Вихри и вихревые следы

ВИХРИ И ВИХРЕВЫЕ СЛЕДЫ [c.686]

Если мы окружим цилиндр контуром, который перемещается с той же скоростью, что и вихревой след, и размеры которого велики по сравнению с размерами цилиндра, расстоянием между соседними вихрями в цепочке и расстоянием между цепочками, то движение жидкости на границах контура будет установившимся. [c.359]

Из определения вихревой линии и вихревой поверхности следует, что в любой точке таких линий и поверхностей нормальная составляющая вихря скорости равна нулю. [c.51]

К преимуществам вихревого процесса следует отнести возможность работы с малым коэфициентом избытка воздуха за счёт интенсивных вихреобразований, стабильность рабочего процесса при переменных оборотах и нагрузках в результате наличия организованного вихря и малую чувствительность к качеству распыла топлива благодаря значительной кинетической энергии в воздушном потоке. [c.249]

Другой механизм конденсации при дозвуковых скоростях связан с периодической нестационарностью и высокой турбулентностью потока в проточной части турбины, обусловленными взаимодействием решеток. Влияние решетки на последующую выражается прежде всего в том, что вихревые следы первой попадают в каналы второй. При этом возникают волны сжатия и разрежения в каналах второй решетки и совместно с дискретными вихрями следа VI создают в них благоприятные условия для возникновения жидкой фазы (рис. 3.3,г). В каналы предшествующей (первой) решетки распространяются волны от собственных вихревых следов, а также от входных кромок последующих лопаток. Чередующиеся волны сжатия и разрежения, а также вихревые следы служат генераторами интенсивной турбулентности в межлопаточных каналах и, следовательно, генераторами жидкой фазы. [c.76]

Кризисное возрастание Ар о наиболее отчетливо продемонстрировано в вихревых следах за пластинами. Из рис. 3.11 следует, что экстремальные значения Ар о достигаются при Aso l на любом удалении от кромки в пределах начального участка (х=0- 7) для скругленной и плоскосрезанной кромок, причем наибольшие значения Ар о установлены в сечениях х Ъ на оси следа для скругленной кромки. Известно, что примерно на таком расстоянии от кромки скорость продольного движения и циркуляция скорости Е каждом вихре достигают максимальных значений. [c.87]

В результате отрыва и взаимодействия слоев, стекающих с вогнутой и выпуклой поверхностей, с внешним потоком за выходной кромкой возникают вихри. На поддержание вихревого движения за кромкой и на перемешивание вихревого следа с ядром потока затрачивается часть кинетической энергии. [c.52]

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]

Присоединенным вихрям, циркуляции которых определяют подъемную силу крыла конечного размаха, соответствуют свободные вихри, сходящие с крыла и образующие его след. Нагрузка лопасти наиболее сильно изменяется в ее концевой части. Поэтому завихренность в следе несущего винта концентрируется в спиралеобразные концевые вихри, расположенные под винтом. В отличие от крыла лопасть проходит очень близко от собственного следа и от следов предшествующих лопастей. Близость следа оказывает значительное влияние на распределения индуктивных скоростей и нагрузки лопасти. Вихревая теория представляет собой исследование работы несущего винта, в котором на основе законов гидродинамики, определяющих движение и воздействие завихренности (формула Био — Савара, теоремы Кельвина и Гельмгольца), рассчитывается индуцируемое следом винта поле скоростей и, в частности, распределение индуктивных скоростей по диску винта. В простейшем варианте вихревой теории использована схема активного диска. Это означает, что не учитывается дискретность самого винта и его следа, связанная с конечным числом лопастей, а завихренность непрерывно распределяется по пространству, занятому следом. При этих условиях задача может быть решена аналитически, по крайней мере для вертикального полета ). Если рассматривать ту же схему течения, что и в импульсной теории, то вихревая теория должна, конечно, дать такие же результаты. Однако вихревая теория лучше, чем импульсная, пригодна для обобщений схемы течения (например, учета неравномерности нагрузки на диск), так как она связана с рассмотрением местных, а не обобщенных характеристик. [c.83]

Если в вихревой теории принять дискретную схему следа, то последний будет состоять из вихревых линий и вихревых поверхностей (пелен), которые тянутся за каждой лопастью. Вследствие весьма сложной формы этих линий и пелен интегрирование, необходимое для расчета индуктивной скорости, приходится выполнять численно. В результате задача оказалась столь сложной с вычислительной точки зрения, что практически разрешимой она стала только после того, как в распоряжении инженеров-вертолетчиков появились быстродействующие электронные цифровые вычислительные машины. При нынешнем распространении ЭВМ для представления несущего винта и его следа почти всегда используют дискретную систему вихрей, если хотят получить подробную информацию [c.83]

При постоянной вдоль лопасти циркуляции (соответствующей равномерной нагрузке) свободные вихри сходят в след только с корня и конца лопасти. Концевой свободный вихрь скручивается в спираль, так как скорость его элементов складывается из скорости вращения лопасти и осевой скорости потока через диск винта (рис. 2.12). На висении осевая скорость целиком обусловлена индукцией следа. Сбегающие с каждой лопасти концевые вихри образуют систему входящих одна в другую спиралей. Можно считать, что корневые вихри прямолинейны и располагаются вдоль оси винта (если пренебречь наличием неоперенной части). При положительной силе тяги несущего винта направления вращения в вихрях таковы, что корневой вихрь и осевые составляющие концевых спиральных вихрей индуцируют закрутку следа в направлении вращения винта, а трансверсальные составляющие концевых вихрей (вихревые кольца) индуцируют внутри следа осевую скорость, противоположную по направлению силе тяги. Таким образом, система вихрей следа вызывает скорости, которые определяются, как показано выше, условиями сохранения осевого количества движения и момента количества движения. [c.85]

В современных вихревых теориях задачу определения индуктивных скоростей, нагрузок и аэродинамических характеристик несущего винта решают численно, используя сложные схемы следа. К таким схемам относятся представление следа дискретными концевыми вихрями и зачастую даже схемы, учитывающие деформацию свободных вихрей. Поэтому современные теории имеют практическое значение только при использовании быстродействующих цифровых ЭВМ. Хотя численные решения в принципе ближе к действительности, чем классические, попытки усовершенствовать на их основе расчет аэродинамических характеристик несущего винта на режиме висе-ния оказались нелегкими. Часто усовершенствование заключается лишь в небольшом, но важном уточнении, но чтобы его найти, нужно использовать более подробную схему течения, которая требует тщательного исследования. Однако многие сложные явления, связанные с аэродинамикой несущего винта, еще недостаточно выяснены, а другие явления трудно исследовать. Кроме того, усовершенствование расчетной схемы должно быть совместным, т. е. должно затрагивать одновременно аэродинамическую, динамическую и конструктивную схемы несущего винта. В методах расчета аэродинамических характеристик винта на висении был достигнут определенный прогресс, но и теперь эти методы имеют ряд недостатков. Подробное [c.98]

При полете вертолета вперед вихревой след винта сворачивается, причем сворачивание происходит в два этапа. Сначала отдельные вихри, сходящие с концевой части лопасти, быстро сворачиваются в вихревые жгуты, которые тянутся за каждой лопастью и образуют систему переплетающихся, заходящих одна в другую спиралей. Затем эти спирали, взаимодействуя, сворачиваются в дальнем следе в два вихря, похожие на вихри за круглым крылом. В наблюдавшейся экспериментально картине [c.141]

Из теории профиля следует, что пелена поперечных вихрей является важным фактором при определении нестационарных нагрузок, связанных с колебательным движением лопасти. В отличие от рассмотренной плоской пелены вихревой след лопасти винта представляет собой идущую зй ней спиральную поверхность. Однако наиболее существенное влияние оказывает часть этой поверхности, расположенная вблизи задней кромки лопасти. Одним из возникающих в этой связи вопросов является следующий каким способом элемент вихревой поверхности, сошедший при повороте лопасти на угол 15—45°, следует учитывать в численных методах расчета индуктивных скоростей и нагрузок Для ответа на этот вопрос и рассматривалась в предыдущем разделе плоская вихревая пелена. [c.443]

Для упрощения математической трактовки задачи принимаются следующие два допущения. Во-первых, используется модель активного диска, так что распределение вихрей в следе является непрерывным. Во-вторых, рассмотрены лишь режимы висения и вертикального полета, для которых вихревой след осесимметричен. Такое исследование позволяет распространить классические результаты вихревой теории винта на случай нестационарных нагрузок и получить приближенное выражение функции уменьшения подъемной силы для вращающегося винта. [c.470]

На режиме висения концевой вихрь до подхода следующей лопасти успевает лишь ненамного сместиться вниз и к оси винта. Поэтому вихрь приближается к концевой части лопасти, а расстояние между ними мало. В результате сильно изменяется нагрузка на конце лопасти, что оказывает заметное влияние на аэродинамические характеристики винта на режиме висения (см. также разд. 2.7.4). При полете вперед вихревой след винта уносится потоком, так что концевые вихри перемещаются вдоль всего диска винта, а не остаются лишь вблизи концевых сечений лопастей. Взаимодействие лопастей с вихрями происходит главным образом на боковых частях диска винта, где вихри оказываются в непосредственной близости от лопастей. Поэтому на режиме полета вперед индуктивные скорости распределяются по азимуту крайне неравномерно, что порождает высшие гармоники нагрузок, амплитуды которых велики. Таким образом, при полете вперед неоднородность поля индуктивных скоростей существенно влияет на нагрузки, вибрации вертолета и шум винта. Довольно велико влияние этого поля и на первую гармонику нагрузки, а следовательно, и на эффективность циклического управления винтом. С изменением режима полета влия- [c.652]

Были опробованы различные модели вихревого следа. Интенсивные концевые вихри хорошо описываются с помощью прямолинейных вихревых отрезков, имеющих вязкое ядро конечных размеров (см. разд. 10,8), причем криволинейная форма вихревых нитей хорошо описывается ломаной из прямолинейных отрезков, соответствующих изменению азимута на 15—30°, Модель следа, в которой пелена вихрей, сходящих с внешней части лопасти, сворачивается в концевой вихрь, используется почти всеми авторами некоторые различия возникают при описании ядра вихря с целью устранения особенности индуктивной скорости в центре вихря. Моделирование же пелены продольных и поперечных вихрей, сходящей с внутренних сечений лопасти, отличается разнообразием. Эта часть пелены влияет гораздо слабее, чем концевые вихри, что открывает большие возможности выбора удовлетворительной по точности модели. Чаще всего применяется модель пелены в виде сетки дискретных вихрей, т. е. прямолинейные отрезки вихря используются, для моделирования не только концевых вихрей, но и пелены вихрей, сходящих с внутренних сечений лопасти (рис. 13.4). Такая модель пелены соответствует ступенчатому изменению циркуляции присоединенных вихрей лопасти как по радиусу, так и по ази- [c.655]

В работе [Р.68] рассмотрен метод расчета неоднородного поля индуктивных скоростей, в котором пелена моделировалась недеформируемой сеткой вихревых отрезков. На начальной стадии расчета маховое движение полагалось известным из эксперимента и вычислялись лишь аэродинамические нагрузки. Единственной неизвестной была циркуляция присоединенного вихря лопасти, которая определялась в конечном числе точек диска винта на различных азимутах и радиусах. С помощью теории тонкого профиля эта циркуляция выражалась через углы атаки, определяемые индуктивными скоростями и движением лопасти. Индуктивная скорость вычислялась по формуле Био — Савара и зависела от интенсивности элементов вихревого следа, определяемой в свою очередь циркуляцией присоединенного вихря лопасти. Таким образом, задача сводилась к решению системы линейных алгебраических уравнений для циркуляции присоединенного вихря в ряде точек диска винта. Поскольку таких точек требуется от 100 до 200, число уравнений в этой системе оказывается весьма значительным. [c.666]

В работе [S.47] представлен метод расчета переменных скоростей протекания и гармоник аэродинамических нагрузок несущего винта, включающий расчет свободного движения элементов вихревого следа (рассмотренный в следующем разделе). Концевые вихри описываются ломаной из прямолинейных вихревых [c.668]

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]

В 6-й главе дано представление о вихревых методах расчета течений. Изложены механизмы взаимодействия вихрей. Продемонстрированы возможности вихревых методов при моделировании нелинейной стадии развития неустойчивости в сдвиговых течениях — в классическом слое сдвига, в разгонном вихре и в следе за пластиной. Предложена модедн, возникновения прецессии вихря в цилиндрической трубе. [c.14]

Видно, что выше значения Ве г 1 аналитическое описание поля течения усложняется. Становятся существенными инерционные силы, и при Ве 10 происходит отрыв пограничного слоя ) линии тока скручиваются и образуют стационарное вихревое кольцо у кормовой части сферы. Дальнейшее возрастание числа Ве приводит к увеличению размеров и интенсивности вихря. При Ве 100 систе.ма вихрен распространяется за сферой на расстояние около одного диаметра [7801. Влияние инерционных сил продол кает расти, п при Ве 1-50 систе.ма вихрей начинает колебаться. В ла.минарнодг потоке при Ве р 500 систе.ма вихрей отделяется от тела и образует след [822]. Это число Рейнольдса называется нгпкним критическим чпс,лоы Рейнольдса. Вихревые тсольца непрерывно образуются и отделяются от сферы, вызывая периодические изменения поля течения и мгновенной величины силы сопротивления. Линия отрыва пограничного слоя на сфере перемещается, что приводит также к флуктуация.м силы трения. [c.32]

Таким образом, сходя из изложенного выше в данном разделе, можно сделать вывод о том, что с прекращением существования вынужденного вихря в вихревом струйном течении прекращается процесс энерго- и массоразделения, эффективность процесса энерго- и массоразделения достигает своего максимума при условии полностью сформировавшегося в вихревом струйном течении вынужденного вихря и при длине вихревого струйного течения равной длине вынужденного вихря, а наибольшее количество сконденсировавшейся среды, находящейся в свободном вихре, приходится на границу возникновения вынужденного вихря. Из данного вывода следует, что длина термотрансформатора должна быть равна длине вынужденного вихря, как это показано на рис. 9.29. [c.263]

При обтекании круглого цилиндра потенциальным потоком благодаря симметричному распределению давлений по поверхности цилиндра результирующая этих сил равна нулю (парадокс Даламбера). Следовательно, для этого случая = 0. Можно доказать, что во всех случаях безотрывного обтекания цилиндрических тел потенциальным потоком сопротивление давления равно нулю. Однако при отрывном обтекании, когда за телом образуется мертвая зона или суперкавитационная каверна (см. п. 10.2), теория потенциальных течений дает не равное нулю значение силы сопротивления давления. Так, в п. 7.12 было доказано, что при струйном обтекании пластины, поставленной нормально к потоку (см. рис. 7.30), коэффициент лобового сопротивления, являющегося в данном случае сопротивлением давления, равен 0,88. Это подтверждается опытом только в тех случаях, когда за обтекаемым телом действительнсГобразуется зона, заполненная парами или газом, в которой давление приблизительно постоянно, как это предусмотрено теорией. Но в большинстве случаев за обтекаемым телом образуется так называемый гидродинамический след, представляющий собой область, заполненную крупными вихрями, которые, взаимодействуя и диффундируя, постепенно сливаются и теряют индивидуальность. На достаточном расстоянии от тела (дальний след) образуется непрерывное распределение дефекта скоростей в потоке, близкое к распределению скоростей в струнном пограничном слое. Наличие вихрей в гидродинамическом следе приводит к понижению давления на тыльной части поверхности тела и соответствующему увеличению сопротивления давления, которое часто называют также вихревым сопротивлением. [c.391]

Рассмотрим пластинку АС (рис. 11.13), расположенную в потоке несжимаемой невязкой жидкости под некоторым углом атаки а к направлению скорости потока Ус,. Предположим, что течение характеризуется числом кавитации х, каверна заканчивается двумя односпиральными вихрями в точках и D, за которыми образуется тонкий вихревой след, монотонно сужающ,ийся к бесконечности. Обозначим V, —скорость на границе каверны, да = ф + ii] . — комплексный потенциал скорости течения, точка В — точка разветвления потока на пластинке. [c.83]

Сопоставляя приведенные данные, отметим, что в начальном участке вихревого следа происходит интенсивное дробление пленок и капель в дискретных вихрях, а затем реализуется частичная коагуляция капель. Одновременно осуществляется обмен каплями с ядром потока. Очевидно преимущество скругленных кромок большой толщины, обеспечивающих заметное уменьшение диаметров капель при Дкр>0,15. Влияние толщины и формы кромки на дисперсность в закромочном следе установлено в опытах Ю. И. Абрамова. Для решетки С-9012А было показано, что плоско срезанная кромка формирует капли максимальных размеров, а ступенчатая — минимальных. Однако, несмотря на активный процесс дробления за плоскосрезанной, ступенчатой и скругленной кромками, зрозионно-опасные капли в следе остаются при любой форме и размерах кромок. [c.112]

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]

Дженни, Олсон и Лендгриб [J.10] сравнили несколько методов расчета аэродинамических характеристик на режиме висения а) простые формулы с равномерной скоростью протекания и постоянным коэффициентом сопротивления, б) элементно-импульсную теорию, в) вихревую теорию Голдстейна — Локка, г) численное решение с неравномерной скоростью протекания без учета и с учетом поджатия следа (в последнем случае структура следа была заранее задана по экспериментальным данным). Обнаружилось, что классические методы и численное решение без учета поджатия следа завышают величину потребной мощности на висении, причем ошибка возрастает с увеличением нагрузки лопасти Сг/а (а также с увеличением концевого числа Маха и коэффициента заполнения и уменьшением крутки). Ошибки были объяснены тем, что не учтено под-жатие спутной струи или, другими словами, не принята во внимание действительная форма концевых вихрей. На нагрузку лопасти сильное влияние оказывает концевой вихрь, сходящий с предыдущей лопасти, т. е. нагрузка в значительной степени зависит от положения этого вихря по радиусу и вертикали относительно лопасти. Влияние вихря заключается в увеличении углов атаки внешних (для вихря) сечений лопасти и уменьшении углов атаки внутренных сечений. При умеренных (0,06 Ст/о 0,08) и больших нагрузках лопасти вихрь может вызвать срыв в концевой части, а значит, ограничить достижимую нагрузку концевой части и увеличить ее сопротивление, снизив тем самым эффективность несущего винта. Так как в концевой части лопасти нагрузка максимальна, аэродинамические характеристики винта в сильной степени зависят от характера обтекания концевых частей, а следовательно, от небольших изменений положения вихря (а также изменений профиля и формы лопасти в плане). Эффекты сжимаемости тоже играют важную роль, так как число Маха на конце лопасти максимально. Если бы сжимаемость воздуха и срыв не сказывались, влияние концевых вихрей на распределение нагрузки было бы еще сильнее, но эти факторы действуют взаимно исключающим образом. Если поджатием следа пренебречь, то все сечения лопасти становятся внутренними для вихря и он нигде не увеличивает углов атаки. При использовании схемы распределенной по следу завихренности или даже более простых схем влияние концевых вихрей вообще нельзя оценить. Таким образом, уточнение формы следа является решающим моментом в усовершенствовании методов расчета амодинами-ческих характеристик винта на режиме висения. Положение концевого вихря по радиусу и вертикали относительно следующей лопасти, к которой он подходит очень близко, имеет [c.99]

Хейсон [Н.71] исследовал влияние земли при полете вертолета вперед на основе схемы активного диска с вихревым следом, вводя отраженную систему вихрей под поверхностью земли. Он установил, что воздушная подушка всегда уменьшает требуемую мощность, но при полете вперед этот эффект ослабевает с высотой быстрее, чем на режиме висения. Влияние земли уменьшается и с ростом скорости полета, причем наиболее сильно изменение скорости сказывается в диапазоне 1,5 V/vb 2,0. Хейсон нашел также, что на малых высотах увеличение мощности, вызванное ослаблением влияния земли с ростом скорости, происходит быстрее, чем уменьшение мощности вследствие обычного уменьшения индуктивной скорости при полете вперед. Поэтому в конечном счете требуемая мощность вблизи земли должна возрастать с увеличением скорости от нуля (см. рис. 4.8) ). [c.153]

Если лопасть несущего винта совершает п колебаний за оборот, то частота ее колебаний m равна nQ, где Q — угловая скорость вращения винта. Поскольку при этом скорость набегающего на сечение потока равна Qr, а полухорда — с/2, для приведенной частоты получаем выражение k = n jlr. В случае винтов с лопастями большого удлинения приближенно можно принять k 0,05n. Для низких гармоник, когда приведенная частота мала, функция уменьшения подъемной силы близка к 1. Так, для первой гармоники вихревой след уменьшает подъемную силу примерно на 5%. Поэтому пренебрежение влиянием следа и другими нестационарными эффектами при выполненном в предыдущих главах анализе аэродинамических коэффициентов несущего винта и махового движения вполне оправдано. Однако для высших гармоник приведенная частота довольно велика, и влияние следя поперечных вихрей необходимо принимать во внимание при точном расчете нагрузок. [c.441]

В работе [D.14] показано, что расчет подъемной силы и момента при высоких частотах может быть уточнен, если вихревой след, соответствующий нескольким первым дискретным элементам сетки, представить в виде непрерывного слоя вихрей (рис. 10.8). Были подсчитаны нагрузки для такой модели и проведено их сравнение с теоретическими нагрузками, определяемыми функцией Теодорсена. Этот расчет не соответствовал [c.447]

Таким образом, изменение общего шага дает те же нагрузки, что у эквивалентного однолопастиого винта с расстоянием между вихревыми следами йэкв = /г и относительной частотой ( o/Q) экв = со/Л/й. Отметим, что у однолопастного винта сдвиг по фазе между интенсивностями соседних слоев вихрей зависит лишь от одного параметра (w/Q), тогда как у Л/-лопастного винта —от двух параметров (Дг)) и w/Q). Поэтому интенсивность всех слоев будет изменяться в одной и той же фазе [при целочисленной величине ( o/Q) экв] только в том случае, когда колебательное изменение общего шага лопастей будет происходить с частотой, кратной NQ. Для безреакционной формы (Л//2-я форма, которая, как показано в разд. 8.4.1, может существовать лишь при четном числе лопастей) последовательные лопасти движутся одинаково, но в противоположных направлениях. Это соответствует сдвигу по фазе на 180°, так что, полагая Аг)з = я(й/(о), получим [c.461]

Этот же результат можно получить по теории Лоуи, если при использовании бесселевых функций сохранить лишь члены нулевого порядка относительно k. Миллер показал, что такие аппроксимации достаточно хорошо описывают функцию Лоуи при k 0,5 для любых расстояний между вихревыми поверхностями. Наибольшая погрешность имеет место в представлении мнимой части (т. е. в сдвиге фаз) при малых h/b. Отсюда был сделан вывод, что теория несущей линии удовлетворительно описывает вли-яние повторных приближений к лопасти как поперечных, так и продольных вихрей, и только ближний вихревой след лопасти требует специального рассмотрения. [c.468]

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]

Таким образом, расчет неоднородного поля KOpo xefi протекания основывается на определении скоростей, индуцируемых дискретным элементом вихревой пелены. Ниже дается вывод формул для скоростей, индуцируемых вихревой линией или поверхностью. Прежде всего будет рассмотрена прямолинейная вихревая нить, что позволит изучить ряд общих черт поля индуцируемых вихрями скоростей. Вихревая нитв конечной интенсивности представляет собой предельный случай, когда поле вихрей конечной суммарной интенсивности сконцентрировано в трубке бесконечно малого поперечного сечения. Вблизи вихревой нити поле скоростей имеет особенность, причем скорости стремятся к бвсконечности обратно пропорционально расстоянию до нити. В реальной жидкости вследствие влияния вязкости эта особенность отсутствует, ибо диффузия вихрей превращает нить в трубку малого, но конечного поперечного сечения, называемую ядром вихря. Скорость принимает максимальные значения на некотором расстоянии от оси вихревой трубки, которое можно принять в качестве радиуса ее ядра. Поскольку лопасти несущего винта часто проходят очень близко к концевым вихрям от впереди идущих лопастей, ядро вихря играет важную роль в создании индуктивных скоростей на лопастях несущего винта, и существование такого ядра следует учитывать при описании распределения вызываемой винтом завихренности. Радиус ядра концевого вихря составляет примерно 10% длины хорды лопасти. Экспериментальных данных о размерах ядра концевого вихря очень мало, особенно для случая вращающейся лопасти. [c.489]

Вибрации вертолета с частотами, кратными NQ, вызваны высшими гармониками нагрузок на несущем винте. Источники этих нагрузок — след винта и эффекты срыва и сжимаемости на больших скоростях полета. На режиме висения вибрации вер-— толета невелики вследствие почти полной осевой симметрии его обтекания. Единственным возбудителем высокочастотных гармоник нагрузок является небольшая асимметрия, вносимая влиянием фюзеляжа и других винтов. На малых скоростях полета (при 0,1) обычно наблюдается резкое увеличение вибраций, обусловленное большой неравномерностью поля индуктивных скоростей. Аэродинамическое сопротивление вертолета на малых скоростях невелико, поэтому наклон ПКЛ также мал, и концевые вихри лопастей остаются вблизи диска винта. Характеристика режима полета все же достаточно велика, поэтому лопасти проходят вблизи концевых вихрей предшествующих лопастей. Такое взаимодействие вихрей и лопастей приводит к сильному росту высших гармоник аэродинамических нагрузок, которые передаются через втулку и создают вибрации. Вибрации вообще увеличиваются в случаях, когда вихревая система находится вблизи диска винта, например на режимах торможения или снижения. Для увеличения скорости полета ПКЛ наклоняется вперед, что создает пропульсивную силу при этом вихри уносятся потоком от диска винта, и вибрации, вызванные влиянием вихрей, уменьшаются. На больших скоростях полета вибрации вновь возрастают в основном в результате увеличения высших гармоник нагрузок, вызванного эффектами срыва и сжимаемости. Максимальная скорость полета вертолета часто ограничивается именно этими вибрациями. [c.638]

СИЛОЙ, которая, согласно нестационарной теории профиля, в свою очередь зависит от движения лопасти и величины циркуляции. Поэтому уравнение махового движения лопасти позволяет связать коэффициенты гармоник циркуляции с коэффициентами махового движения, что замыкает определяющую их систему уравнений. Решение ищется методом последовательных приближений, а индуктивные скорости подсчитываются при заданной циркуляции. После этого вычисляются коэффициенты гармоник нагрузки и махового движения, что позволяет уточнить циркуляцию. Процедура повторяется до достижения сходимости приближений. Поскольку высшие гармоники индуктивных скоростей в основном зависят от структуры вихревого следа, в качестве первого приближения можно использовать среднее для заданной силы тяги значение циркуляции. Миллер обнаружил, что гармоники нагрузок сильно зависят от шага винтовых поверхностей, и предположил, что для расчета влияния концевого вихря, приближающегося к лопасти, требуются нелинейная вихревая теория и представление лопасти несущей поверхностью. Он ввел также концепцию полужесткого следа, каждый элемент которого имеет вертикальную скорость, равную скорости протекания в соответствующей точке диска винта в момент схода этого элемента с лопасти. [c.665]

В теории винта для описания вихревого. следа используется ряд моделей. Модель следа, все элементы которого переносятся с одной и той же средней скоростью, называется линейной или жесткой. Если входящая в состав скорости переноса каждого элемента индуктивная скорость берется равной ее значению в точке диска винта в момент схода этого элемента, то получающийся след называется полу-жестким. Возможно, что после того, как угол ф превысит 2n/N (т. е. элемент вихря приблизится к следующей лопасти), было бы точнее вводить в состав скорости переноса среднюю по диску винта индуктивную скорость. Если каждый элемент вихря переносится с местной скоростью потока, в которую входит индуктивная скорость, вызываемая самим следом, то след деформируется (относительно идеализированного линейного следа), и тогда его называют свободным или нежестким. Деформация следа может быть определена как расчетом, так и экспериментально. При использовании в расчетах формы вихрей, взятой из эксперимента, часто говорят, что модель вихрей имеет предписанную форму. [c.673]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...