Метод расчета устойчивости обшивок хвостовых отсеков лопастей несущего винта под действием ветра на стоянке вертолета

В связи с растущей необходимостью эксплуатации вертолетов в местах с ветрами высокой интенсивности существующие подходы к проектированию лопастей несущего винта (ЛНВ) должны быть пересмотрены на предмет полноты учета расчетных случаев ветрового нагружения. Большую часть времени в эксплуатации вертолет находится на стоянке, а лопасти подвергаются ветровому воздействию, способному приводить к повреждениям, препятствующим возможности их дальнейшей эксплуатации. В частности, известны случаи появления гофров и отслоений обшивок хвостовых отсеков лопастей от заполнителей. В случае превышения установленных в эксплуатационной документации допусков на размеры указанных дефектов хвостовые отсеки либо ремонтируются, либо заменяются на заводе – изготовителе лопастей. В настоящей работе рассмотрена задача устойчивости композитных обшивок хвостовых отсеков невращающихся ЛНВ, нагружаемых ветровым потоком. Расчетная схема моделируемых обшивок соответствует ортотропной прямоугольной пластине, закрепленной на упругом основании и нагруженной по стороне ее сопряжения с лонжероном лопасти. Напряженно-деформированное состояние (НДС) обшивки определяется из решения плоской задачи теории упругости для пластины, расчетные нагрузки для которой в соответствии с условием совместности деформаций лонжерона ЛНВ и обшивки определяются в результате решения задачи ветрового нагружения лопасти в целом. В работе выведено дифференциальное уравнение устойчивости ортотропной пластины на упругом основании, моделирующее обшивку хвостового отсека ЛНВ. Получено выражение для расчета критических напряжений, соответствующих началу возникновения местной потери устойчивости обшивок. Из условия проявления местной потери устойчивости обшивок вычислена предельная скорость ветра для ЛНВ вертолета типа Ми-38.

1. Каргаев М.В., Савина Д.Б. Метод расчета напряжений в обшивке хвостовых отсеков невращающихся лопастей несущего винта под действием ветра на стоянке вертолета // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30, № 3. С. 17–25.

2. Johnson W. Rotorcraft aeromechanics. NY: Cambridge University Press, 2013. 944 p.

3. Richard L.B. Rotary wing structural dynamics and aeroelasticity. Washington, AIAA, DC, 2005. 584 p.

4. Орешко Е.И. Обзор критериев прочности материалов / Е.И. Орешко, В.С. Ерасов, А.В. Гриневич, П.В. Шершак // Труды ВИАМ. 2019. № 9 (81). С. 108–126. DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-108-126

5. Гришин В.И., Дзюба А.С., Дударьков Ю.И. Прочность и устойчивость элементов и соединений авиационных конструкций из композитов. М.: Физматлит, 2013. 272 с.

6. Смердов А.А. Возможности повышения местной устойчивости подкрепленных и интегральных композитных конструкций // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 10 (655). С. 70–79.

7. Каргаев М.В. Расчет напряжений в лопасти несущего винта вертолета на базе нелинейной модели нагружения при статическом воздействии ветра // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26, № 2. С. 34–42.

8. Дудник В.В. Конструкция вертолетов. Ростов н/Д: Издательский дом ИУИ АП, 2005. 158 с.

9. Савельев Л.М. Устойчивость конструкций: конспект лекций. Самара: СГАУ, 2013. 77 с.

10. Ефимов В.В. Динамика и прочность авиационных конструкций. Часть 1: учеб. пособие. М.: МГТУ ГА, 2013. 72 с.

11. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. 2-е изд. М.: Наука, 1977. 416 с.

12. Ашкенази Е.К., Ганов Э.В. Анизотропия конструкционных материалов: справочник. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1980. 248 с.

13. Гарифуллин М.Ф., Казаков И.А., Киреев В.А. Анализ устойчивости тонких композитных пластин при различных вариантах граничных условий // Ученые записки ЦАГИ. 2024. Т. 55, № 4. С. 83–94.

14. Мазо А.Б. Вычислительная гидродинамика. Часть 1. Математические модели, сетки и сеточные схемы: учеб. пособие. Казань: Казан. ун-т, 2018. 165 с.

15. Муйземнек А.Ю., Карташова Е.Д. Механика деформирования и разрушения полимерных слоистых композиционных материалов: учеб. пособие. Пенза: Изд-во ПГУ, 2017. 56 с.

16. Колмогоров Г.Л., Мельникова Т.Е., Азина Е.О. Применение метода БубноваГалеркина для оценки устойчивости анизотропных пластин // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2017. № 4. С. 29–33. DOI: 10.22363/1815-5235-2017-4-29-33

17. Moreno-Garcia P., Araujo dos Santos J.V., Lopes H. A review and study on Ritz method admissible functions with emphasis on buckling and free vibration of isotropic and anisotropic beams and plates // Archives of Computational Methods in Engineering. 2017. Vol. 25. Pp. 785–815. DOI: 10.1007/s11831-017-9214-7

18. Гарифуллин М.Ф., Казаков И.А., Киреев В.А. Приближенный метод анализа устойчивости композитных пластин с малоразмерными вырезами // Ученые записки ЦАГИ. 2024. Т. 55, № 5. С. 81–89.

19. Bao S.Y., Cao J.R. Elastic buckling analysis of rectangular plates with arbitrary elastic boundary conditions // Chinese Journal of Ship Research. 2020. Vol. 15, no. 6. Pp. 162–169. DOI: 10.19693/j.issn.1673-3185.01808

20. Lampros P., Christos K. Shear buckling of rectangular plates with two concentric layups // Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2004. Vol. 23, no. 1. Pp. 5–16. DOI: 10.1177/0731684404028698