Аэродинамика несущего винта. Динамика полёта вертолёта Ми -8

Общие сведения о несущем винте НВ
Несущий винт вертолёта – уникальный агрегат современного авиастроения.
Наибольшее распространение в отечественном и мировом вертолётостроении получил классический трёхшарнирный НВ с горизонтальным, вертикальным и осевым шарнирами.

Общие сведения о несущем винте НВ
Лопасти такого НВ совершают при полёте сложное движение:
Вращаются вокруг оси НВ;
Перемещаются вместе с вертолётом в пространстве;
Изменяют своё угловое положение в пространстве, поворачиваясь в указанных шарнирах.

Общие сведения о несущем винте НВ
Несущий винт предназначен для:
создания подъёмной и пропульсивной сил в поступательном движении;
обеспечения продольного и поперечного управления вертолётом.
НВ преобразует крутящий момент от вала двигателя в аэродинамическую силу

Основные требования, предъявляемые к НВ
Обеспечения необходимой аэродинамической силы на всех режимах полёта;
Получения высокого КПД;
Равномерности распределения сил по ометаемой площади;
Исключения неустойчивости и опасных явлений;
Обеспечения минимальных шарнирных моментов;

Отличия НВ вертолёта от крыла самолёта
Тяга, достаточная для полёта вертолёта, создаётся при любой скорости (от 0 до Vmax);
НВ работает на углах атаки от 0° до +180° , - 180° ;
В поступательном полёте НВ имеет неравномерное поле скоростей.

Отличия НВ вертолёта от крыла самолёта
Из-за сравнительно малых скоростей полёта НВ создаёт большой индуктивный скос потока по сравнению с крылом (чем меньше скорость, тем больше скос потока), возникают повышенные вибрации несущей системы.

Геометрические характеристики НВ

Геометрические характеристики НВ
Количество лопастей(Кл)
Влияет на заполнение НВ, а значит, на
тягу и сопротивление НВ.
С увеличением количества лопастей каждая из них работает в более возмущённом потоке, возрастают вибрации.
Значение Кл подбирается оптимальным для данного вертолёта.

Геометрические характеристики НВ
Коэффициент заполнения НВ (δ)
δ = Кл ΣFл/ Fн
Показывает: Какую часть ометаемой площади составляет суммарная площадь лопастей.
Fл – площадь лопасти. Fл =R bср
δ = 0,0777 Такой большой коэффициент заполнения дал возможность создать:

Геометрические характеристики НВ
большую тягу при умеренном диаметре винта;
удерживать лопасти на небольших установочных углах, при которых углы атаки ближе к наивыгоднейшим на всех режимах полёта;
что позволило увеличить КПД винта и отодвинуть срыв потока с концов лопастей на большие скорости.

Геометрические характеристики НВ
Форма лопасти в плане
Достоинства прямоугольной формы в плане:
простота изготовления;
взаимозаменяемость отсеков;
быстрый переход к самовращению.
Недостаток – более низкие, по сравнению с трапециевидной формой, несущие свойства.

Профиль лопасти
Тип профиля:
В корневой части лопасть имеет профиль NASA-230 – двояковыпуклый несимметричный.
Относительная толщина ступенчато увеличивается к корню от 11,38 до 13%.
Остальная част лопасти имеет профиль
NASA – 230М двояковыпуклый
несимметричный модифицированный, с
отогнутой задней кромкой, С = 11,38%

Требование к профилю лопастей:
высокое аэродинамическое качество(Кmax = 21);
большое Мкр; минимальное перемещение центра давления по хорде;
быстрый переход к самовращению;
малое профильное сопротивление;
исключение флаттера лопастей.
Профиль лопасти

Особенности профилей
NASA- 230 имеет большой коэффициент подъёмной силы Су (более несущий), так как должен работать при малых скоростях обтекания.
NASA-230М имеет перед NASA-230 ряд преимуществ:
Меньше Сх;
Рост Су в большем диапазоне углов атаки;
Более высокие значения Мкр и αкр ;
Наименьшее изменение центра давления по хорде.

Угол установки лопасти(шаг винта)
Угол установки лопасти (φ) в характерном сечении представляет собой угол между плоскостью вращения НВ и хордой профиля лопасти,
Оказывает влияние на геометрический шаг НВ. Изменяется с помощью рычага «шаг-газ»

Угол установки лопасти(шаг винта)
Диапазон изменения (φ) в характерном сечении на r = 0,7 составляет 2°40÷15°(реальное изменение), по указателю шага винта (УШВ) 1°÷14°(условное изменение, так как УШВ – не угломерный прибор)

Удельная нагрузка на ометаемую площадь
Р = 12000 : 355 = 33,6кгс/м2
Характеризует энергетические возможности вертолёта:
- чем больше (р), тем больше
тяговооружённость и грузоподъёмность
вертолёта.

Удельная нагрузка на ометаемую площадь

Геометрическая крутка лопастей
Представляет собой расположение хорд элементов в разных плоскостях относительно плоскости вращения.
Назначение – выравнивание нагрузок по размаху лопасти;
Уменьшение момента сопротивления НВ;
Улучшение срывных характеристик лопасти;

Геометрическая крутка лопастей

Угол атаки НВ
Углом атаки НВ называется угол заключённый между вектором воздушной скорости НВ и плоскостью вращения НВ
Угол атаки НВ изменяется в полёте под влиянием управляющих воздействий пилота

Угол атаки НВ
В зависимости от направления воздушного потока НВ может работать в нескольких режимах обтекания:
осевого;
косого;
плоского;
вихревого кольца;
РСНВ.

Угол атаки НВ
Рис 1.16

Режим осевого обтекания
Режим осевого обтекания НВ отличается тем, что воздушный поток направляется параллельно оси вращения винта.
Угол атаки НВ при этом составляет 90°.
На этом режиме НВ работает при:
вертикальном подъёме;
снижении и на висении.

Режим косого обтекания НВ
Получается в том случае , если воздушный поток, возникающий при движении вертолёта, направлен под некоторым углом атаки к плоскости вращения НВ.
На таком режиме НВ работает при выполнении ГП, снижения или набора высоты по наклонной траектории.

Режим плоского (бокового) обтекания
Имеет место тогда:
Когда воздушный поток направлен параллельно плоскости вращения НВ.
Угол атаки НВ при этом равен нулю.

Режим вихревого кольца НВ
Возникает при снижении вертолёта с работающими двигателями на малой поступательной скорости.
В этом случае воздушный поток проходит через ометаемую площадь НВ сверху вниз и вновь тот же объём воздуха возвращается во всасывающую часть НВ

Работа НВ в условиях самовращения
Качественно отличается от других режимов, так как НВ получает энергию для вращения от набегающего потока.
Воздушный поток подходит снизу к плоскости вращения, и угол атаки НВ является положительным.
На практике режим самовращения НВ применяется при отказе двигателей, поломке трансмиссии НВ и в других случаях.