков), площади поля с повышенной плотностью обработки (двойная обработка), площади несанкционированной обработки (выход за границу поля) для оценки качества работ.

6. Для СЛВ и ОЛВ рекомендовано осуществлять дифференцированный контроль расхода жидкости в каждой опрыскивающей штанге СЛВ и ОЛВ и использовать при этом бесконтактные датчики с позисторными чувствительными элементами. Такие датчики просты и не создают дополнительного гидравлического сопротивления в опрыскивающей системе.

7. Предложено для улучшения характеристик одновинтовых СЛВ и ОЛВ на АХР использовать навесные аэродинамические гребни хвостовой балки, выполняющие роль интерцепторов. Эксперименты показали, что при использовании гребней сельскохозяйственный вертолет получил прибавку запаса путевого управления на висении и малых скоростях полета, при попутных и боковых ветрах ощутимо уменьшилась потребная мощность винтов, вчетверо снижена вибрация педалей управления, во время выполнения разворотов в конце поля практически исчезли колебания фюзеляжа, вызванные нестабильностью режима вихревого кольца рулевого винта.

8. Разработана методика определения границ эксплуатации СЛВ и ОЛВ. При этом подтверждение расчетных предельных параметров и эффективность систем спасения ВС осуществляется в беспилотном режиме. При этом беспилотные испытания СЛВ можно разделить на 3 подэтапа: выполнение измерений динамических характеристик и синтез алгоритмов управления вертолетомизготовление и испытания САУ СЛВ и ОЛВ в пилотируемом режимевыполнение испытаний СЛВ и ОЛВ в беспилотном режиме.

9. Разработана структура измерительной системы, с помощью которой может быть осуществлена в короткий срок идентификация характеристик СЛВ и ОЛВ для создания САУ. Определено, что при записи параметров СЛВ и ОЛВ для идентификации канала общего шага необходимо использовать автомат поддержания частоты вращения двигателя. Разработан и апробирован метод измерения крутящего момента с примененением тензомостов и малогабаритных цифровых радиопередатчиков, устанавливаемых непосредственно на вращающихся валах. При этом достаточно одного приемника для получения информации. Кроме определения моментных характеристик метод может использоваться для измерения нагрузок на валах, втулках и лопастях СЛВ и ОЛВ, непосредственно во время полета.

10. Разработаны методы совмещения ручной и автоматической системы управления. При использовании обратимых электрических приводов может быть применено прямое параллельное включение ИМ с механической страховкой, срабатывающей при приложении усилия к ручке управления. Необратимые ИМ требуют более сложной системы совмещения, позволяющей пилоту компенсировать некорректные действия САУ.

11. Предложена и апробирована методика определения оптимального азимута встречи лопастей двухлопастных НВ. Изменением азимута встречи лопастей, фазы колебаний, на основном рабочем режиме, могут быть смещены на противоположные. Так расчеты выполненные для соосного СЛВ «Роторфлай» для скорости 100км/ч показали оптимальный азимут встречи лопастей НВ 37,5°. Эксперименты показали, что снижение проходной второй гармоники при этом составило 1,6 раза. Первая гармоника практически не меняется.

12. Для организации высоких потерь механических колебаний лопасти и, таким образом, понижения вибрации всего вертолета в эксплуатации, производителям предложено внутрь комлевой части лонжерона устанавливать элемент жесткости, соединенный с лонжероном лопасти через упругодиссипативный заполнитель.

13. Разработаны принципы простой активной адаптивной системы снижения вибрации на борту СЛВ и ОЛВ. Для этого рекомендовано применение твердотельных исполнительных устройств совмещающих прямой и обратный электрострикционный эффект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Проведенные в диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования актуальных вопросов возможностей расширения границ условий эксплуатации и повышения эффективности применения сверхлегких и очень легких вертолетов позволили достичь поставленной в работе цели.

В работе изложены научно-обоснованные методы использования СЛВ и ОЛВ в народном хозяйстве, в частности для выполнения авиахимических работ, наблюдения и аэрофотосъемки. Разработаны технические средства и методы определения границ применимости СЛВ и ОЛВ.