Основы аэродинамики несущего винта

 

1.1 Общие сведения о НВ

 

Несущий винт (НВ) предназначен для создания подъемной и пропульсивной сил в поступательном движении, обеспечения продольного и поперечного управления вертолетом. НВ преобразует крутящий момент от вала двигателя в аэродинамическую силу.

Основные требования, предъявляемые к НВ:

- Обеспечение необходимой аэродинамической силы на всех режимах полета;

- Получение высокого КПД;

- Равномерность распределения сил по ометаемой площади;

- Исключение неустойчивости и опасных явлений;

- Минимальные шарнирные моменты.

Отличия НВ вертолета от крыла самолета:

- Тяга, достаточная для полета вертолета, создается при любой скорости (от 0 до Vmax);

- НВ работает на углах атаки от 0 до + 180⁰,−180⁰;

- В поступательном полете НВ имеет неравномерное поле скоростей;

- Из-за сравнительно малых скоростей полета НВ создает большой индуктивный скос потока по сравнению с крылом (чем меньше скорость, тем больше скос потока), возникают повышенные вибрации несущей системы.

 

1.2 Геометрические характеристики НВ

 

1.Диаметр НВ dн. Чем больше dн, тем больше ометаемая площадь Fн. В тоже время возрастают потери НВ из-за волнового кризиса лопастей, поэтому значение dн выбирается оптимальным (21,288 м); Fн=355м².

2.Количество лопастей (Кл). Влияет на заполнение НВ, а значит, на тягу и сопротивление НВ. С увеличением количества лопастей каждая из них работает в более возмущенном потоке, возрастают вибрации. Значение Кл подбирается оптимальным для данного вертолета

3.Коэффициент заполнения σ =Кл ΣFл/ Fн показывает, какую часть сметаемой площади составляет суммарная площадь лопастей. Fл – площадь лопасти.

4.Форма лопасти в плане. Достоинства прямоугольной формы в плане - простота изготовления, взаимозаменяемость отсеков, быстрый переход к самовращению. Недостаток - более низкие, по сравнению с тра­пециевидной формой, несущие свойства.

5.Геометрическая крутка лопастей. Представляет собой расположение хорд элементов в разных плоскостях относительно плоскости вра­щения. Назначение: выравнивание нагрузок по размаху лопасти, уменьшение момента сопротивления НВ, улучшение срывных характеристик лопасти, увеличение аэродинамического качества, повышение авторотационных свойств лопасти.

За счет крутки получен прирост тяги примерно 4%.

Крутка линейная: для относительного радиуса =0¸0,3: j=5°; для = 0,3¸1,0 φ линейно уменьшается до 0.

6.Профиль лопасти. Тип профиля: в корневой части лопасть имеет профиль NASA -230 – двояковыпуклый несимметричный. Относительная толщина ступенчато увеличивается к корню от 11,38 до 13%. Остальная часть лопасти имеет профиль NASA- 230M двояковыпуклый несимметричный модифицированный, с отогнутой задней кромкой, С = 11,38%.

Требования к профилю лопастей: высокое аэродинамическое качество (Кмах=21), большое критическое число Мкр, минимальное перемещение центра давления по хорде, быстрый переход к самовращению, малое про­фильное сопротивление, исключение флаттера лопасти.

Особенности профилей: NASA-230 имеет большой коэффициент подъ­емной силы Су (более несущий), так как должен работать при малых скорос­тях обтекания. NАSА -230М имеет перед NASA-230 ряд преимуществ: меньше Сх, рост Су в большем диапазоне углов атаки, более высокие значения Мкр и aкр. Наименьшее изменение центра давления по хорде.

7.Угол установки лопасти. Представляет собой угол между плос­костью вращения НВ и хордой профиля лопасти. Оказывает влияние на геометрический шаг НВ. Изменяется с помощью рычага "шаг-газ".

Диапазон изменения j в характерном сечении на =0,7 состав­ляет: 2°40`¸15° (реальное изменение); по указателю шага винта (УШВ): 1¸14° (условное изменение, так как УШВ - не угломерный прибор).

8.Удельная нагрузка на ометаемую площадь р=12000: 355 =
33,6 кгс/м². Характеризует энергетические возможности вертолета: чем
больше р, тем больше тяговооруженность и грузоподъемность вертоле­та.

С другой стороны, р определяет значение вертикальной скорости планирования на режиме самовращения НВ: Vy =3,6 . Чем больше вертикальная скорость вертолета, тем больше должна быть удельная нагрузка (у Ми-8 удельная нагрузка примерно в 1,5 раза больше, чем у вертолета Ми-4).