|
|
|
В горизонтальном или наклонном полете встречный поток воздуха подходит к поверхности, ометаемой несущим винтом при его вращении, не по оси его, а под некоторым углом, величина которого зависит от характера и скорости полета. Рассмотрим распределение скоростей обтекания различных сечений лопасти несущего винта по этой поверхности, когда вертолет совершает горизонтальный полет, и сравним его со скоростями обтекания сечений лопасти на режиме висения. На рис. 28 изображено поле скоростей обтекания лопастей несущего винта для двух азимутальных положений: на режиме висения и в горизонтальном полете. Для упрощения взят двухлопастный винт, имея в виду, что поле скоростей каждой лопасти винта с большим числом лопастей для соответственных азимутальных положений ее остается таким же. Несущий винт вращается с угловой скоростью ω=πn/30. Ξкружная скорость вращения конца лопасти равна ωR, где R — радиус несущего винта. Окружная же скорость каждого промежуточного сечения лопасти равна угловой скорости, умноженной на соответствующий радиус окружности, по которой вращается рассматриваемое промежуточное сечение, т. е. ωr.На режиме висения обтекание лопасти происходит только за счет вращательного движения, поэтому величины скорости обтекания различных сечений лопасти распределены вдоль нее по треугольнику и одинаковы во всех азимутальных положениях для какого-либо определенного сечения. Как видно из рис. 28, поле скоростей на режиме висения для любого положения лопасти симметрично. При горизонтальном полете поле скоростей лопасти, идущей вперед (по направлению полета), и лопасти, идущей назад (против полета), не симметрично. Это происходит потому, что в левой части диаграммы (ψ =90°) окружная скорость вращения сечения лопасти складывается со скоростью полета вертолета ( ωr + V); в правой же части диаграммы (ψ = 270°) скорость полета вычитается из окружной скорости (ωr — V). В любом другом (промежуточном) азимутальном положении окружная скорость будет алгебраически (т. е. с учетом знака) складываться не с полной величиной скорости полета, а с ее проекцией на направление окружной скорости.
Рис. 28. Скорости воздушного потока, обтекающего лопасть в различных ее сечениях В азимутах ψ = 0° и ψ= 180° обтекание сечений лопасти будет происходить только за счет окружной скорости ωr. Поле скоростей для этих азимутальных положений симметрично, и встречный поток воздуха за счет движения всего вертолета будет направлен вдоль лопасти и рассмотрение его влияния с точки зрения ее аэродинамики интереса не представляет.Если в левой половине (рис. 29, внизу) и в правой половине поверхности, ометаемой несущим винтом при вращении (рис. 29, вверху), скорости обтекания в равноудаленных от центра вращения сечениях неодинаковы, то и подъемные силы, создаваемые в этих сечениях, тоже должны быть неодинаковы. В соответствии с этим в азимутах от 0° до 180° подъемная сила должна быть больше, чем в азимутах от 180° до 360° . Следовательно, при жестком креплении лопастей к втулке несущего винта вертолет должен был бы опрокинуться направо, но наличие горизонтальных шарниров в подвеске лопастей обеспечивает ему равновесие в поступательном полете.За счет маховых движений лопасти вокруг горизонтального шарнира происходит перераспределение величин подъемных сил
каждой лопасти, в результате чего суммарный опрокидывающий момент относительно центра тяжести равен нулю. Рассмотрим на примере, как возникают и поддерживаются маховые движения лопасти и как они обеспечивают равновесие вертолета в горизонтальном или наклонном полете (см. рис. 28). В нашем примере φ = 10° и подъемная сила лопасти в исходном режиме Yл = 1000 кг.За один оборот суммарная скорость обтекания концевого сечения лопасти соответственно будет изменяться: Будем следить за движением лопасти из положения ψ = 0°. Суммарная скорость W будет увеличиваться за счет суммирования ωR + V • sin ψ. Ρ увеличением скорости обтекания подъемная сила лопасти Ґл будет также стремиться возрасти (Yл пропорциональна W2).Следовательно, будет стремиться возрасти и момент от силы Yл относительно горизонтального шарнира, поднимая лопасть вверх с некоторой угловой скоростью взмаха ωвз. Этот поворот лопасти уменьшит угол атаки сечения лопасти за счет дополнительной обдувки ее сверху потоком от махового движения. Это приведет к уменьшению Yл до ее исходного значения. В азимуте ψ =90° скорость обтекания лопасти будет максимальной (ωR = V), следовательно, и скорость взмаха будет здесь максимальной, а угол атаки в сечении лопасти будет минимальным, благодаря чему подъемная сила лопасти будет опять уменьшать свою величину до исходного значения.При дальнейшем движении лопасти от ψ = 90° до ψ = 180° скорость обтекания сечения будет уменьшаться, но вследствие инерции при маховом движении вверх лопасть будет продолжать подниматься.Достигнув в каком-то азимутальном положении (между 180° и 220°) максимального угла взмаха β макс, при движении от ψ β μаксдо ψ = 270°, лопасть в силу уменьшения скорости обтекания будет опускаться. Это опускание будет увеличивать углы атаки ее сечений, увеличивая ее подъемную силу до исходного значения. (В азимутальном положении ψ = 270° скорость обтекания сечений лопасти будет минимальной, а скорость опускания здесь будет максимальной. В этом положении угол атаки в сечениях лопасти будет наибольшим. Несмотря на то, что далее скорость обтекания увеличивается, лопасть еще будет продолжать опускаться. Таким образом, за один оборот она поднимется и опустится, т. е. взмахнет. Угол атаки в сечениях лопасти за один оборот будет менять свою величину, как показано на рис. 30, достигая максимального значения в азимуте ψ = 270° и минимального значения в азимуте ψ = 90°.Изменение угла атаки для сечений, по разному удаленных от оси вращения, будет неодинаковым. Сечения, ближе расположенные к оси, имеют меньшие углы атаки, чем сечения, расположенные у конца лопасти. На рис. 30 показано изменение угла атаки концевого сечения и сечения, удаленного на половину радиуса от оси вращения. В установившемся полете вертолета маховые движения лопастей носят также установившийся характер. Для каждого режима полета можно заранее рассчитать углы взмаха лопасти в каждом азимутальном положении. В случае режима висения либо вертикального подъема или спуска все лопасти в любом азимуте 
отклонены вверх относительно горизонтального шарнира на одинаковый угол β = а0 (угол конусности).Как только вертолет переходит в поступательный полет, лопасти начинают совершать маховые движения: спереди увеличивая угол отклонения относительно горизонтального шарнира вверх на величину а 1, сзади уменьшая поворот относительно горизонтального шарнира на тот же угол а\ (рис. 31) 1.В поперечной плоскости, так же как и в продольной, лопасть отклонена относительно первоначального поворота: в азимуте (φ= 90° на уменьшение угла а 0 на угол b1, в азимуте φ = 270° на увеличение на тот же угол b1.В зависимости от характеристик лопасти, в основном весовых и геометрических, а также от режима работы несущего винта величины составляющих углов взмаха в горизонтальном полете практически могут быть: а 0 = 3 -- 8°, а1= 1 -- 4°, b1 = 0,5 -- 2°, причем а0 с увеличением скорости изменяется мало, а а1 и b1 — значительно.Если провести плоскость через окружность, которая получается как след движения концов лопастей (см. рис. 31), то можно увидеть, что эта плоскость наклонена относительно плоскости вращения втулки винта. Таким образом, можно заметить, что маховое движение лопастей равноценно наклону плоскости вращения несущего винта назад— на угол а 1, вбок — на угол b1.Иными словами, лопасть за счет маховых движений описывает коническую поверхность вокруг некоторой оси, отклоненной от действительной назад и вбок. Угол взмаха лопасти является непрерывной и периодической функцией φ и может быть выражен в общем случае тригонометрическим рядом с любой степенью точности:
Но достаточно хорошее приближение можно получить, если ограничиться первыми гармониками ряда: При вычислении следующих гармоник анализ маховых движений делается очень сложным. Все вышесказанное о маховых движениях относится к лопасти несущего винта вертолета, который совершает поступательный полет со скоростью V, и справедливо как для моторного полета, так и для планирования на режиме самовращения. Но необходимо иметь в виду, что в случае моторного полета (горизонтального или с набором высоты) встречный поток набегает на несущий винт со стороны основания конуса вращения (сверху), в случае полета на режиме самовращения встречный поток притекает к конусу вращения со стороны его вер-1 В связи с тем, что дуги, описываемые концами лопастей при маховых движениях, сравнительно не велики, они на рис. 31 условно показаны прямыми линиями.шины (рис. 32), т. е. снизу. Это вносит некоторые отличительные особенности в характер маховых движений для каждого из указанных случаев. Ранее было показано, что для движения вертолета при горизонтальном полете необходимо наклонить плоскость вращения несущего винта в направлении желаемого движения. Этот наклон Рис. 32. Притекание воздушного потока к плоскости вращения несущего винта в моторном полете и в безмоторном планировании:I — моторный полет; II — самовращение осуществляется действием автомата перекоса и сопровождается маховыми движениями лопасти относительно горизонтального шарнира. Вслед за наклоном плоскости вращения наклоняется и фюзеляж в том же направлении. При этом появляются силы лобового
Рис. 33. Наклон поверхности вращения несущего винта за счет автомата перекоса и за счет маховых движений при поступательном движении вертолетасопротивления фюзеляжа и момент от этих сил относительно центра тяжести. Для того чтобы уравновесить этот момент, плоскость вращения несущего винта должна быть в течение всего полета несколько отклонена относительно плоскости вращения втулки винта за счет отклонения автомата перекоса. Это значит, что в поступательном полете (a часто и при вертикальном полете, например на висении, когда центр тяжести вертолета не лежит на оси несущего винта) лопасти совершают маховые движения за счет наклона автомата перекоса в дополнение к маховым движениям из-за поступательной скорости. Следовательно, лопасти несущего винта совершают маховые движения за счет отклонения автомата перекоса от своего нейтрального положения и за счет несимметричного поля скоростей в горизонтальном и наклонном полете. Рассмотренные нами раздельно маховые движения лопасти накладываются одно на другое, в результате чего характер их усложняется (рис. 33). Маховые движения лопасти являются основой всех особенностей аэродинамики и устойчивости несущего винта вертолета, поэтому изучение их является задачей первостепенной важности. |
|
Пишите нам: jjhelicopters@mtu-net.ru
|
