ГЛАВА II ОСОБЕННОСТИ АЭРОДИНАМИКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА

ГЛАВА II. ОСОБЕННОСТИ АЭРОДИНАМИКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА

1. ОТЛИЧИЕ АЭРОДИНАМИКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА ОТ АЭРОДИНАМИКИ КРЫЛА САМОЛЕТА

Аэродинамика несущего винта вертолета имеет ряд особенностей, отличающих ее от аэродинамики крыла самолета.

Принципиальной отличительной особенностью работы несущего винта является то, что тяга его (или его подъемная сила) может создаваться при любой скорости полета вертолета, вплоть до нулевой, в то время как крыло самолета может создавать необходимую подъемную силу только при скорости полета выше какого-либо минимального значения V_мин.

При уменьшении скорости полета самолета необходимо увеличивать угол атаки крыла, но эта возможность очень ограничена, так как увеличение угла атаки более 15—17° приводит к срыву потока, т. е. к нарушению плавного обтекания крыла. При дальнейшем увеличении угла атаки крыло уже не может создавать необходимую подъемную силу и самолет с потерей скорости теряет управляемость и беспорядочно падает.

Несущий винт вертолета создает необходимую тягу (подъемную силу) при любой скорости полета и не боится потери поступательной скорости вертолета, если скорость вращения (обороты винта) не менее минимально допустимого значения, соответственного режиму полета.

Несущий винт может работать на любых углах атаки, от 0° до 360°, в зависимости от скорости и направления полета вертолета.

Другой особенностью аэродинамики несущего винта является то, что в поступательном полете (горизонтальном или наклонном), когда имеет место косая обдувка несущего винта, лопасти его работают в условиях несимметричного поля скоростей обтекающего их воздушного потока.

Несимметрия поля скоростей, возрастающая с увеличением скорости полета, приводит к ограничению максимальной скорости полета вертолета из-за опасности срыва потока в зоне разности скоростей, где углы атаки сечений лопасти становятся большими и достигают критических значений.

Увеличение скорости вращения винта, которое могло бы несколько оттянуть возникновение срыва потока, ограничено возникновением волнового сопротивления, появляющегося вследствие приближения к звуковой скорости на концах лопастей, которое в свою очередь усугубляет несимметрию условий их обтекания (рис. 45).

При сравнении работы лопасти несущего винта с работой крыла самолета необходимо иметь в виду, что воздушные потоки — встречный, набегающий на лопасти винта и уходящий после взаимодействия с винтом — более неравномерны и менее устойчивы, чем воздушный поток, взаимодействующий с крылом самолета.

Рис. 45. Предельные значения числа оборотов несущего винта при изменении скорости по срыву потока и волновому сопротивлению для различных высот полета

Крыло самолета работает в условиях плавного обтекания более или менее однородным встречным потоком воздуха. Если и происходит изменение скорости и условий обтекания (например, при эволюциях самолета или в переходных режимах), то это не приводит к резкому нарушению общего характера обтекания. Поэтому к изучению сил и моментов от сил, действующих на крыло, в большинстве случаев можно подходить с точки зрения статики (равновесия), что не всегда справедливо для несущего винта вертолета.

Кроме того, современные самолеты летают на таких больших скоростях, при которых какие-либо случайные возмущения потока (например, порыв ветра), имеющие малые скорости в сравнении со скоростью полета, не могут существенно изменить картину обтекания.

Иначе работает несущий винт вертолета. Каждая лопасть несущего винта, как это показано в гл. I, работает в переменных условиях обтекания, изменяющихся в зависимости от азимутального положения ее в поверхности, ометаемой несущим винтом при его вращении. Каждое сечение одной и той же лопасти находится в условиях, отличных от условий для сечений, меньше или больше удаленных от оси вращения. Встречный поток подходит к несущему винту на многих режимах полета с малой скоростью, он менее устойчив, чем встречный поток при полете самолета, и более подвержен воздействию случайных возмущений. Уходящий поток после взаимодействия с несущим винтом еще в большей степени неравномерен и, кроме того, он закручивается от вращения винта.

Все это в известной степени усложняет аэродинамику несущего винта вертолета. Поэтому при отсутствии необходимых экспериментальных данных (продувок в аэродинамической трубе и др.) не всегда возможно с исчерпывающей точностью применить существующие методы аэродинамического расчета вертолета.

Отличия условий работы несущего винта от условий работы обычного воздушного винта (пропеллера) и от условий работы крыла самолета не позволяют непосредственно распространить теорию воздушного винта и теорию крыла на все режимы работы несущего винта вертолета. Однако теория несущего винта в целом, представляя собой самостоятельную теорию, базируется на аэродинамике крыла самолета и на аэродинамике воздушного винта. При рассмотрении различных режимов работы несущего винта элементы лопастей его уподобляются элементам крыла.