Рис. 114. График запаса самовращения элемента лопасти

Определив из поляры профиля (рис. 114, справа) для заданных α _э значения θ _э, можно построить график зависимости φ _{э =} α _э – θ _э от угла атаки α _э (рис. 114).

Кривая зависимости α _э – θ _э = f(α _э) называется графиком запаса самовращения элемента лопасти.

Если взять осредненное значение указанных углов, то данный график можно использовать для лопасти только для приближенной оценки вида самовращения. На этом графике можно легко определить значение шага для различных условий самовращения.

Снизу кривая ограничена горизонтальной прямой, обусловливающей минимальное значение шага, когда рычаг «шаг-газ» стоит на нижнем упоре.

Величину φ _мин определяют из условий ограничения максимальных оборотов при опускании (сбрасывании) рычага до упора. Для современных вертолетов φ _мин ≈ 1…3^о.

Площадь, образованная кривой α _э – θ = f(α _э) и прямой А₁А₂, представляет запас самовращения. Во всех точках, находящихся внутри контура А₁БА₂, значение шага, угла атаки и угла качества соответствует ускоренному самовращению, т. е. φ _э< α _э – θ _э. В точках, находящихся вне контура, будут условия замедленного самовращения
φ _э > α _э – θ. Во всех точках, находящихся на кривой, будут условия установившегося самовращения. φ _э= α _э – θ _э

Однако, как видно из графика, условия работы элемента в точке А₁ отличаются от условий его работы в точке А₂. Несмотря на то, что самовращение происходит на шаге φ _мин и при одном и том же угле качества θ _э (рис. 114. правый график), в точке А₁ обтекание элемента осуществляется на докритическом угле атаки, а в точке А₂— на закритическом.

Таким образом, участок запаса самовращения ВБА₂ практически непригоден для работы, так как на этих углах атаки поток нестационарен и самовращение элемента сопровождается частыми срывами потока, вызывающими вибрации лопастей. Поэтому самовращение на этом участке крайне неустойчивое. На левом участке запаса самовращения А₁БВ углы атаки докритические, обтекание элемента ламинарное, следовательно, самовращение устойчивое.

Но на практике не вся левая половина запаса самовращения используется для планирования вертолета, а выбирается наиболее рациональный участок, который обеспечивает работу винта в пределах эксплуатационных оборотов и скоростей планирования, а также гарантирует от попадания в неустойчивую зону, даже при некоторой неточности в действиях летчика при переходе на режим самовращения. На графике этот участок представляет треугольник А₁А′ ₁В₁, при этом шаг должен быть от 3 до 6° (иногда 7°) и не более.

Установившимся устойчивым самовращением называется такое вращение элемента, когда при изменении оборотов внешней возмущающей силой угол атаки элемента изменяется таким образом, что приводит к созданию момента вращения, направленного на восстановление исходных оборотов п.

Действительно, если самовращение установившееся и устойчивое, то при уменьшении оборотов при воздействии внешних факторов угол атаки α ₁ увеличивается до значения α ₂, вследствие чего появится неравенство φ < α – θ, что приведет к возникновению неуравновешенной силы dХ_пв, направленной на ускорение вращения. При этом обороты будут расти до тех пор, пока не восстановится прежнее равенство φ = α – θ. В целях обеспечения устойчивого самовращения на большом диапазоне шага обычно подбирают такие профили для лопастей, которые имеют большой критический угол атаки, достаточно высокий коэффициент аэродинамического сопротивления и вместе с тем большой запас самовращения
А₁– А₂ при данном шаге, что достигается уменьшением минимального значения установочного угла.

Условия работы элемента лопасти по ее длине различны, так как с увеличением текущего радиуса (r) увеличивается окружная скорость вращения элемента, а это при постоянном шаге НВ приводит к уменьшению углов атаки элементов, т. е. разность (α _Э – θ ) уменьшается  и φ _Э > (α _Э – θ ) (рис. 115).

Свое влияние на работу элементов еще оказывает и геометрическая крутка лопасти, которая на вертолете Ми-8 составляет от  до , т. е. в комлевых сечениях шаг больше, чем в концевых.

Таким образом, с учетом распределения углов атаки по длине лопасти и ее геометрической крутки (рис. 113) получается:

- до радиуса  элементы лопастей работают в условиях ускоренного самовращения;

- на радиусе  – в условиях установившегося самовращения;

- на радиусе  > 0, 7 – в условиях замедленного самовращения.