Срыв потока на лопастях винта

Устойчивость и управляемость 1в. Срыв потока на лопастях винта 17. Шум вертолета [c.502]

Срыв потока на лопастях винта [c.792]

У вертолетов некоторых типов для предотвращения срыва потока на лопасти создание части подъемной силы перекладывается с несущего винта на крыло. [c.205]

После отказа двигателя вращение несущего винта замедляется, так как единственным источником энергии для покрытия профильных и индуктивных потерь до начала снижения вертолета является кинетическая энергия несущего винта. По мере возрастания скорости снижения увеличивается скорость протекания потока через диск винта следовательно, увеличиваются углы атаки лопастей. В принципе вертолет может достичь установившейся скорости снижения, при которой увеличение угла атаки будет компенсировать уменьшение частоты вращения винта и поддерживать величину силы тяги, равную полетному весу. Однако срыв кладет предел увеличению угла атаки, а кинетическую энергию винта необходимо сохранить для конечного этапа посадки. При срыве потока на несущем винте поддерживать установившееся снижение невозможно. Поэтому для обеспечения небольших углов атаки лопастей и поддержания частоты вращения несущего винта при переходе на [c.307]

Хлопки лопастей представляют собой импульсные возмущения звукового давления, происходящие с частотой прохождения лопастей NQ. Воспринимаемый как звуки периодических ударов, такой шум доминирует над всеми остальными источниками шума и ощущается как весьма неприятный. Хлопки лопастей повышают общий уровень шума вследствие увеличения его спектра в широком диапазоне высоких частот, а импульсный характер хлопков усиливает беспокоящее действие шума. Хлопки лопастей можно рассматривать как предельный случай шума вращения, что обнаруживают зависимости звукового давления от времени, демонстрирующие резкие импульсы. Причиной хлопков лопастей может быть любое аэродинамическое явление, при котором происходят быстрые изменения нагрузки на лопасти, такие, как влияние сжимаемости и толщины конца лопасти, пересечение лопастями вихрей следа, а возможно, и срыв потока на лопасти. Возникновение хлопков лопастей зависит от конструктивных параметров и режима работы винта. При больших концевых скоростях или больших скоростях полета основными причинами хлопков являются, по-видимому, сжимаемость воздуха и влияние толщины лопасти. В тех случаях, когда лопасти подходят близко к вихревым следам своего или соседнего винта, важной причиной хлопков лопастей становится взаимодействие их с вихрями. [c.865]

Как и в случае самолета, максимальная скорость вертолета в горизонтальном полете ограничена располагаемой мощностью, но для винтокрылого летательного аппарата имеется и целый ряд других ограничений скорости, обусловленных, в частности, эффектами срыва, сжимаемости и аэроупругости. Основным ограничением для многих современных вертолетов является срыв потока на отстающей лопасти, приводящий на больших скоростях полета к резкому увеличению нагрузок на несущий винт и систему управления и росту вибраций вертолета. Вследствие этого расчетная крейсерская скорость вертолета без вспомогательных движителей при современном уровне развития техники лежит в пределах 280—370 км/ч. Для достижения более высоких скоростей требуется либо улучшение аэродинамики несущего винта и фюзеляжа, либо существенное изменение конфигурации вертолета. [c.304]

Для того чтобы вывести несущий винт лз режима срыва, необходимо уменьшить общий шаг несущего р (. цд. срыв потока с лопасти на боль-винта и уменьшить скорость ших углах атаки [c.121]

На указанных скоростях эксплуатировать вертолет не рекомендуется по условиям прочности несущего винта и по срыву потока с концов лопастей. [c.74]

Взаимное аэродинамическое влияние несущих винтов на вертолете продольной схемы вызывает ряд нежелательных эффектов с точки зрения управляемости. Часто возникает неустойчивость по скорости. Каждый несущий винт имеет собственную устойчивость по скорости, однако изменение тяги заднего винта при попадании его в струю от переднего создает дестабилизирующий момент. При увеличении скорости индуктивный скос потока от переднего винта уменьшается, следовательно, уменьшается и скос потока от заднего винта (из. в/п. в 2оп. в). В результате увеличивается тяга заднего винта и появляется момент на пикирование, что соответствует неустойчивости по скорости. Поскольку эта неустойчивость из-за изменений тяг несущих винтов велика, вертолет в целом может быть нейтрален по скорости. Задний винт ближе к срыву вследствие индуктивного влияния переднего винта, поэтому неустойчивость по скорости уменьшается при больших нагрузках на винты. Устойчивость по скорости может быть улучшена с помощью встречного продольного наклона осей несущих винтов или автоматов перекоса, при котором плоскости концов лопастей наклоняются друг к другу. Изменение тяги вследствие изменений составляющих скорости вертолета вдоль осей винтов создает момент на кабрирование, что увеличивает устойчивость по скорости. Эффективность встречного наклона осей несколько уменьшается из-за большего балансировочного значения общего шага на заднем винте при большем наклоне вала. Величина допустимого встречного наклона осей винтов ограничена также взаимным влиянием винтов и фюзеляжа. [c.771]

Экспериментальные исследования динамического срыва обычно проводятся как н.а винтах, так и на крыльях в плоскопараллельном потоке. В последнем случае применяются установки, позволяющие производить периодические изменения угла атаки крыла, установленного в аэродинамической трубе. Среднее значение и амплитуда изменения угла атаки, а также частота колебаний выбираются таким образом, чтобы они соответствовали условиям работы сечения лопасти винта. При этом среднее значение и амплитуда колебаний угла атаки должны быть достаточно велики и близки по величине. Частота колебаний должна соответствовать частоте вращения винта (одно колебание за один оборот винта). Установка должна обеспечивать возможность измерения давлений, нагрузок в сечении и других параметров в течение цикла колебаний. Иллюстративный пример экспериментальных аэродинамических характеристик профиля колеблющегося крыла показан на рис. 16.2 (на самом деле экспериментальные данные характеризуются большим разбросом величин нагрузки при уменьшении угла атаки). Приведенные кривые свидетельствуют о том, что срыв при больших скоростях увеличения угла атаки сильно затягивается, а нагрузки значительно превышают статические. Как видим, имеет место гистерезис изменения нестационарных нагрузок, поскольку подъемная сила и момент зависят не только от текущего значения угла атаки, но и от истории движения профиля. [c.800]

На висении поток через диск направлен вниз, а при авторотации— вверх. Вследствие изменения направления потока при переходе от висения к авторотации углы атаки сечений увеличиваются, если после отказа двигателей на висении общий шаг винта не изменяется. Избыток тормозящего аэродинамического момента уменьшает угловую скорость винта. Кроме того, расширяется зона срыва, вследствие чего снижается подъемная сила лопасти и увеличивается ее сопротивление. Уменьшение подъемной силы требует увеличения ускоряющего момента, а рост сопротивления увеличивает тормозящий момент. Следовательно, авторотация винта с большой зоной срыва может оказаться невозможной. Чтобы избежать чрезмерного увеличения зоны срыва и снижения угловой скорости вращения винта, необходимо как можно быстрее уменьшить углы установки лопастей после отказа двигателей. Обычно оптимальным общим шагом для авторотации является малый положительный угол, при котором можно поддерживать нормальную величину частоты вращения винта. Если большой зоны срыва нет, то скорость снижения слабо зависит от общего шага и частоты вращения [c.119]

Максимальное значение (л, при котором полет вертолета возможен, зависит от ряда факторов. При увеличении (х ухудшается аэроупругая устойчивость, возрастают нагрузки на лопасть и систему управления из-за асимметрии обтекания, а аэродинамическая эффективность несущего винта и его способность создавать пропульсивную силу снижаются. Срыв потока на отсту- [c.305]

Однако уменьшение числа оборотов ограничивается увеличением а при уменьшении числа оборотов и вероятностью срыва потока с лопастей и необходимостью иметь некоторый запас числа оборотов несушего винта против значения числа оборотов, потребных для безопасного перехода на режим самовращення винта в случае внезапного отказа двигателя. [c.128]

Окружная скорость вращения несущего винта aR выбирает-я из условия, чтобы несущий винт на режиме висения имел юстаточно высокий относительный КПД т)о и чтобы на макси-1альной скорости полета не было срыва потока на отступаю-цей (идущей по потоку) лопасти, а также явлений сжимаемо-ти на наступающей лопасти. Для тяжелых вертолетов (oR бычно составляет 220—230 м/с, для средних 200—210 м/с и 1ЛЯ легких вертолетов 180—200 м/с. При выбранных значени- х р и ti)R можно легко определить коэффициент тяги несущего инта Ст [c.259]

Тэннер [Т.13] разработал метод расчета характеристик на основе теории работы [G.62], Сделаны следующие предположения каждое сечение лопасти обтекается двумерным стационарным потоком, распределение индуктивных скоростей равномерное, влиянием радиального течения можно пренебречь, лопасть совершает только маховое движение как твердое тело вокруг оси отнесенного ГШ. Предположения о малости углов не делалось. Влияние срыва и сжимаемости учитывалось в аэродинами ческих характеристиках сечений. Уравнение махового движения численно интегрируется до тех пор, пока не будет получено установившееся периодическое решение. После этого интегрированием элементарных сил, действующих на лопасть, определяются силы и мощность несущего винта. Этим методом были получены [Т.14, Т.-15] графики и таблицы аэродинамических характеристик несущих винтов ля заданных величин характеристики режима работы винта (0,25 ц 1,40), крутки (0кр = О, —4 и —8°) и концевого числа Маха (0,7 Mi, до 0,9). Более подробно результаты Тэннера рассмотрены в гл. 6. [c.261]

Основными параметрами несущего винта, подлежащими выбору на стадии предварительного проектирования, являются нагрузка на ометаемую поверхность, концевая скорость и коэффициент заполнения. Для заданной полетной массы нагрузка на ометаемую поверхность определяет радиус несущего винта. Нагрузка является также основным фактором, от которого зависит потребная мощность, в частности индуктивная мощность на режиме висения. Нагрузка влияет на скорость скоса потока и скорость снижения на режиме авторотации. Концевая скорость выбирается с учетом явлений срыва и сжимаемости. Высокая концевая скорость приводит к увеличению числа Маха на наступающей лопасти, а следовательно, к увеличению профильных потерь мощности, нагрузки на лопасть, вибраций и шума. Низкая концевая скорость ведет к увеличению угла атаки на отстающей лопасти, при котором начинается недопустимый рост профильных потерь мощности, нагрузок в проводке управления к вибраций вследствие срыва. Таким образом, существует ограниченный диапазон приемлемых концевых скоростей, который сужается по мере увеличения скорости полета вертолета (см. разд. 7.4). Если радиус винта задан, то концевая скорость определяет угловую скорость вращения винта. Высокая угловая скорость обеспечивает хорошие характеристики авторотацни и низкий крутящий момент (и, следовательно, малую массу трансмиссии). Коэффициент заполнения и соответственно площадь лопасти определяются ограничениями нагрузки на ометаемую поверхность из-за срыва. Пределы, ограничивающие эксплуатационное значение коэффициента подъемной силы, а следовательно, и Ст/а, требуют некоторого минимального значения (QR) A для заданной полетной массы. Масса несущего винта и профильные потери возрастают с увеличением хорды лопасти, поэтому выбирается наименьшая площадь лопасти, удовлетворяющая ограничениям по срыву. Такие параметры, как крутка лопасти, ее форма в плане, число и профиль лопастей, выбираются из соображений оптимизации аэродинамических характеристик винта. Окончательный выбор является компромиссным для различных рассматриваемых эксплуатационных режимов вертолета. В процессе предварительного проектирования исполь- [c.302]

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]

На режиме висения обтекание винта осесимметрично, и зона срыва (если не учитывать движение лопастей и нестационар-ность аэродинамических характеристик) имеет форму кольца. Причина этого состоит в том, что с ростом силы тяги винта углы атаки более всего увеличиваются в концевых сечениях лопасти,, так как увеличение индуктивных скоростей с силой тяги оказывает там наименьшее влияние. Поэтому на режиме висения срыв раньше всего наступает на концевых участках лопасти. На режиме авторотации, когда средняя скорость протекания потока через диск направлена вверх, максимальны углы атаки комлевых сечений. Поэтому можно ожидать, что на авторотирующем винте срыв раньше всего наступит у комля лопасти. Если срыв сначала наступает лишь в одном сечении лопасти, это означает, что вблизи границы летных режимов остальная часть лопасти несет меньше своих возможностей. Поэтому аэродинамические характеристики винта улучшаются, если при большом нагружении лопасти углы атаки сечений мало меняются по размаху. Такое распределение углов атаки харак- [c.796]

В работе [L.72] путем направления потока воздуха на диск винта, работающего на режиме висения, имитировалось поле скоростей вихря, взаимодействующего с лопастью. При этом исследовались случаи вихря, параллельного лопасти (что соответствует вертолету продольной схемы), и вихря, перпендикулярного лопасти (случай вертолета одновинтовой схемы). Установлено, что как по спектрам шума, так и по зависимостям от времени такое моделирование хорошо отражает основные черты возникающих в полетах хлопков лопастей. Сделан вывод, что причиной хлопков лопастей является взаимодействие лопастей с концевыми вихрями движущихся перед ними лопастей или винтов. Эксперименты по моделированию хлопков и теория, развитая для оценки шума от них, показали, что уровень звукового давления пропорционален четвертой степени концевой скорости и квадрату интенсивности вихря, т. е. (Q7 )Продолжение исследований [L.58] предполагаемых механизмов возникновения хлопков (нестационарные нагрузки, обусловленные срывом или взаимодействием лопасти с вихрем, а также образование ударных волн в местных сверхзвуковых зонах при больших концевых скоростях или в вихревых зонах) показало, что наиболее вероятным является взаимодействие вихря с лопастью. Поскольку интенсивность Г концевого вихря пропорциональна T/pNQR , энергия шума, вызванного взаимодействием лопасти с вихрем, определялась соотношениями Wв [ QRYT ]/N A. Найдено, что величина Wb хорошо отражает субъективную оценку силы хлопка. Автор продолжил эти исследования [L.61], [c.866]

Увеличение скорости вращения винта, которое могло бы несколько оттянуть возникновение срыва потока, ограничено возникновением волнового сопротивления, появляющегося вследствие приближения к звуковой скорости на концах лопастей, которое в свою очередь усугубляет нееимметрию условий их обтекания (рис. 45). [c.55]

В азимуте ф = 270° конец лопасти резко теряет подъемную силу одновременно здесь же имеет место сильное возрастание сопроти вления, неравномерность аэродинамических сил резко увеличи вается, в результате чего вертолет подвергается сильным вибрациям Кроме того, на несущем винте возникает кренящий момент, кото рый стремится опрокинуть вертолет на бок, в сторону лопасти, иду щей назад. С р,остом скорости срыв потока распространяется по всей поверхности, ометаемой винтом при вращении, вертолет теряет управляемость и начинает совершать беспорядочные движения. [c.121]

На рис. 120 отмечена зона, ограниченная пунктирной кривой у внешней части поверхности, ометаемой винтом при вращении, где лопасти попадают в условия срыва потока. [c.122]

Т. е. Up = V - - V и 7- = 2 . Из предположения о малой нагрузке на диск несущего винта вертолета следует, что коэффициент протекания = (У + мал (по импульсной теории типичное значение этого коэффициента на режиме ви-сения составляет 0,05—0,07). Тогда отношение UpJut — V + v)/ Qr) — XR/г тоже мало везде, кроме корневой части лопасти, где мал скоростной напор и нагрузками всегда можно пренебречь. Таким образом, для несущих винтов вертолетов приемлемо предположение о малости углов ф, 6, а, т. е. условие ф, 6, а <С 1. Отсюда следует, что ф ыр/ыу, созф 1, sin ф ф и t/ Uj. Другое предположение состояло в том, что эффектами срыва и сжимаемости можно пренебречь, так что коэффициент подъемной силы является линейной функцией угла атаки, т. е. i = аа. Здесь а — градиент подъемной силы по углу атаки для профиля в двумерном потоке (с учетом реальных свойств воздуха обычно полагают а = 5,7), Тогда формулы сил, действующих в сечении лопасти, принимают вид [c.64]

В работе [К-42] приведены графики аэродинамических характеристик вертолета при полете вперед, основанные на численном определении нагрузок винта и махового движения. При выполнении расчетов не использовано предположение о малости углов, учтено влияние срыва, сжимаемости воздуха и зоны обратного обтекания, а в качестве характеристик сечений лопасти взяты экспериментальные аэродинамические коэффициенты профиля (NA A 0012) в стационарном потоке. Распределение индуктивных скоростей предполагалось равномерным, эффекты радиального течения и динамического срыва не учитывались. Расчеты были выполнены для винта с прямоугольными в плане линейно-закрученными лопастями при следующих значениях параметров коэффициент заполнения а — 0,062 (рассмотрено введение поправки на заполнение), массовая характеристика лопасти V = 7,6, неоперенная часть до го = 0,2, коэффициент концевых потерь В = 0,97, относ горизонтальных шарниров [c.293]

В дальнейшем эти вопросы изучались в ряде работ Н. С. Аржани-кова (1928), Я. И. Секерж-Зеньковича (1934), П. В. Мясникова (1937), М. А. Лаврентьева (1938). Неоднозначность решения струйной задачи с застойной областью была изучена еще С. А. Чаплыгиным в 1899 г. Расчеты суперкавитирующих винтов, лопасти которых обтекались потоком со срывом струй, рассматривались В. Л. Поздюниным (1943—1944). Такие винты могут работать на повышенных оборотах, что может оказаться ценным с практической точки зрения. [c.40]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...