РЕЖИМ "ВИХРЕВОГО КОЛЬЦА ” И ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ СКОРОСТИ VyH
При снижении вертолета по вертикальной траектории (0 = —90°) или с малой горизонтальной скоростью Vxg, меньшей, приблизительно, 30 км/ч, в некотором интервале вертикальных скоростей наступает особый режим обтекания несущего винта — так называемый режим "вихревого кольца”. Особенностями этого режима являются форма вихревого следа несущего винта, нестационарность вихрей. На режиме висения вихри, сошедшие с лопастей, уносятся вниз потоком, создаваемым несущим винтом. Когда же вертолет снижается, несущий винт догоняет отходящие от него вихри. Из-за близости вихрей к плоскости вращения индуктивные скорости на ней возрастают. Как показывают опыты по визуализации вихрей, вихревая система расширяется, концевые вихри выходят за пределы плоскости вращения, там их скорость снижения уменьшается, и вихревая пелена заворачивается к плоскости вращения, образуя таким образом поверхность типа тора. На рис. 3-36 показаны вихревая пелена от одной лопасти и поле скоростей после двух оборотов винта при вертикальном снижении. Это — результат расчета по нелинейной нестационарной теорій, разработанной под руководством С. М. Белоцерковского [ 3 ]. В этом методе одновременно определяются циркуляция вихрей и их положение, силы и моменты винта. Вязкость и сжимаемость воздуха не учитываются.
Режим "вихревого кольца” встречается не только при снижении, во и в случаях, когда несущий винт обтекается снизу, VyH < О, при малой
Описывая результаты опытов на модели винта, Е. С. Вождаев [ 2 ] отмечал, что на режиме "вихревого кольца” концевые вихри совершают
r
\’
т\л*С’Г,,-‘"Iі……………….. …
— < >1 1 * f * 1 * « <, ,,////////ft HHHUmhi mi«( ‘ ‘**•••// /f / f / /ftt нітіпичн"|"""іі)/і’//////> иИН(іНИіН(і|Н’"цщ(()(Н^
в
Рис. 3.36. Вихревая пелена (в) и поле скоростей (б) на режиме ’’вихревого кольца’’ колебательное движение, диффундируют и создают в потоке интенсивную крупномасштабную турбулентность. Индуктивные скорости у лопастей изменяются по времени. Экспериментаторы указывают, что при постоянной скорости потока в аэродинамической трубе винт не выходит на установившийся режим. Конус, образованный лопастями, качается, величины сил и моментов винта колеблются около некоторых значений. "Вихревое кольцо”, вероятно, еще не исследованные автоколебания, возникающие в результате периодического изменения индуктивных скоростей, которое происходит из-за периодического изменения расстояния между лопастями и вихрями.
Из-за увеличения индуктивных скоростей в плоскости вращения несущего винта его тяга при постоянном угле установки уменьшается. Возрастают индуктивные потери несущего винта, так что при заданной силе тяги при снижении на режимах ’’вихревого кольца” потребляемая несущим винтом мощность превосходит по ряду экспериментальных данных мощность на режиме висения. Увеличение летчиком скорости снижения до некоторой величины ( — (4 … 6) м/с в зависимости от условий полета) при V = 0 … 40 км/ч не сопровождается изменениями в поведении вертолета, но при дополнительном, незначительном на Д Vyg = 0,5 … 1,0 м/с увеличении, вертикальная скорость самопроизвольно резко увеличивается, достигая Vyg — 12 … 16 м/с. В этом диапазоне скоростей у вертолета плохая управляемость, тряска, неустойчивость показаний барометрических приборов; у вертолета самопроизвольно увеличивается вертикальная, боковая и продольная составляющие скорости. Перемещения органов управления невелики, производятся с периодом 0,7 … 1,5 с. Таким образом, режим ’’вихревого кольца” — это опасный режим с внезапным увеличением скорости снижения и большой потерей высоты (400 м при Vxg = const и ~ 50 м — при своевременном увеличении V^).