РАБОТА НЕСУЩИХ ВИНТОВ ПРИ КОСОМ. ОБТЕКАНИИ
В зависимости от направления полета вертолета несущие шшты могут работать на различных углах атаки, т. е. в режиме косого обтекания (Лф ±90°).
При косом обтекании лопасти несущих винтов вращаются с окружной скоростью сdR и перемещаются со скоростью полета вертолета V, которую можно разложить на составляющие (рис. 1.12, а): скорость Vt = V cos А, вектор которой параллелен плоскости вращения, и скорость V-, -= И sin А, вектор которой перпендикулярен плоскости вращения несущих винтов. Влияние вертикальной составляющей скорости рассмотрено в § 4, поэтому для упроще-
Рис. 1.12. Сложение скоростей у ВНВ с поступательном полете |
ния рассмотрим частный случай косого обтекания — режим плоского обтекания, при котором А=0.
Скорость обтекания произвольного элемента лопасти в плоскости вращения в любом азимуте можно определить по формуле
Ц7С = о)г +1 Vcos Л sin <!>, а для A=0Fe = шг +| V sin
13 азимуте от ф=0 до tJ)=180° лопасть движется прогни потока и окружная скорость складывается с составляющей поступательной скоростью. При движении лопасти в а. жмутах от ф = 180° до яр=0 лопасть идет по потоку и скорость обтекания будет меньше окружной скорости на величину Fsinij) (рис. 1.12,6). В связи с этим в поступательном полете в азимутах от ф = 180° до я|/ = 0° часть лопасти будет обтекаться воздушным потоком нс с носка, а с хвостика, т. с. на несущих винтах (у ВИВ — справа, а у 111IB —слева по полету) будут образовываться зоны обратного обтекания. Характеристика всех режимов несущих винтов при косом обтекании выражается коэффициентом режима работы
V cos А *•
«о R
С другой стороны, учитывая, что зона обратного обтекания имеет границу, на которой суммарная скорость обтекания лопасти равна нулю («г = Vх 8іпф), из подобия
АС___ АО
треугольников АСО и ВДО (рис. 1.12, б) имеем тгт—
AC-=HcosA, ВД = «>#, AO = d. ВО = Д,
Iа —
т. е. коэффициент |х показывает, какая часть лопасти в азимуте ф=270° при косой обдувке работает в зоне обратного обтекания. На максимальной скорости полета р=0,36. Допускать увеличение р выше предельных значений нельзя, так как это резко уменьшит общую тягу несущих винтов и повысит уровень вибрации вертолета.
Поскольку скорость встречного воздушного потока в поступательном полете, складываясь с окружной скоростью лопасти в се концевом сечении, изменяется по синусоидальному закону, то по такому же закону будет изменяться подъемная сила лопасти:
где в общем случае
Wa = VTpR +1V cos A sin ф)2 j-f-i (^i +’ V sin Л)2,
При этом своего максимального значения Ул достигает в азимуте-ф = 90° и минимального — в азимуте i]) = 270°. Такое изменение подъемной силы лопастей каждого из винтов, если лопасти закреплены на втулке жестко, вызывает нагружение корневых сечений лопастей знакопеременными изгибпыми напряжениями. Кроме того, в этом случае на втулки будут передаваться кренящие моменты МКр (рис. І. ІЗ): у ВНВ—вправо, у ННВ — влево. Для умень
шения кренящих моментов и разгрузки лопастей от знакопеременных нагрузок лопасти крепятся к втулкам с помощью горизонтальных и вертикальных шарниров.
Исследования, проводимые Н. Е. Жуковским, показали, что если несущий винт обдувается в плоскости вращения со скоростью V или продвигается в плоскости вращения с
кііі же скоростью, то при одной и той же мощности, затрачиваемой на его вращение, тяга винта с увеличением скоїм їсти растет.
Формула тяги идеального винта в поступательном поле — іг будет иметь вид
Т = 2pF0Mv[ V,
где v’i — средняя потребная индуктивная скорость в поступательном полете.
Физическая сущность явления заключается в том, что с увеличением поступательной скорости несущий винт взаимодействует с большей массой воздуха, т. е. увеличивается секундный расход воздуха через несущие винты.
У реальных винтов тяга зависит от поступательной скорі їсти и угла атаки несущих винтой А за счет изменения коэффициента Ст. При А=0, когда поток скользит вдоль плоскости вращения, тяга возрастает с увеличением скоро-
1/
Рис. 1.14. Зависимость тяги винтов от скорости полета вертолета и угла атаки НВ |
сти полета за счет увеличения секундного расхода. Если углы атаки несущих винтов уменьшать, то тяга будет уменьшаться за счет уменьшения углов атаки лопастей (рис. 1.14).
‘При увеличении скорости вертолета одновременно уменьшаются углы атаки несущих винтов, так как чем больше скорость, тем больший потребуется наклон несущих винтов в сторону полета. Поэтому за счет увеличения скорости тяга растет, а за счет уменьшения углов атаки она одновременно уменьшается. До определенной скорости (Увк) тяга будет возрастать, а при дальнейшем увеличении скорости она будет уменьшаться как за счет уменьшения углов атаки, так и за счет расширения зон обратного обтекания.