ГлавнаяРегистрацияВход МАХОЛЁТ (ОРНИТОПТЕР) Воскресенье, 21.10.2018, 16:03
  ГЛАВА VI ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ДВИЖИТЕЛЯ МАХОЛЁТА (часть I) Приветствую Вас Гость | RSS

 
 

6.1 Графический анализ проекций кривых, воспроизводимых косошипно –

шатунными механизмами.

 

Машущий исполнительный механизм может быть синтезирован на основе главного приводного звена «кривошип» или «косая шайба», но лучшим для этой цели всё – таки остаётся «косошип». Косошип морфологически наиболее полно отвечает всем требованиям, предъявляемым к главному приводному звену исполнительного механизма. Исходя из сказанного, рассмотрим фрагменты кинематических схем приводов машущих движителей для двух родов и четырёх семейств на основе косошипных структур таблицы 5.1.

 

ОДНОПЛЕЧИЙ ПРЯМОЙ КОСОШИП, ТРЕТИЙ РОД ПЕРВОЕ СЕМЕЙСТВО
Рис. 6.1 Кинематическая схема машущего модуля для левого крыла: 
 а – фронтальная проекция;
б – горизонтальная проекция:
в – профильная проекция;

Р – полюс нутации и прецессии приводной цапфы.

 

На рис. 6.1 представлен чертёж косошипного пространственного механизма упрощённой кинематической схемой. На чертеже даётся построение омахиваемой концом шатуна кривой в трёх проекциях. Кривая – сфероидный эллипс. Поверхность сферы имеет радиус кривизны исходящий из эпицентрической точки полюса качания Р.

В соответствии с выбранным направлением вращения косошипа, применительно к левой лопасти движителя, механизм обеспечит положительный подгребающий эффект.

При удлинении шатуна большая ось эллипса пропорционально удлиняется, в то время как малая ось эллипса остаётся неизменной, (см. дополнительную кривую в тонких линиях – рис. 6.1).

 

ОДНОПЛЕЧИЙ КРИВОЙ КОСОШИП, ТРЕТИЙ РОД ВТОРОЕ СЕМЕЙСТВО

Рис. 6.2 Кинематическая схема машущего модуля левого крыла: а – фронтальная проекция; б – горизонтальная проекция; в – профильная проекция; r – эксцентриситет приводной цапфы.

 

На рис. 6.2 представлена кинематическая схема косошипного пространственного механизма. При эксцентричной приводной шейке коленчатого вала наблюдается видоизменение очерка кривых на всех проекциях. (Сравните с рис. 6.1).

Геометрическое тело, омахиваемое точкой на конце шатуна, имеет форму эллипсоида. При соответствующем направлении движения лопасти вдоль периметра омахиваемой кривой, механизм обеспечит положительный подгребающий эффект, т.е. наличие поперечных (к фюзеляжу) движений лопастей будет способствовать утилизации энергии концевых течений крыла.

Механизм обнаруживает наличие естественного («врождённого») дифферента хорды омахиваемой кривой, что хорошо коррелируется с известными природными системами машущего движения, например, у насекомых, птиц.

 

 

ДВУПЛЕЧИЙ ПРЯМОЙ КОСОШИП, ЧЕТВЁРТЫЙ РОД ПЕРВОЕ СЕМЕЙСТВО

Рис. 6.3 Кинематическая схема машущего модуля левого крыла: а – фронтальная проекция; б – горизонтальная проекция; в – профильная проекция; Р – полюс прецессии и нутации приводной цапфы.

 

По построению на рис. 6.3 косошип IV рода 1-го семейства при симметричном шатуне воспроизводит симметричные пространственные кривые с одним самопересечением – сфероидные лемнискаты – 1. вся восьмёркообразная кривая омахиваемая точкой взятой на конце шатуна, лежит на поверхности сферы очерчиваемой радиусом с центром находящимся в эпицентрической точке полюса качания – Р.

Если шатун описываемого механизма уподобить неуравновешенному грузу вибратора, то в случае спаривания двух однородных симметричных по оси механизмов, можно получить двухтактно – направленный вибратор. То – есть вибратор, создающий за счёт гравитационных сил, дважды за один цикл положительную тягу. Свойство это обусловлено тем, что вершины перегибов кривой омахиваются не во взаимно – противоположных направлениях, как у кривых второго порядка, а в одном направлении. (См. § 4.29 кривые IV и VI).

 
 ДВУПЛЕЧИЙ КРИВОЙ КОСОШИП, ЧЕТВЁРТЫЙ РОД ВТОРОЕ СЕМЕЙСТВО

Рис. 6.4 Кинематическая схема машущего модуля левого крыла: а – фронтальная проекция; б – горизонтальная проекция; в – профильная проекция; R – радиус описываемой концом шатуна полуокружности; r – радиус эксцентриситета приводной цапфы (в частном случае R=2r).

 

На рис. 6.4 представлен комплексный чертёж косошипного пространственного механизма в упрощённой схеме.

В зависимости от задаваемых параметров, механизм IV рода 2 семейства образует следующие кривые: сегмент окружности или вдавленная окружность; кривая в форме треугольника Рело или кардиоиды; в профильной проекции пять разновидностей кривых – это: слившаяся волнистая линия; ламинарная прямая; лемниската – 1; лемниската – 2; лемниската – 3.

Механизм обнаруживает наличие «врождённого» дифферента хорды омахиваемой кривой. При этом прослеживается закономерность: чем больше величина эксцентриситета ведущей цапфы косошипа, тем больше дифферент хорды кривой на профильной проекции. Эффект поперечного (к фюзеляжу) подгребания также свойственен описанному механизму.

Механизм может быть использован в качестве прямила. Но самым значительным и ценным свойством его является отсутствие предпосылок к возникновению кабрирующих моментов по бокам вытянутой траектории (профильная проекция рис. 6.4). Кривая с очень малым миделем. Следовательно, разбалансировки летательного машущего аппарата из – за возникновения положительных крутильных моментов возникать не будет.

 

6.1 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: Для машущего привода, основанного на двуплечем прямом косошипе, с целью устранения кабрирующего момента, необходимо и достаточно придать приводной цапфе эксцентриситет «кривизны», т.е. перевести косошип из 1-го семейства «прямых» во 2-е семейство «кривых».

Начертательное свойство: При любом эксцентрично – окостенелом положении приводной цапфы, после перекручивания плеч, всегда найдётся по два положения, когда шейка параллельна одной из плоскостей проекций – фронтальной или профильной.

 

6.2 Анализ через синтез систем исполнительных механизмов движителя.

 

Корреляция в согласовании махов и «циклических углов перекоса лопасти» по продольной и поперечной компоновке приводной цапфы косошипа.

Рис. 6.5; 6.6; 6.7 Три варианта компоновки приводной цапфы косошипа по продольной схеме. Все варианты не пригодны для горизонтального летания, зато их можно приспособить для вертикального взлёта, зависания в воздухе или в водных глубинах, парашютирования.

Обе шатунных шейки располагаются на одном валу и имеют жёсткую связь. Одноплечий косошип, в силу своей несимметричности имеет два варианта компоновки, а двуплечий – один.

Если на основе предложенных компоновок сконструировать движители, то переднюю кромку лопасти придётся ориентировать по направлению в разные стороны. Здесь мы встречаемся с проявлением симметрии вращения. Левая и правая лопасти такого движителя будут взаимозаменяемы.

Для приспособления анализируемых схем к целям горизонтального летания необходимо между двумя шатунными шейками разместить звено способное реверсировать направление вращения одной шейки относительно другой. При этом, коленчатый вал косошипа придётся разделить на две части – верхнюю и нижнюю.

В качестве примера приводим схему, удовлетворяющую условию согласованности направления маховых движений и направления перекоса лопасти – правой и левой, рис.6.8.

К функции реверсирования в приведённой схеме привлечена стержневая система двуплечего косошипного реверсора.

Рис. 6.8 Схема компоновки продольная. Благодаря механизму реверсирования лопастей вариант пригоден для горизонтального летания.

В случае поперечной компоновки, как подтвердили опытные модельные испытания, также возникает необходимость в реверсировании правого вала относительно левого, рис. 6.9. На рисунке приведена схема поперечной компоновки, в которой правый вал относительно левого реверсируется с помощью зубчатых секторов, ось вращения которых пересекается с осью приводных цапф в эпицентрической точке косошипов.

Рис. 6.9 Схема компоновки поперечная. Правый вал относительно левого реверсируется зубчатыми секторами. Вариант пригоден для горизонтального летания.

6.2 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: (Применительно к горизонтальному летанию). При любом варианте компоновки, приводное звено левого крыла относительно правого должно иметь взаимно – противоположное направление вращения, с целью правильной организации «циклических углов перекоса» для левой и правой лопастей.

6.3 – й ОРГАНИЗУЮЩИЙ ПРИНЦИП: (Применительно к четырёхкрылым махолётам в дополнение). Направление вращения выходного звена мультипликатора для заднего крыла должно совпадать с направлением вращения ведущего звена для сопряженного переднего крыла.

6.3 Классификация структурных схем исполнительных механизмов

движителя.

Условимся, по аналогии с другими транспортными средствами, называть передачу, обеспечивающую маховые движения лопастей крыльев главной передачей.

Прежде чем приступить к заполнению системной таблицы образов компоновок главной передачи, выработаем критерии оценок её качеств и свойств.

Критерии классификации главной передачи приводятся в таблице 6.1. В соответствии с этой таблицей создавалась системная классификация структурных схем главной передачи, которая сведена в таблицы 6.2 – для монопланов и 6.3 – для полипланов. Суммарное количество структур как в одной, так и в другой таблице ограничено тридцатью пятью единицами. В таблицы не включены механизмы главной передачи на основе гидропневматики, электромагнитные, винтовые, кулачковые и с некруглыми колёсами. (Здесь нехоженые тропы для учёных и изобретателей!)

Структуры таблиц 6.2 и 6.3 были приняты исходя из функциональных практических потребностей. Предлагаемые машиноведческой наукой другие критерии классификации, к сожалению, не привели к положительным результатам. От них пришлось отказаться. Из всего разнообразия предлагаемых вариантов структурных схем, видимо, лишь около половины могут быть использованными по прямому их назначению. Остальные, по тем или иным причинам не найдут применения.

С точки зрения инженерного прогнозирования характерно то, что механизмы, синтезируемые на основе зубчатых колёс наиболее совершенны. Они также отличаются большим разнообразием вариантов структурных схем. Особенно ярко это проявилось у дифференциальных главных передач.

Функции главной передачи следующие:

(§1) Для всех типов движителей. – Во – первых: обеспечивать реверс лопастей относительно друг друга. – Во – вторых: обеспечивать передачу целесообразных движений махания и скореллированных с ними движений переменных циклических углов перекоса лопасти (функции автомата перекоса). – В третьих: выполнять несущие силовые функции. – В четвёртых: обеспечивать взаимогашение статической и динамической неуравновешенности системы.

(§2) Для четырёхкрылых, в дополнение к первому параграфу.–В–пятых: обеспечивать необходимый функциональный дифферент для хорд омахиваемых кривых –как общий, так и для сопряжённых разных пар крыльев (верхних и нижних; передних и задних).–В шестых: обеспечивать оптимальную пропорциональность в амплитудах махов для разных пар крыльев.–В седьмых: обеспечивать оптимальную пропорциональность между разными парами крыльев в углах перекоса лопасти.

 

Критерии классификации главной передачи машущего движителя.

Таблица 6.1

 

6.3.1 Комментарии к таблице 6.2.

 

Главенствующим в таблице является «структурный признак главного звена» (первая строка заглавия таблицы). Он объединяет «косошипные IIIIV рода» и «кривошипные III рода» структуры. Семейства представлены вперемежку. «Косошайбные V рода не представлены.

Строкой ниже – целевое назначение: «Назначение по аэродинамической компоновке». Этот признак в таблице является объединяющим для всевозможных структур «моноплана».

Третья строка в заглавии таблицы затрагивает такой геометрический признак как: «Пространственное положение осей выходного звена»: «вертикальное» или «горизонтальное».

Косошипные структуры с вертикальным расположением осей выходного звена основываются на полнооборотной передаче от ведущего звена к ведомому. В связи с этим возникает некоторое ограничение на разнообразие структурных схем. По этой причине схем с «горизонтальным положением осей», требующих, как правило, всего четверть оборота, в таблице больше.

Четвёртая строка объединяет два главных признака компоновки исполнительного механизма главной передачи: «одномодульная» или «двухмодульная». В некоторые клетки включены «полуторамодульные» структурные схемы.

По вертикали таблица разбита на семь классов, обозначенных «номером по порядку». Любая структура отыскивается в пересечении строки номера класса и номера столбца (обозначения цифрами в подвале таблицы). Читается так: структура (1•5) один на пять, кривошипная, для моноплана, с горизонтальным выходным звеном, двухмодульная. Относится к первому классу «рычажных» структур. Это самые доступные в изготовлении схемы, механизмы на их основе способны воспроизводить маховые движения с автоматическим согласованием «циклических углов перекоса лопасти».

Второй класс структур синтезирован с помощью кулисно – ползунных ограничителей степеней свободы или преобразователей движения.

Третий класс структур – синтез с применением «реечных» передач.

Четвёртый класс –  «червячно – реечные». Преобразование движения в этих структурах может быть достигнуто как с помощью червяков с одинаковым направлением винтовой канавки, так и с противоположным  (левым и правым). Червяк выполняет две функции – как собственно червяк (винт) и рейка зубчатая. В соответствии с этим профиль нарезки должен быть эвольвентным или Новикова. На основе «червячно – реечных» удаётся спроектировать кинематические структуры с большой степенью подвижности. Этому способствуют сочетания свойств самоторможения и двухпараметрического огибания.

Дифференциальные передачи этого класса сравнительно просто позволяют осуществить изменяемую продольную и поперечную стреловидность крыльев.

К пятому классу отнесены главные передачи с двухпараметрическим огибанием «на сферических зубчатых колёсах». Этот ряд передач позволяет синтезировать многоподвижные приводы, но в ряде случаев имеют недостатки: точечный контакт в зубчатой паре, отсутствие самоторможения, нетехнологичность в изготовлении зубчатых колёс.

Шестой класс. Главная передача синтезирована в различных вариантах «на конических зубчатых колёсах». Передачи этого класса могут быть как простыми так и дифференциальными. Кроме того, передача, спроектированная на основе дифференциала, может быть осуществлённой в двух вариантах: с приводом от сателлита и с приводом от одного из центральных колёс. В передачах с приводом от сателлита одно из центральных колёс застопоривается. Застопоривание может быть жёстким, например, с помощью чеки соединяющей два колеса в двухмодульной передаче; или через самотормозящийся механизм, допускающий регулировку, -винтовой или червячный. В последнем случае главная передача будет иметь изменяемую «поперечную стреловидность крыльев». Значительно труднее в передачах этого класса осуществлять «продольную изменяемую стреловидность крыльев».

Седьмой класс. «На цилиндрических зубчатых колёсах». К достоинствам этих передач следует отнести их вариативность при синтезе, технологичность при изготовлении, надёжность в работе, высокий к.п.д. Регулировка «поперечной стреловидности крыльев» в этих передачах осуществляется теми же средствами, что и в шестом классе. Варианты приводных звеньев могут быть аналогичны. К недостаткам передач этого типа следует отнести отсутствие свойства двухпараметрического огибания. Это затрудняет синтез привода управления «продольной стреловидности крыльев».

Все рассмотренные нами приводы на основе дифференциалов неполноповоротные. В тех случаях, когда приводная цапфа косошипа встраивается в ось сателлита, достигается удвоение амплитуды махов на лопасти, скреплённой с подвижным центральным колесом. При этом, угол нутации приводной цапфы конструктивно может быть уменьшен по максимуму наполовину. Иногда это выгодно. Например, при ограниченном пространстве размещения, или – если это диктуется оптимальным режимом работы при взаимодействии лопастей со средой.

Из обобщённого анализа косошипных и кривошипных структурных схем, можно сделать вывод: все приведённые в таблице схемы имеют взаимную морфологическую близость, а некоторые из них, при необходимости, могут действовать как с приводом от кривошипа, так и от косошипа.

Не все одномодульные компоновки движителя, помещённые в таблицу 6.2 поддаются статическому и динамическому уравновешиванию. Что касается двухмодульных компоновок на основе косошипов, то из – за их свойства симметричного самоуравновешивания (направленный вибратор), им следует отдать предпочтение. Условием для взаимного уравновешивания должно быть компонование из двух симметрично – подобных модулей с вертикальным положением косошипных валов.

Однако, справедливости ради, не следует забывать о преимуществах одномодульной компоновки. В частности: а – уменьшение потерь на трение; б – упрощение компоновки; в – уменьшение габаритов в свету; г – облегчение веса конструкции; д – повышение надёжности за счёт сокращения сложности; е – повышение технологичности изготовления, сборки, обслуживания в эксплуатации.

При выборе схемы компоновки может сказаться решающим и такой фактор, как обеспечение передачи большой мощности от одного или двух двигателей в два потока. В последнем случае, двухмодульная схема предпочтительнее. Но, нельзя забывать, что при двухмодульном исполнении накапливается много «лишних связей» в кинематике, а это влечёт за собой необходимость повышения точности изготовления и сборки. Удорожает производство. В свою очередь, выбор рациональной схемы передачи без «лишних связей» приводит к потере важнейшего свойства всего привода – его уравновешенности. Такова суть противоречий!

Мы закончили с классификацией и с характеристикой структурных кинематических схем для моноплана. В заключение приводим вариант лингвистического определения понятия аэродинамической компоновки моноплан.

Монопланы – двукрылые, имеющие не взаимозаменяемые левое и правое крыло, находящиеся в паре (в осевой) в двухмерной симметрии друг к другу и совершающие во время махов противофазные движения.

Прежде чем приступать к классификации кинематических структур полипланов, предлагаем варианты лингвистического определения понятий аэродинамической компоновки биплан и диплан.

Бипланы – четырёхкрылые махолёты, имеющие по две пары верхних и нижних, не взаимозаменяемых крыльев, располагаемых ярусно одна пара над другой и имеющих отрицательный вынос верхнего крыла.

Дипланы – четырёхкрылые махолёты, имеющие по две пары передних и задних, не взаимозаменяемых крыльев – располагаемых последовательно одна пара за другой и имеющих отрицательную продольную стреловидность переднего крыла.

Все махолёты имеющие более одной пары машущих крыльев по классификации также относятся к ПОЛИПЛАНАМ.

У бипланов верхние крылья отличаются от нижних большей площадью и размахом, кроме того, у четырёхкрылых махолётов верхние крылья могут быть конструктивно пассивными (рудиментарными), не совершающими маховых движений, или активными.

В последнем случае структурная схема может быть представлена в двух вариантах: с комплектной функциональностью и с некомплектной (См. табл. 6.1 VI критерий классификации).

Нижние крылья меньше площади верхних за счёт меньшей ширины и размаха крыла. Относительно верхних на центроплане выносятся несколько вперёд, что хорошо согласуется с дифферентом хорд омахиваемых кривых. Как менее массивные, нижние крылья должны совершать активные маховые колебания с увеличенной амплитудой и увеличенным (по сравнению с верхним) «углом перекоса лопасти».

Оба крыла, верхнее и нижнее, находятся во время махов в одной фазе движения (располагаются синхронно), но работают асинхронно за счёт разной парциальной (круговой) частоты в приводах для того и другого.

Как и у моноплана, левая пара крыльев относительно правой совершает во время махов противофазные движения.

У дипланов передние крылья по площади меньше задних за счёт ширины, но больше их по размаху. Задняя пара крыльев больше передних по ширине и площади, но меньше передних по размаху. Кроме того, во время активной работы, амплитуда махов и «установочный угол атаки» вдвое больше, чем у передней пары.

Оба крыла, переднее и заднее находятся в одной фазе движения (располагаются синфазно), но работают (так же как и у биплана) асинхронно. Левая пара крыльев относительно правой совершает противофазные движения во время махов.

Диаграммы работы левых пар лопастей крыла для биплана и диплана представлены на рис. 6.10…6.13. Наиболее простой вариант с некомплектной функциональностью и с жесткой синхронизацией иллюстрируется рис. 6.10 и рис. 6.13. Приводы для этих схем обеспечивают для сопряжённых омахиваемых кривых одинаковый дифферент. Это упрощает структуру, а после и конструкцию привода для лопастей машущего движителя. Обратимся, однако, к дешифровке диаграммы прежде чем делать окончательные выводы. Из диаграммы для биплана и для диплана видно, что по мере возрастания скорости встречного потока уже на 3-м периодическом цикле работы движителя возникает рассогласованность по углам атаки между разными сопряжено работающими крыльями. Для крыла работающего с меньшей амплитудой (для верхнего и переднего) наблюдается скорый выход на режим. Поэтому, на отрезке периодической кривой при махе вверх мы наблюдаем увеличение «циклического угла атаки лопасти» до неприемлемых размеров.

Так как «циклический угол перекоса лопасти» можно уменьшить изменением угла дифферента кривой, то это обстоятельство требует отказаться от жёсткой синхронизации для сопряжённых крыльев.

Но угол наклона хорды омахиваемой кривой можно определить как функцию от «пронирующего циклического угла перекоса лопасти». Поэтому, чтобы «пронирующий циклический угол» оставался всегда положительным (или равным нулю), необходимо, перед тем как уменьшать угол дифферента; уменьшить «угол перекладки лопасти». (Для верхнего и переднего крыла соответственно). Последнее условие осуществимо лишь при дифференцированной регулировке углов наклона хорд омахиваемых кривых для сопряжённых крыльев. В этом суть мягкой (независимой) синхронизации. (См. рис. 6.11 и 6.13). В противном случае мы будем иметь дело с жёсткой синхронизацией и с некомплектной функциональностью по одному из параметров движителя – по синхронной работе автоматов перекоса лопастей у сопряжённых крыльев.

Диаграммы работы левых лопастей крыла для биплана и диплана в условиях комплектной функциональности для обеих сопряжённых лопастей представлены на рис. 6.11 и 6.13. По сравнению с предыдущими схемами (рис. 6.10 и 6.12), здесь произведена корректировка положения «угла атаки лопасти» на участке пе

 
 
Форма входа

Календарь новостей
«  Октябрь 2018  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031

Мини-чат

Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 39

Поиск

Друзья сайта



----------------- SEO services - site-submit.com.ua $$$ для web-мастеров

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
 

© Zemlyanov.kz
Сайт управляется системой uCoz