Теория элемента лопасти

ТЕОРИЯ ЭЛЕМЕНТА ЛОПАСТИ [c.59]

В теории элемента лопасти вычисляют силы, которые действуют на лопасть при ее движении в воздухе, а по ним рассчитывают силы и аэродинамические характеристики всего несущего винта. Теория элемента лопасти — это, по существу, теория несущей линии, примененная к вращающемуся крылу. Предполагается, что каждое сечение лопасти работает как профиль в двумерном потоке, а влияние следа и остальной части винта полностью учтено в индуктивном угле атаки сечения. Следовательно, для решения задачи нужно рассчитать индуцируемые следом скорости на диске винта. Это можно сделать с помощью импульсной теории, вихревой теории или численными методами, учитывая неравномерность поля скоростей протекания. Теория несущей линии основана на предположении, что крыло имеет большое удлинение. Удлинение к лопасти несущего винта связано с коэффициентом заполнения и числом лопастей соотношением % = R/ = N/п)а. Для вертолетных несущих винтов с их малой нагрузкой на диск предположение о большом удлинении обычно справедливо. Однако даже при большом геометрическом удлинении могут существовать области, в которых велики градиенты нагрузки или индуктивной скорости, вследствие чего эффективное аэродинамическое удлинение может оказаться малым. Для несущего винта примерами таких областей с большими градиентами являются концевая часть лопасти и то место на ней, вблизи которого проходит вихрь, сбегающий с предшествующей лопасти. [c.59]

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ ЭЛЕМЕНТА ЛОПАСТИ [c.60]

Развитие теории винтокрылых аппаратов на ранней стадии шло двумя раздельными путями, которые слились в 1920-х годах. (Термины импульсная теория и теория элемента лопасти имели тогда смысл, несколько отличный от современного, и в ранних работах означали отдельные и представлявшиеся независимыми методы исследования работы воздушного винта.) Ключевым фактором была идея индуктивного сопротивления, которую гидродинамики в первых десятилетиях XX в. еще разрабатывали и для крыльев, и для вращающихся лопастей. Прежде чем стал возможен достаточно точный расчет нагрузок несущего винта, необходимо было полностью выяснить смысл индуктивного сопротивления, т. е. сопротивления, неизбежного при создании подъемной силы крыла конечного размаха, и связать это сопротивление со скоростями, индуцируемыми на крыле следом. [c.60]

ТЕОРИЯ ЭЛЕМЕНТА ЛОПАСТИ ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПОЛЕТА [c.62]

Теория элемента лопасти основана на схеме несущей линии. Кроме того, чтобы найти аналитическое решение, мы будем считать нагрузку на диск малой и пренебрежем возможностью срыва и влиянием сжимаемости воздуха. На рис. 2.6 показаны сечение лопасти, скорости обтекающего его воздуха и действующие на него силы. Сечение установлено под углом 6, отсчитываемым от плоскости вращения до линии нулевой подъемной силы. Скорость воздуха, обтекающего сечение, разложим на составляющие и-г и Ыр, соответственно параллельную и перпендикулярную плоскости диска. Тогда величина скорости и [c.62]

Сила тяги несущего винта. Теория элемента лопасти дает следующее выражение для коэффициента силы тяги несу-щего винта [c.64]

Индуктивная скорость. Теория элемента лопасти выражает силу тяги несущего винта через угол установки и коэффициент протекания. Если же нужно представить Ст как функцию только 0, то необходимо найти выражение для индуктивной скорости. Импульсная теория дает следующую формулу для индуктивной скорости на режимах висения или подъема по вертикали [c.65]

В теории элемента лопасти получены следующие общие формулы для расчета коэффициентов силы тяги и мощности несущего винта на висении [c.70]

Применение теории несущей линии не вполне оправдано вблизи концов крыла. Если в концевом сечении лопасти хорда конечна, то теория элемента лопасти дает ненулевую подъемную силу при любой форме законцовки. Однако в действительности нагрузка лопасти на конце уменьшается до нуля, причем спад происходит довольно быстро (рис. 2.7). Это обусловлено трехмерностью обтекания концевой части лопасти. Так как скорост- [c.70]

Если при расчете силы тяги несущего винта учитывать концевые потери, то по теории элемента лопасти получим в в [c.72]

Это, по существу, эмпирическая зависимость, так как для надежной оценки характеристик нужно выбрать подходящие значения и .Дан пример использования теории элемента лопасти для расчета несущего винта, имеющего лопасти с постоянной хордой и линейной круткой при постоянной индуктивной скорости. Наконец, элементно-импульсная теория применена к расчету такого же винта, но при неравномерном распределении индуктивной скорости. [c.80]

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]

Из теории элемента лопасти следует, что при снижении на авторотации [c.121]

При заданной величине общего шага отсюда можно найти X, а затем Ст- Зная нагрузку на диск и Ст, можно рассчитать частоту вращения винта, а по величине Я и кривой скоростей протекания определить скорость снижения. Таким образом можно найти скорость снижения на авторотации как функцию общего шага и определить его оптимальную величину. Однако желателен более обстоятельный численный анализ, так как важно учесть влияние срыва на характеристики винта при авторотации. Теория элемента лопасти позволяет по крайней мере оценить уменьшение общего шага, необходимое при переходе от висения к авторотации. Предполагая, что концевая скорость QR при этом не изменяется, из условия 2Сг/(аа) = Эо.уз/З— —Х/2 получим [c.121]

По теории элемента лопасти можно оценить увеличение общего шага, требуемое для набора высоты. Из соотношения 2Ст-/(аа) = 00,75/3 — V2 следует, что при малых скоростях набора высоты [c.123]

Импульсная теория позволяет найти индуктивную мощность винта при полете вперед. Как и на висении, представим индуктивные затраты мощности через индуктивную скорость v = Pi/T. В теории элемента лопасти предполагалось, что индуктивная скорость равномерно распределена по диску винта. Для полета вперед это предположение менее приемлемо, чем для висения. Но при больших скоростях полета индуктивная скорость мала по сравнению с другими составляющими скорости потока, обтекающего лопасть, так что предположение о равномерной индуктивной скорости все же можно принять. При малых скоростях полета изменение скоростей протекания по диску имеет важное значение, особенно для расчета вибраций винта и нагрузок лопасти. Итак, снова представим несущий винт схемой равномерно нагруженного активного диска. При полете вперед такой диск можно рассматривать как круглое крыло. [c.133]

В этом разделе будут выведены формулы для сил, действующих на лопасть при полете вперед. Рассмотрим несущий винт со всеми шарнирами, но без относа ГШ. Лопасти абсолютно жесткие, они машут и изменяют свои общий и циклический шаги под действием управления, т. е. изгибные и крутильные деформации лопастей пренебрежимо малы. Такая схема достаточна для определения аэродинамических характеристик и характеристик управления шарнирного несущего винта. Чтобы найти аэродинамические силы в сечении, используем теорию элемента лопасти. Влиянием зоны обратного обтекания пока пренебрежем. Плоскость отсчета выбираем произвольно. [c.171]

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]

Теория элемента лопасти позволяет найти общий шаг. Для лопастей с линейной круткой и постоянной хордой при равномерном протекании справедливо соотношение [c.268]

Теория элемента лопасти...............59 [c.498]

История развития теории элемента лопасти......60 [c.498]

Теория элемента лопасти для вертикального полета. .. 62 [c.498]

ТЕОРИЯ ЭЛЕМЕНТА ЛОПАСТИ ВИНТА. [c.149]

ТЕОРИЯ ЭЛЕМЕНТА ЛОПАСТИ ВННТА [c.150]

В аэродинамике вертолета теория элемента лопасти служит основой почти всех исследований, так как в ней учитываются распределения скоростей и нагрузок по размаху лопасти и, следовательно, эта теория связывает аэродинамические и другие характеристики винта с конструктивными параметрами сечений. Импульсная же теория (или любая другая теория, основанная на схеме активного диска) —это обобщенный анализ, который дает полезные результаты, но сам по себе не обеспечивает рсновы для проектирования несущего винта. [c.59]

Истоки теории элемента лопасти можно найти в работе Уильяма Фруда (1878 г.), но первое большое исследование в этом направлении выполнил С. К. Джевецкий в промежутке между 1892 и 1920 гг. Джевецкий полагал, что сечения лопасти работают независимо, но он не знал, как выбрать аэродинамические характеристики сечений. Поэтому он предложил нахо--дить характеристики сечений по результатам испытаний серий пропеллеров. Такой подход был типичен для первого этапа разработки и применения теории элемента лопасти. Исследователи принимали в расчет только скорости Qr и V, обусловленные соответственно вращением лопасти и ее обтеканием вдоль оси вращения, а затем выясняли, каким образом использовать характеристики профилей. В импульсной теории скорость на диске винта равна V v, т. е. вследствие наличия подъемной силы винта она больше скорости невозмущенного потока (точ но так же окружная скорость на диске больше Qr вследствие наличия крутящего момента). Однако Джевецкий полагал, что между осевой скоростью, рассматриваемой в импульсной теории, и скоростью, с которой поток действительно обтекает сечение допасти, нет связи, поскольку первая — это средняя скорость, тогда как вторая — местная скорость. Как показано выше, строгая импульсная теория на самом деле не дает никаких сведений об индуктивных скоростях на диске винта (фактически импульсная теория имеет дело со скоростями в дальнем следе). Не сумев дать правильный теоретический анализ скоростей на диске винта, Джевецкий рассматривал только составляющие Qr и V. Когда при таком подходе были использованы характеристики профилей в двумерном потоке, расчетные аэродинамические характеристики винтов значительно разошлись с экспериментальными. Расхождение было приписано выбору характеристик профиля. В то время было уже ясно, ю [c.60]

С 1915 по 1919 г. было сделано несколько попыток использовать приращение осевой скорости, получаемое в импульсной теории, для расчета лопасти по элементам. Однако никто не довел этих попыток до использования характеристик профиля в двумерном потоке, так как все исследователи на той или иной стадии обращались к эксперименту, чтобы установить, как выбирать характеристики сечений. А. Бетц в 1915 г. положил осевую скорость равной V + v, как в импульсной теории, и заметил, что требуемое удлинение больше действительного удлинения лопасти. Однако, признавая, что требуемое удлинение стремится к бесконечности, он по-прежнему считал его точное значение зависящим от формы лопасти в плане. Г. де Ботезат в 1918 г. также использовал результат импульсной теории, положив осевую скорость равной V v и взяв соответствующую величину окружной скорости на диске), но он принял подход Джевецкого и провел испытания серии специальных пропеллеров с целью определения характеристик профилей. Э. Фейдж й Г. Коллинз в 1917 г. использовали в качестве осевой скорости некоторую часть скорости У + и, определяемую эмпирически. Характеристики профилей они приняли такими же, как у крыла с удлинением 6, поэтому в величину индуктивной скорости нужно было вводить эмпирическую поправку на изменение удлинения. Таким образом, теория элемента лопасти оставалась полуэмпирической как в отношении изменения скорости вследствие интерференции, так и в отношении выбора характеристик профилей. [c.61]

Общая теория воздушного винта была разработана в начале 1920-х годов на базе вихревой теории и прандтлевской теории крыла. Путем введения в расчет индуктивных скоростей, определяемых вихревой теорией, были найдены аэродинамические параметры потока на диске несущего винта. В качестве характеристик профилей в таких расчетах использовались характеристики крыла бесконечного размаха. В более поздних работах было доказано, что при одинаковой схематизации несущего винта импульсная и вихревая теории действительно дают одинаковые результаты. Поэтому в теорию элемента лопасти теперь обычно вводят индуктивные скорости, получаемые по импульсной теории. Однако на ранней стадии разработки теории несущего винта вихревые концепции Прандтля произвели столь сильное впечатление, что вихревая теория полностью вытес-. нила импульсную. Последняя не смогла объяснить распределение индуктивных скоростей по диску несущего винта, которое требовалось для завершения разработки теории элемента лопасти. В результате вихревую теорию стали считать более надежной и логичной основой для исследования работы как крыльев, так и лопастей. [c.62]

При z/R > 0,5 эта формула правильно передает зависимость подъемной силы от высоты над землей и от скорости полета. Использовав теорию элемента лопасти для учета нагрузки лопасти, Чизмен и Беннет получили [c.152]

Глауэрт [G.85] впервые разработал теорию несущего винта с машущими лопастями при полете вперед, чтобы проверить полезность изобретения, сделанного Сиерва применительно к автожирам. Глауэрт рассматривал винт с машущими лопастями без крутки и сужения, а также без управления циклическим шагом (т. е. не вводил ППУ). По теории элемента лопасти он нашел угол конусности и коэффициенты первой гармоники махового движения, а по импульсной теории — индуктивную скорость. Наиболее серьезное ограничение, сделанное в этой теории, состояло в том, что в формулах сохранялись только члены порядка [ . Были использованы предположения о малости углов и о постоянстве градиента подъемной силы ( i = aa), а коэффициент сопротивления был принят равным его среднему значению. На базе импульсной теории Глауэрт вывел формулу для индуктивной скорости при полете вперед [c.254]

Это выражение было аппроксимировано формулойСр = 0с (1 + + п[1 )18, и для нескольких значений ц был найден параметр п (см. разд. 5.12). Формула для коэффициента профильной мощности была выведена из условия сохранения энергии с целью проверки выражения q, полученного по теории элемента лопасти. Так как взаимосвязь этих двух способов в то время не была очевидной, формула теории элемента лопасти была принята в качестве основной самим Глауэртом и теми, кто позднее использовал его работу как основу для дальнейших исследований. [c.255]

Теория элемента лопасти представляет собой распространение теории несущей линии на вращающееся крыло. В линеаризованной вихревой модели пелена вихрей состоит из спиральных продольных вихрей, тянущихся за каждой лопастью. В случае невращающегося крыла деформациями вихревой пелены и сворачиванием концевых вихрей обычно -можно пренебречь, поскольку элементы вихрей уносятся вниз по потоку и удаляются от крыла. Вращающаяся же лопасть, напротив, постоянно приближается к элементам пелены вихрей, сходящих с лопасти винта, идущей впереди рассматриваемой. Поэтому модель пелены вихрей, используемая для расчета индуктивных скоростей на лопасти, должна быть более детальной и точной, чем в случае крыла. Сходящие с концов лопастей участки вихревой пелены быстро сворачиваются в концевые вихревые жгуты, которые лучше описываются вихревой нитью, чем пеленой вихрей. Для многих режимов полета требуется учитывать деформации концевых вихревых жгутов, вызываемые созданными этими жгутами индуктивными скоростями, так как без этого не удается произвести достаточно точный расчет нагрузок. В излагаемых далее простых способах расчета индуктивной скорости используется схема активного диска. Это позволяет определять среднюю индуктивную скорость по закону сохране ния количества движения. [c.430]

Теорию элемента лопасти начал разрабатывать Уильям Фруд [3], известный английский инженер, которого мы уже упоминали в связи с проблемой поверхностного трения. Несколько лет спустя эту же теорию независимо подробно разработал Стефан Джевнцкнй (1844-1938) [4], инженер н ученый польского пронсхождення, один из наиболее выдающихся учеников Жуковского. Джевицкий позже жил во Франции и работал с Эйфелем. Я имел удовольствие встретить его в Париже. Помню, что в возрасте семидесяти семи лет оп ездил на своем автомобиле по всей Франции, направляясь от аэропорта к аэропорту, чтобы наблюдать следы за виптом. [c.174]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...