6. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ НА НЕСУЩЕМ ВИНТЕ
При рассмотрении маховых движений лопастей несущего винта было установлено, что лопасти винта вращаются не в плоскости, а след вращения их образует поверхность, близкую к поверхности конуса. На режимах вертикального полета ось этого конуса является продолжением оси вала винта и перпендикулярна плоскости вращения втулки винта. Во всех остальных случаях (горизонтальный полет, наклонный набор высоты, планирование) конус вращения лопастей отклонен от оси вращения втулки винта назад по
Рис. 66.
Наклон конуса вращения несущего винта при косой обдувкеполету и в сторону — влево или вправо, в зависимости от направления вращения несущего винта за счет маховых движений лопасти. Иными словами, плоскость, проведенная через след движения концов лопастей, не параллельна плоскости вращения втулки винта, а отклонена назад и вбок в сторону идущей вперед лопасти (рис. 66).
Полная аэродинамическая сила направлена вверх по оси отклоненного конуса вращения лопастей.
Подобно тому как в аэродинамике самолета полную аэродинамическую силу, возникающую на крыле, раскладывают на две составляющие: подъемную силу
Y и силу сопротивления X, в аэродинамике несущего винта полную аэродинамическую силу R обычно представляют как равнодействующую трех сил: силы тяги Т, направленной по: оси втулки несущего винта перпендикулярно плоскости вращения втулки; продольной силы Н, лежащей в плоскостивращения втулки винта и направленной назад, и боковой силы
S, также лежащей в плоскости вращения втулки винта и направленной вбок (рис. 67). Для режимов висения, вертикального подъема и вертикального снижения сила тяги Т равна подъемной силе несу
щего винта
Y (см. рис. 98).В способах разложения полной аэродинамической силы на составляющие для крыла и для несущего винта легко видеть некоторое различие. Для самолета сила раскладывается на оси, связанные с воздушным потоком, при этом сила У всегда перпендикулярна направлению потока, а сила
Для вертолета аэродинамическая сила раскладывается на оси,
связанные не с воздушным потоком, а с осями самого вертолета, что соответствует разложению полной аэродинамической силы крыла на нормальную и тангенциальную составляющие (
Rn и Rt). Такой выбор осей для разложения результирующей аэродинамической силы несущего винта обоснован необходимостью рассматривать силы относительно плоскости и оси вращения винта. Тяга винта, остающаяся приблизительно равной полной аэродинамической силе винта в любом режиме полета Т= (0,97--l,00) R, вследствие малости углов а1 и b1 сохраняет направление, близкое к противоположному направлению силы веса G. Это позволяет во многих случаях значительно упростить прикидочные аэродинамические .расчеты вертолета.Тяга Т, продольная сила
R и боковая сила S являются основными силами, по которым ведется аэродинамический расчет вертолета и расчет его устойчивости.На рис. 67 показана зависимость продольной и боковой сил от углов завала конуса вращения несущего винта:
На рис. 68 графически изображено изменение величин а
1 и b1 с изменением величины коэффициента μ.Из графиков, помещенных на этом рисунке, видно, что с увеличением скорости полета увеличиваются углы наклона несущего винта относительно втулки назад и вбок, вследствие чего увеличиваются также продольная и боковая силы на несущем винте.
Максимальные значения углов а
1 и b1 очень невелики (2--4°), поэтому величина полной аэродинамической силы R ничтожно мало отличается от величины тяги Т. Это позволяет без большой погрешности считать, чтоН
= T sin a1 и S=Tsina1
Отсюда же можно сделать вывод, что силы
R и S сравнительно с Т невелики. Максимальная величина продольной силы примерно в 15—20 раз меньше тяги, а максимальная величина -боковой силы в 30—35 раз меньше тяги.Момент от сил лобового сопротивления лопастей, действующий в плоскости вращения винта, является также одной из важнейших силовых характеристик, определяющих режим работы винта.
Рис. 68. Изменение коэффициентов махового движения по режимам работы несущего винта
Величина этого момента равна крутящему моменту Мкр, который необходимо передать от двигателя несущему винту для выполнения полета на том или ином режиме.
Необходимо отметить, что в полете на режиме самовращения несущего винта Мкр = 0 (подробно см. гл.
VI).В аэродинамических расчетах вертолета величины силовых характеристик несущего винта выражают обычно через соответствующие коэффициенты, относя их к площади несущего винта
πR2, окружной скорости вращения на конце лопасти ωR и плотности воздуха ρ:коэффициент тяги
коэффициент продольной силы
коэффициент боковой силы
коэффициент крутящего момента
Аналитическое выражение перечисленных выше коэффициентов довольно сложно и для расчета их величин необходимо знать коэффициенты, определяющие режим работы винта μ, λ, а также коэффициенты махового движения а0, а1, b1 и ряд других величин, характеризующих данный несущий винт.
