Влияние крутки лопасти на характеристики несущего винта вертолета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Влияние крутки лопасти на характеристики несущего винта вертолета

Проскурин В. Д., канд. техн. наук, доцент Оренбургский государственный университет

Лопасти несущих винтов вертолетов имеют отрицательную крутку, при которой углы установки профилей поперечных сечений уменьшаются по длине лопасти от комлевой части к свободному концу. Наличие крутки существенно усложняет геометрию аэродинамических поверхностей лопасти и приводит к необходимости применения специальных технологических методов ее обеспечения. Для упрощения конструкции лопасти и повышения ее технологичности обычно задают крутку, которая представляется линейной зависимостью угла установки профиля поперечного сечения ц от относительного радиуса r. В качестве примера на рисунке 1 представлена крутка лопасти несущего винта вертолета Ка-32. Углы крутки отсчитываются от положения профиля в расчетном сечении лопасти, расположенном на относительном радиусе 0,7 (сечение № 7 на рисунке 1). Угол установки профиля линейно уменьшается от 3°20' в комлевом сечении до минус 2°30' на конце лопасти.

Рисунок 1 - Крутка лопасти несущего винта вертолета Ка-32

Шаг винта, изменяемый путем поворота лопасти в осевом шарнире вокруг ее продольной оси, отсчитывается по углу установки профиля в расчетном сечении на относительном радиусе 0,7.

Крутка лопасти и шаг винта существенно влияют на характер распределения индуктивной скорости потока воздуха в плоскости вращения несущего винта. Расчет распределения индуктивной скорости выполняется при вычислении аэродинамических коэффициентов несущего винта с использованием компьютерной программы [1]. В программе крутка лопасти задается в виде непрерывной функции ц(r). Например, крутка, изображенная на рисунке 1, представляется линейной функцией

. (1)

Распределение индуктивной скорости по длине лопасти с линейной круткой при шаге винта 8° представлено на рисунке 2.

v, м/с

r

v - индуктивная скорость, r - относительный радиус.

Рисунок 2 - Распределение индуктивной скорости по длине лопасти с линейной круткой

При проектировочном расчете крутки лопастей рассматриваются два предельных случая. В первом случае в качестве исходного условия принимается получение постоянной величины коэффициента подъемной силы по длине лопасти, во втором - получение равномерного распределения индуктивной скорости в плоскости несущего винта. По результатам расчетов принимаются средние значения углов крутки ц(r).

Расчет крутки лопастей несущего винта вертолета Ка-32 с помощью разработанной компьютерной программы [2] дает результаты, представленные на рисунке 3.

ц, градус

r

Рисунок 3 - Крутка лопасти по результатам расчета

Зависимость углов установки профилей сечений лопасти ц от относительного радиуса r в этом случае может быть задана нелинейной функцией в форме интерполяционного полинома. Для этого в программе [1], разработанной в системе Mathcad, используются функции regress и interp. Фрагмент программы для задания крутки лопасти ц(r) имеет вид:

цreg:= regress(r1, цtab, 5)

ц(r):= interp(цreg, r1, цtab, r) , (2)

где r1 - матрица-столбец дискретных расчетных значений относительных радиусов;

цtab - матрица-столбец соответствующих значений углов крутки.

Расчет аэродинамических характеристик несущего винта, имеющего лопасти с нелинейной круткой, представленной на рисунке 3, дает следующие результаты.

Распределение индуктивной скорости в плоскости несущего винта становится более равномерным (рисунок 4). Уменьшение разности скоростей в соседних струйках снижает интенсивность вихреобразования и соответствующие энергетические потери.

v, м/с

r

v - индуктивная скорость, r - относительный радиус.

Рисунок 4 - Распределение индуктивной скорости по длине лопасти с нелинейной круткой

лопасть винт тяга

Нелинейная крутка лопастей несколько повышает коэффициент силы тяги CT несущего винта и снижает коэффициент крутящего момента mK (рисунок 5). Благодаря этому повышается относительный КПД несущего винта (рисунок 6), что в конечном итоге приводит к снижению потребной мощности, уменьшению расхода топлива и соответствующих эксплуатационных затрат.

Следует заметить, что при применении современных технологий производства с использованием твердотельного моделирования и систем числового программного управления усложнение геометрии лопастей не окажет существенного влияния на повышение стоимости их изготовления.

CT mK

ц07 ц07

1 - лопасти с линейной круткой; 2 - лопасти с нелинейной круткой

Рисунок 5 - Зависимость коэффициента силы тяги CT и коэффициента крутящего момента mK от шага винта ц07

з0

ц07

1 - лопасти с линейной круткой; 2 - лопасти с нелинейной круткой;

ц07 - шаг винта

Рисунок 6 - Относительный КПД з0 несущих винтов с различной круткой лопастей

Список литературы

1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014660175 Программа для расчета аэродинамических коэффициентов и относительного КПД несущего винта / Проскурин В. Д.; правообладатель ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». - № 2014617924 заявл. 08.08.14; опубл. 02.10.14 в Реестре программ для ЭВМ.

2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014660307 Программа для аэродинамического расчета лопасти несущего винта вертолета / Проскурин В. Д.; правообладатель ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет». - № 2014617892 заявл. 07.08.14; опубл. 06.10.14 в Реестре программ для ЭВМ.

Размещено на Allbest.ru