Взаимодействие несущей поверхности с вихрем

Расчеты нагрузки на лопастях несущего винта при помощи модели. взаимодействия несущей поверхности с вихрем представлены в работах [J.31, J.32]. Рассматривалось крыло бесконечного размаха с хордой с, находящееся в неограниченном дозвуковом потоке, несущем прямолинейный бесконечный вихрь. Вихрь располагался под крылом в плоскости, параллельной плоскости хорд и отстоящей от нее на расстояние h, причем проекция вихря на плоскость хорд составляла с осью крыла угол Л (рис. 13.21). Вихрь перемещался относительно крыла со [c.684]

Теория элемента лопасти основана на предположении, что каждое сечение лопасти работает как профиль в двумерном потоке, а влияние следа несущего винта полностью учтено величиной индуктивной скорости в этом сечении. Тогда, зная движение лопасти и условия обтекания данного сечения, можно использовать профильные характеристики для расчета нагрузок каждого сечения. Индуктивную скорость можно найти различными способами по импульсной теории, по вихревой теории или путем расчета неравномерного распределения скоростей протекания численными методами. Для применения рассматриваемой теории удлинение лопастей должно быть большим, что как раз и характерно для винтокрылых аппаратов. Однако вблизи конца лопасти или в тех областях, где вследствие взаимодействия лопасти с вихрем велики градиенты индуктивной скорости, для уточнения результатов следует применять теорию несущей поверхности. [c.171]

Непосредственное применение теории несущей поверхности к вращающейся лопасти рассмотрено в разд. 13.6. Другой подход к этой проблеме состоит в том, чтобы на базе теории несущей поверхности сформулировать задачу взаимодействия вихря с лопастью, а затем применить полученное решение к определению вызванных влиянием вихря нагрузок на лопасти. При таком подходе можно существенно уменьшить объем вычислений по сравнению с тем, который необходим при непосредственном рассмотрении лопасти с позиций теории несущей поверхности. Кроме того, поскольку влияние пелены, образующейся при взаимодействии свободного вихря с лопастью, уже учтено такой моделью, применение ее к несущему винту исключает необходимость рассмотрения этой части системы вихрей. [c.684]

Рис. 13.21. Модель для расчета нагрузок при взаимодействии вихря с несущей поверхностью.

Наиболее перспективным [16, 117, 126, глава 3] на данный момент является метод дискретных вихрей [79, 112, 113], широко применяемый в аэродинамике для расчетов несущих поверхностей, турбулентных струй и следов. Приложение ЭТОГО метода к задачам о течениях воздуха вблизи всасывающих отверстий позволяет не только учесть образование вихревых нестационарных зон, но и исследовать взаимодействие приточных струй и всасывающих факелов. [c.448]

При приближении вращающейся лопасти несущего винта к вихревому следу предыдущей лопасти аэродинамические нагрузки на ней сильно меняются в зависимости от относительного положения следа и лопасти. Поэтому для определения переменных индуктивных скоростей и аэродинамических нагрузок в первую очередь нужно установить форму системы вихрей. При вращении лопасти с нее сходят как продольные, так и поперечные вихри. Далее элементы этих вихрей переносятся с местной скоростью воздушного потока, складывающейся из скорости невозмущенного потока и скорости, которую индуцирует на соответствующем элементе система вихрей винта. В предположении постоянства индуктивной скорости сходящая с вращающейся лопасти пелена вихрей имеет вид скошенной винтовой поверхности. На самом деле индуктивные скорости в разных точках пелены вихрей (как и на диске винта) существенно различны. Поэтому действительная форма пелены вихрей, определяемая путем интегрирования перемещений ее точек в неоднородном поле местных скоростей, существенно отличается от упомянутой идеальной пелены. На большом расстоянии вниз по потоку система вихрей винта стремится свернуться в два вихревых жгута, подобных концевым вихрям кругового крыла. Однако для определения нагрузок существенны деформации пелены только вблизи диска винта, и в особенности положение элементов концевых вихрей нри первом приближении их к последующей лопасти. Явление взаимодействия свободного вихря с лопастью не исчерпывается возникновением на лопасти соответствующих аэродинамических нагрузок. Лопасть в свою очередь влияет на вихрь, вызывая значительное изменение скорости [c.671]

К работам по теории крыла конечного размаха тесно примыкают исследования взаимодействия несущих поверхностей с телами вращения (интерференция). А. А. Дородницыным (1944) было предложено решение задачи об определении несущих свойств системы, состоящей из крыла большого удлинения и тонкого длинного фюзеляжа. Крыло заменялось несущей линией (пронизывающей фюзеляж) с переменной по размаху циркуляцией и сходящими с нее свободными вихрями, а фюзеляж — соответствующими особенностями, расположенными на оси. В. Ф. Лебедев (1958) обобщил метод А. А. Дородницына на случай стреловидного крыла и крыла малого удлинения с тонким фюзеляжем. В работе А. А. Никольского (1957) предложено правило расчета подъемной силы а индуктивного сопротивления и рассмотрены некоторые задачи оптимизации системы крыло — фюзеляж в случае, когда крыло мало возмущает осесимметричный поток вокруг фюзеляжа. Вихревые линии, сходящие с крыла, при этом криволинейны и расположены вдоль линий тока исходного осесимметричного потока около изолированного фюзеляжа. А. И. Го-лубинский (1961) разработал метод решения задачи для обтекания крыла с бесконечно длинным цилиндрическим фюзеляжем. При этом для крыла использовалась теория несущей поверхности, а на поверхности фюзеляжа удовлетворялись граничные условия и путем разложения в ряды с помощью цилиндрических функций решалась соответствующая краевая задача. Расчет и опыты показали, что если диаметр фюзеляжа сравним с размахом крыла, то аэродинамическая сила, возникающая вследствйе интерференции, получается того же порядка, что и сила, действующая на изолированные консоли крыла. [c.97]

При использовании схемы свободного следа предварительно находились нагрузки для жесткого следа. По полученным таким образом значениям интенсивности присоединенных вихрей определялась деформированная форма концевых вихрей. После этого для новой формы вихрей вычислялись индуктивные скорости и аэродинами1 ские нагрузки. Поскольку форма свободного следа мало зависит от деталей изменения циркуляции присоединенного вихря, дальнейшие приближения обычно не требуются. Анализ экспериментальных аэродинамических нагрузок несущего винта показывает, что нагрузки на стороне наступающей лопасти максимальны, когда сошедший с впереди идущей лопасти вихрь впервые приближается к следующей лопасти. С ростом if) во время прохождения лопасти вблизи вихря эта нагрузка уменьшается. В работе [J.30] установлены причины такого снижения нагрузок, которые состоят в следующем. При сближении внешнего вихря и лопасти происходит изменение его свойств, в частности может произойти резкое увеличение (распухание) ядра вихря. Кроме того, внешний вихрь взаимодействует со сходящими с лопасти продольными вихрями, которые объединяются с внешним вихрем в результате диффузии. Причиной снижения вызванных внешним вихрем нагрузок может быть и местный отрыв потока вследствие больших радиальных градиентов давления на лопасти. Эти эффекты моделировались в работе [S.47] путем увеличения ядра вихря при его встрече с лопастью и распространения такого распухания ядра вверх по потоку. Оказалось, что введение вызванного лопастью и распространяющегося вверх по потоку распухания вихря достаточно для удовлетворительного расчета аэродинамических нагрузок. Переход к схеме несущей поверхности приводит к существенному снижению расчетных нагрузок, вызванных приближающимися к лопасти вихрями, но этого оказывается все же недостаточно для того, чтобы такие нагрузки хорошо согласовывались с экспериментальными. Нужно заметить, что описанный выше способ [c.670]

В теории несущей поверхности взаимодействие крыла с пеленой вихрей рассматривается весьма полно. Это достигается тем, что крыло заменяется вихревой поверхностью, причем граничные условия выполняются во всех ее точках. Поэтому теория несущей поверхности пригодна для случаев сильного изменения индуктивных скоростей и нагрузок, имеющих место вблизи конца лопасти, а также при взаимодейетвии ее с вихревой пеленой. В развитии теории несущей поверхности применительно к крылу в последнее время достигнуты значительные успехи. Однако перенесение этой теории на случай вращающейся лопасти представляет собой весьма сложную задачу. Поскольку лопасти винта при вращении попадают в собственный вихревой след, модель такого следа должна строиться достаточно аккуратно, так как в противном случае применение схемы несущей поверхности не будет оправдано. Необходимо использовать модель свободного следа, учитывать сворачивание пелены в концевой жгут и другие тонкости структуры следа. Лишь /на режиме висения задача может рассматриваться как стационарная. Исследование работы винта на режиме полета вперед требует построения нестационарной теории несущей поверхности. Хотя при этом внешний поток и нагрузки являются периодическими, все гармоники решения связаны друг с другом. Наконец, ввиду того, что у большинства винтов концевые скорости велики, необходим учет влияния сжимаемости. [c.687]

Займемся дальнейшим развитием, нестационарной теории профиля с тем, чтобы приспособить ее к анализу обтекания вращающейся лопасти. Хотя основы теории уже излагались в предыдущих разделах, приложение ее к лопасти несущего винта требует учета целого ряда дополнительных факторов. Применение схемы несущей линии разделяет задачу расчета нестационарных аэродинамических нагрузок при пространственном обтекании на две части внутреннюю, в которой исследуются аэродинамические характеристики профиля, и внешнюю, состоящую из расчета индуктивных скоростей, создаваемых в сечении лопасти вихревым следом винта. Что касается внутренней задачи, то при стационарном обтекании плоского профиля аэродинамические нагрузки могут быть получены из эксперимента и представлены в виде табулированных зависимостей их от угла атаки и числа Маха. При нестационарном досрывном обтекании применимы результаты теории тонкого профиля. Решение внешней задачи затруднено тем, что система вихрей винта имеет весьма сложную конфигурацию. За каждой из вращающихся лопастей тянутся взаимодействующие винтовые вихревые поверхности, деформирующиеся в поле создаваемых ими индуктивных скоростей с возникновением областей сильной завихренности в виде концевых вихревых жгутов. Аналитическое определение индуктивной скорости на лопасти без весьма существенных упрощений модели вихревого следа (например, представления винта активным диском) оказывается невозможным. На практике неоднородное поле индуктивных скоростей определяют численными методами, подробно обсуждаемыми в гл. 13. Ввиду сказанного ниже не предполагается отыскивать зависимость между индуктивной скоростью и нагрузкой путем введения функции уменьшения подъемной силы. Напротив, сами индуктивные скорости являются фактором, учитываемым явно в нестационарной теории профиля. Для построения схемы несущей линии желательно, чтобы вычисление индуктивных скоростей производилось лишь в одной точке по хорде. Проведенное выше исследование обтекания профиля на основе схемы несущей линии указывает способ, который позволяет аппроксимировать нестационарные нагрузки с достаточно полным отображением влияния пелены вихрей. Применительно к лопасти достаточно рассмотреть лишь часть пелены, расположенную вблизи ее задней кромки. При построении нестационарной теории обтекания вращающейся лопасти надлежит учесть влияние обратного обтекания и радиального течения. Теоретические нагрузки должны быть скорректированы таким образом, чтобы они отражали влияние [c.480]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...