Теория пропеллера вихревая

Теория Голдстейна. Голдстейн [G. 93] разработал вихревую теорию пропеллера с конечным числом лопастей в осевом потоке. След был схематизирован геликоидальными пеленами свободных вихрей, движущихся в осевом направлении с постоянной скоростью как твердые поверхности. Граничное условие непротекания через пелены полностью определяет распределение завихренности в следе, которое можно связать с распределением циркуляции присоединенного вихря лопасти. Голдстейн решил задачу о потенциальном обтекании системы N заходящих одна в другую геликоидальных поверхностей, имеющих, при конечном радиусе, бесконечную протяженность в осевом направлении (т. е. был рассмотрен дальний след) и движущихся с осевой скоростью uo- Решение было получено в виде фактора концевых нагрузок F, зависящего от коэффициента протекания, числа лопастей и радиуса сечения. Голдстейн привел таблицы и графики F в зависимости от г для пропеллеров с двумя и четырьмя лопастями (в работе [G.93] фактор концевых нагрузок обозначен через К, а не через F). Этот фактор используется таким же образом, как и фактор Прандтля, описанный в предыдущем разделе. Установлено, что функция Прандтля, как правило, является хорошей аппроксимацией более сложной функции Голдстейна при малых скоростях протекания, особенно при X/N <0,1. Таким образом, решение Прандтля пригодно для несущих винтов вертолетов, а для пропеллеров необходимо использовать решение Голдстейна. [c.97]

Правильный учет влияния следа за пропеллером на аэродинамические характеристики сечения лопасти стал возможным после того, как Прандтль создал свою теорию крыла. Эта теория дала ясное понимание роли скорости, индуцируемой следом на крыле. Прандтль, Ланчестер и другие исследователи развили идею о том, что подъемная сила крыла обусловлена присоединенной завихренностью, порождающей в следе свободную завихренность, которая индуцирует скорость на крыле. Разработанная для крыла теория несущей линии включает в себя расчет индуктивной скорости, учитывающий особенности вихревого следа. Поэтому ученые, исследовавшие работу несущего винта, также обратились к рассмотрению вихревого следа за виНтом, чтобы найти скорости потока, обтекающего сечение [c.61]

В отличие от крыла, свободные вихри которого прямолинейны, след несущего винта или пропеллера образует спиралеобразные вихри. Сложная форма свободных вихрей делает математическую задачу о расчете индуктивных скоростей гораздо более трудной, чем для крыла. Поэтому в вихревой теории, как и в импульсной, часто используют схему активного диска, позволяющую получить аналитические решения. [c.62]

Основы вихревой теории заложил Н. Е, Жуковский в 1912— 1929 гг. Он исследовал скорости, которые индуцирует система спиральных свободных вихрей, образующих след пропеллера, но для математического упрощения задачи использовал схему винта с бесконечным числом лопастей, т. е. схему активного диска. С помощью этой вихревой теории были воспроизведены результаты импульсной теории. В 1918 г. Жуковский предложил использовать в качестве характеристик профиля характеристики профиля в плоской решетке, а индуктивную скорость находить по вихревой теории. Тем самым, по существу, были установлены основы современной теории элемента лопасти, так как для вертолетных несущих винтов эффект решетки пренебрежимо мал. [c.84]

Согласие указанных формул оправдывает использование схемы твердого следа в классической вихревой теории. Поскольку индуктивные затраты мощности реального несущего винта немного отличаются от аналогичных затрат у оптимального винта, эту простую схему можно использовать и при расчетах винта с неоптимальной нагрузкой. Итак, след несущего вин га или пропеллера с минимальной индуктивной мощностью состоит из спиральных пелен свободной завихренности, движущихся в осевом направлении как твердые поверхности, т. е. с постоянной скоростью без деформации. Скорость перемещения следа определяется нагрузкой на диск винта, а наклон геликоидальных пелен — осевой и окружной скоростями лопастей. [c.93]

Применение классических лопастных теорий к винтам с малой скоростью протекания. Схема следа в виде не-деформируемых вихревых пелен приемлема для пропеллеров, у которых скорости протекания велики, так что поток быстро уносит след от диска винта. Для вертолетных винтов с их малой скоростью протекания важное значение имеют взаимодействия между лопастями и завихренностью в следе, а также [c.97]

Таким образом, классические лопастные вихревые теории дают наиболее надежные результаты для сильно нагруженных пропеллеров, для которых они и были первоначально разработаны. Для вертолетных же несущих винтов с малыми скоростями протекания такой упрощенный анализ недостаточен. Вследствие сложности структуры вихревого следа и форм реального винта этот анализ должен быть численным. Что касается приближенных формул Прандтля, то их простота оправ дывает использование фактора концевых нагрузок F r) или коэффициента концевых потерь В в тех случаях, когда более детальный расчет невозможен или не требуется. [c.98]

Н. Е. Жуковский является также автором вихревой теории гребного винта, на основании которой проектируются и строятся пропеллеры большей части современных самолетов. [c.28]

Н. Е. Жуковский сделал принципиальные открытия в новой науке — аэромеханике, являющейся теоретической основой авиационной техники. Ряд важных законов теоретической аэромеханики был установлен в трудах Жуковского. Он доказал основную теорему о подъемной силе профиля крыла, сформулировал гипотезу для подсчета циркуляции скорости вокруг крыла с острой задней кромкой, предложил серии теоретических профилей крыльев и разработал вихревую теорию воздушного гребного винта (пропеллера). Основные методы аэродинамического эксперимента и широко использованные конструкции аэродинамических труб в нашей стране были созданы под непосредственным руководством Н. Е. Жуковского. Он первый указал ка применения теоретической и экспериментальной аэродинамики к задачам расчета летных характеристик самолета. Аэродинамический расчет и динамика самолетов как самостоятельные научные дисциплины были начаты работами Жуковского. В. И. Ленин назвал Жуковского отцом русской авиации . [c.37]

ВИХРЕВАЯ ТЕОРИЯ, теория вихрей, учение о вихревом движении жидкости, имеющее большие приложения в аэродинамике и гидродинамике и являющееся одной из важнейших глав этих наук. Т. к. почти во всех действительных гидродинамич. явлениях возникают вихри, то приложение теории вихрей к изучению этих явлений имеет большое значение. За последнее время В. т. дала возможность исследовать такие сложные явления, какими являются работа гребного винта (см. Пропеллер], сопротивление тел (см. Индуктивное сопротивление] и т. п. [c.435]

Выведенные здесь теоремы мы используем в теории распространения звука от движущегося источника, в частности от пропеллера самолета, и в проблеме возникновения вихревого звука при движении тел в воздухе. [c.43]

Величины а W а представляют влияние системы вихрей и называются коэфициентами влияния для осевой и угловой скоростей. Осевая скорость должна изменяться непрерывно при переходе через плоскость винта и имеет одну и ту же величину Непосредственно перед и за винтом. Приращение скорости по сравнению со скоростью далеко перед винтом целиком вызвано системой сбегающих вихрей эта индуцированная скорость равна или aV. При определении величины индуцированной скорости предположено, Что сбегающие вихри идут назад по винтовым линиям. Это допущение равносильно предположению, что можно пренебрегать сужением струи, получающимся в действительности оно теряет силу, когда коэфициент влияния а имеет значительную величину. Индуцированная скорость такого идеального вихревого цилиндра в бесконечно-удаленной точке позади винта равна удвоенной величине индуцированной скорости в плоскости винта, лежащей На конце цилиндра следовательно осевая скорость далеко позади винта имеет величину V + 2а). Этот результат находится в полном согласии с выводами теории идеального пропеллера. [c.150]

Во второй половине XIX в. появилось учение о вихреном двин<с-нии жидкости, создателем которого справедливо считают Гельмгольца, указавшего в 1858 г. основные свойства вихрей в идеальной жидкости. Само понятие вихря и его интерпретация, как угловой скорости вращения жидкого элемента в целом, были даны раньше Коши в 1815 г. и Стоксом в 1847 г. возможность движения без потенциала скоростей была указана Эйлером еще в 1775 г. Теория вихрей имеет обширную литературу, в которой тесно переплетаются вопросы гидродинамики с аналогиями в области электричества и магнетизма. Магнитные линии вокруг электрического проводника эквивалентны линиям тока вокруг вихревой нити (теорема Био — Савара служит основой как для расчета движения жидкости вокруг вихревых линий, так и для расчета магнитного поля вокруг электрического тока). Теория вихрей сыграла большую роль в развитии динамики атмосферы, теории крыла самолета, теории пропеллера и корабельного винта и др. Об этих приложениях, получивших особенное развитие в работах русских ученых (Н. Е. Жуковского — по вихревой теории винта и А. А. Фридмана — по вихрям в атмосфере), будет упомяпуто в следующем параграфе. [c.26]

Профессор Казанского университета И. С. Громека (1851—1889) в докторской диссертации Некоторые случаи движения несжимаемой жидкости , относящейся к 1881 г., провел математическое исследование возможных вихревых движений несжимаемой жидкости и особенно выделил существенное для прикладной гидродинамики винтовое движение кидкости, в котором вихревые линии совпадают с линиями тока после Громека исследования по аналогичному вопросу были проведены итальянским геометром Бельтрами. И. С. Громека формулировал условие, которому должно удовлетворять вихревое поле для того, чт9бы существовали поверхности, ортогональные к линиям тока. Анализу вихревого и деформационного движения жидкого элемента была посвящена магистерская диссертация Н. Е. Жуковского Кинематика жидкого тела , вышедшая в свет в 1876 г. и защищенная в 1877 г. Теория вихрей сыграла большую роль в развитии метеорологии, теории крыла самолета, теории пропеллера и корабельного винта и др. В связи с проблемами метеорологии И. С. Громека в 1885 г. рассмотрел задачу о вихревых движениях на сфере. [c.26]

В 1910—1911 гг. ученики Жуковского Г. X. Сабинин и Б. Н. Юрьев развили теорию винта, предложенную Джевецким, и разработали методику расчета, хорошо оправдавшуюся на практике. В период 1912—1918 гг. Жуковский выполнил серию работ но вихревой теории гребного винта [46], доведенной им и его учеником В. П. Ветчинкиным до практических приложений. Значение этой теории состоит в том, что едиными зависимостями охвачены все разновидности винтов пропеллер, геликоптерный винт, лопасти турбин, ветряного двигателя и вентилятора. [c.288]

Вслед за этим возник технологический феномен чрезвычайной важности. Прогресс в аэродинамической теории привел к изменениям в мышлении конструкторов Англии, Германии и Италии. Они уяснили, что из-за вихревого сопротивления на две трети снижается мощность самолета, летающего на обычной тяге, применили к осевым компрессорам и турбинам прандтлеву теорию крыла ("несущей плоскости") с ее концепцией подъемной силы и поняли, что сверхзвуковые реакции на кончиках пропеллеров не позволят аэропланам двигаться намного быстрее 650 км/ч. В совокупности эти три фактора привели к технологическо]и парадигме — концепции самолета с реактивным двигателем. И это была не эволюция, а революция. [c.18]

В 1919 г. А. Бетц подробно исследовал систему вихрей, образующих след пропеллера, и на базе вихревой теории определил минимум потребной мощности и наивыгоднейшее распределение нагрузок винта. Л. Прандтль в приложении к статье Бетца указал способ введения приближенной поправки, которая в рамках дисковой теории учитывает концевой эффект— влияние числа лопастей на распределение нагрузок винта. Около 1920 г. Р. Вуд и Г. Глауэрт, а также Э. Пистолези выполнили работы, ставшие дальнейшим развитием вихревой теории. В 1929 г. С. Голдстейн более строго рассмотрел вихревой след пропеллера с конечным числом лопастей. [c.84]

Классическую лопастную вихревую теорию применяют к вертолетным несущим винтам главным образом в расчетах нагрузок в концевой части лопасти. Решения Прандтля и Голдстей-на получены для пропеллеров, у которых скорость протекания велика, и потому основаны на схемах следа, которые не вполне приемлемы для несущих винтов с присущей им малой скоростью протекания. Решающим моментом в этих исследованиях является выбор структуры следа, которая полностью определяет [c.91]

Локк [L. 105] кратко изложил вихревую теорию Голдстейна и ее применение к расчету пропеллеров. Он сравнил результаты этой теории с результатами дисковой вихревой теории и нашел предел функции Голдстейна, показав, что + при yV-voo. Локк установил, что голдстейнова схема следа действительно приводит к оптимальному решению. Таким образом, использование этой теории основано на допущении, что схема жесткого следа приемлема и при практических нагрузках винта. В работе [L. 109] даны таблицы фактора Голдстейна, обсуждены теория и ее применение (включая аппроксимацию Прандтля). Каман [К.1] также проанализировал теорию Голдстейна, обратив особое внимание на ее приложение к несущему винту вертолета на режимах висения или вертикального подъема. [c.97]

Мы перейдем теперь к работам по теории вязкой жидкости, имеюгцим от-ногаение к задачам аэродинамики. В сугцности, вся теория крыла и пропеллера представляет собою приложение теории вязкой жидкости, так как без привлечения вязкости воздуха совергаенно необъяснимо, с точки зрения классической теории вихрей, возникновение в воздухе той сложной вихревой системы, которая [c.177]

Винт, влияние аэродинамической трубы 158 —, теория идеального пропеллера 143 теория элементов лопасти 149 Вихревая линия 94 Вихревая пелена 38, 88 Вихревая трубка 93 Вихри Карчама 73, 86, 89 Вихрь 33, 93 —одиночный 36, 40 44 —присоединенный 95 —свободный 96 Вихря напряжение 33, 93 —неизменяемость 34 Вынос, теорема эквивалентности 131 Вязкости коэфициент 76, 78 Вязкость 10, 75 Давление динамическое 8 Давления центр 7 Движения общие уравнения 82 ДуСлет 26, 37, 40, 44 Дуга окружности, профиль 55, 59 Жидкость идеальная 10, 86 Жуковского гипотеза 52, 89 —преобразование 54, 58 —профили 57, 59, 65, [c.162]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...