Russian English French German Italian Spanish
Аэродинамика несущего винта
Прочие
Аэродинамика несущего винта

Аэродинамика несущего винта

 

 

Несущий винт вертолета состоит из нескольких лопастей (как правило, от 2 до 5), соединенных со втулкой.

Втулка служит для передачи крутящего момента от двигателя к лопастям, для чего она соединяется с ведущим валом. Кроме того, устройство втулки обеспечивает возможность изменения положения лопастей в пространстве.

Изменение положения лопастей несущего винта происходит по двум причинам: под действием переменных сил, возникающих на них в полете, и по желанию летчика, который, воздействуя на лопасти, управляет полетом вертолета.

Откуда же берутся переменные силы? Если на режиме висения несущий винт обдувается прямым потоком воздуха и все лопасти винта работают в одинаковых условиях, то при наличии поступательной скорости винт попадает в режим косой обдувки. При этом оказывается, что условия работы различных лопастей в данный момент времени или, что-то же, условия работы лопасти в течение одного полного оборота винта значительно изменяются.

Рассмотрим этот вопрос подробнее. Для удобства принято несущий винт в целом представлять, как единую плоскость вращения (которая проходит через втулку винта перпендикулярно оси винта). Заметим, что в действительности имеет место не плоскость, а конус, образованный вращающимися лопастями (его иногда называют «тюльпаном» лопастей).

Рассматривая винт как плоскость вращения, легко видеть углы атаки, под которыми винт движется относительно встречного потока воздуха в поступательном полете.

Углом атаки винта называется угол, образуемый направлением вектора скорости набегающего потока воздуха и плоскостью, перпендикулярной к оси втулки несущего винта. Обозначается этот угол атаки через А в отличие от угла атаки, под которым встречается профиль лопасти с потоком воздуха. Если у самолета угол атаки крыла и профиля крыла одно и то же, то для вертолета значения— величины различные.

Аэродинамика несущего винта 2

В случае несущий винт движется под отрицательным углом атаки, а в случае б — под положительным углом. В обоих случаях винт работает в косом потоке.

Разложим по правилу параллелограмма вектор скорости встречного потока V на две составляющие скорости: одну — в плоскости, перпендикулярной к оси вращения винта, другую — по оси винта.

Тогда сразу обнаруживается различие в условиях работы винта в случаях.

В случае воздух со скоростью подходит к винту сверху. Этот режим работы несущего винта соответствует моторному полету вперед по горизонту, а также набору высоты или спуску с небольшими углами наклона траектории к горизонту.

В случае б воздух со скоростью подходит к винту снизу. Этот режим работы несущего винта соответствует моторному планированию (безмоторному полету на режиме самовращения винта) или крутому спуску.

Переходя к дальнейшему ознакомлению с работой винта, запомним из описанного выше два обстоятельства, а именно:

—   угол атаки несущего винта не равен углу атаки профиля отдельно взятой лопасти;

—   в плоскости вращения несущего винта действует не полная скорость встречного потока воздуха V, а только ее составляющая.

Рассматривая несущий винт сверху, по направлению стрелок, мы увидим картину, схематически изображенную.

При этом каждое сечение лопасти на радиусе будет находиться под воздействием двух скоростей: окружной скорости и скорости набегающего потока V. Сложив геометрически эти скорости в каждом угле азимута, мы увидим, что сечение лопасти (на пунктирной окружности) в течение одного оборота обтекается воздухом со скоростью, все время меняющейся по величине и направлению.

Аэродинамика несущего винта 343

В самом деле, на угле азимута (360°) скорость обтекания больше (как диагональ прямоугольника — сторона) и отклонена к концу лопасти. На угле азимута = 90° скорость обтекания равна сумме скоростей. Эта лопасть идет навстречу набегающему потоку и поэтому называется наступающей лопастью. На угле азимута яр =180° скорость обтекания 1 = 180° по своей абсолютной величине такая же, что и на угле азимута 4 = 0°, но отклонена не к концу лопасти, а к оси вращения. На угле азимута v = 270° скорость обтекания равна разности. Эта лопасть как бы уходит от набегающего потока и поэтому называется отступающей лопастью. Она замечательна тем, что на ней находится целый участок, который обтекается не с передней, а с задней кромки, в силу чего этот участок вообще не создает подъемной силы (зона обратного обтекания).

Итак, мы установили, что условия работы лопасти в течение оборота меняются за счет изменения скоростей обтекания.

Кроме того, условия работы отдельных сечений лопастей изменяются также за счет изменения углов атак». Дело в том, что общего угла атаки для всей лопасти нет. Можно говорить только об угле атаки конкретного сечения. Этот угол все время претерпевает изменения. Пусть первоначально сечение установлено под углом в к плоскости вращения. Угол Н между линией нулевой подъемной силы профиля и плоскостью вращения называется установочным углом или шагом лопасти.

С началом вращения любое сечение на радиусе обтекается со скоростью.

Угол атаки равен установочному углу. При наличии поступательной скорости в плоскости вращения возникнет скорость, а перпендикулярно ей — скорость. Кроме того, в плоскости вращения появляется индуктивная скорость, вызванная отбрасыванием воздуха винтом.

В скорость разложена на две составляющие: вдоль лопасти и перпендикулярно ей вдоль сечения. Очевидно, что на условия работы сечения влияет скорость.

Сложены скорости, действующие в плоскости вращения. Показан профиль сечения и сложены все действующие на него скорости. Угол между суммарной скоростью W и линией нулевой подъемной силы (аэродинамической хордой) и есть истинный угол атаки при поступательном движении вертолета. Этот угол (аист) значительно меньше установочного угла.

Аэродинамика несущего винта

Кроме того, (в силу изменения величины, так как эти скорости то складываются, то вычитаются в течение одного оборота), ясно, что истинный угол атаки все время претерпевает изменения.

Таким образом, в поступательном полете условия работы лопасти за один оборот (цикл) все время меняются. С началом следующего оборота цикл повторяется.

За счет различия в скоростях обтекания и углов атаки сечений циклически изменяется положение полной аэродинамической силы, возникающей на лопасти несущего

винта. Полная аэродинамическая сила уже не проходит вдоль оси вращения винта. Это является источником вибрации вертолета и одной из причин неустойчивости его. За счет разности подъемных сил в различных местах поверхности, ометаемой винтом, на нем создаются моменты, стремящиеся опрокинуть вертолет относительно продольной п поперечной осей; за счет разности сил сопротивления лопасти имеют значительную нагрузку в плоскости вращения.

Все это заставляет конструктора вводить целый ряд конструктивных особенностей в несущий винт вертолета по сравнению с самолетным винтом.

 

Узлы и агрегаты техники

Комментарии

CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.

Нужен просчет аэродинамики винта
контак irkindrug@mail.ru

Страницы

.

Лучшее в мире авиации

наверх