Особенности аэродинамики рулевого винта

Рулевые винты устанавливаются только на одновинтовых вертолетах с механическим приводом НВ. Вращение РВ осуществляется от главного редуктора с помощью трансмиссионных валов через промежуточный и хвостовой редукторы. Таким образом, для привода РВ производится отбор мощности силовой установки, составляющей для вертолета Ми-8 от 6,5 до 9,5% эффективной мощности двигателей.

На висении в штиль РВ работает в режиме осевого обтекания, а в поступательном полете и при висении с ветром - в режиме косого обтекания. Лопасти РВ имеют осевые шарниры, обеспечивавшие изменение его общего шага, и горизонтальные шарниры, благодаря которым лопасти могут совершать маховые движения относительно плоскости вращения. Следовательно, как и у НВ, при косой обдувке образуется завал оси конуса вращения и полной аэродинамической силы РВ - возникают продольная и боковая силы.

В практической аэродинамике принято учитывать только силу тяги Трв , направленную по оси вала РВ. Продольной и боковой силами вследствие их малости обычно пренебрегают. Кроме тяги РВ создает реактивный момент, причиной возникновения которого является действие сил сопротивления лопастей. Сила тяги РВ определяется по формуле основного закона сопротивления воздуха:

Трв = 0,5 Срв(ωR)²Fрв ,

где Срв - коэффициент тяги РВ. Он характеризует аэродинамические свойства РВ, его геометрические характеристики. Изменяется в зависимости от углов установки лопастей _РВ (рис. 13), а при посто­янном значении _РВ от - от углов атаки элементов.

_РВ

_РВ

Рис. 13 Зависимость коэффициента тяги РВ от шага РВ

При перемещениях и вращении вертолета, изменении скорости продольной и боковой обдувки тяга НB при фиксированном шаге изменяется. При увеличении скорости поступательного движения или на режиме висения со встречным ветром тяга РB увеличивается вследст­вие усиления эффекта косого обтекания РВ. Например, при разгоне скорости на взлете вертолет разворачивается вправо, требуется отклонение левой педали. Наоборот, при торможении перед зависанием вертолет под действием реактивного момента НВ разворачивается влево. Требуется отклонение правой педали вперед.

Висение рекомендуется выполнять против ветра, так как в этом случае положение вертолета более устойчиво, и обеспечиваются наибольшие запасы по мощности и путевому управлению. Более сложным по технике пилотирования является выполнение висения в условиях порывистого ветра, особенно бокового и попутного, так как затрудняется выдерживание путевого равновесия.

Боковой ветер слева (рис.14). РВ работает в осевом потоке (подоб­но НВ при вертикальном подъеме). При увеличении скорости ветра слева уменьшаются углы атаки элементов лопастей РВ при фиксированном положении педалей, падает тяга РВ,

Рис.14. Работа РВ при висении с ветром слева

уменьшается момент рыскания от тяги РВ М_ур. Под действием неурав­новешенного реактивного момента НВ вертолет, подобно флюгеру, разворачивается влево (носом против ветра). Для удержания вертолета по курсу пилот должен увеличить углы установки рулевого винта, т.е. переместить вперед правую педаль. При этом, несмотря на увели­чение углов _РВ углы атаки изменяются незначительно и, следова­тельно, мощность на вращение РВ сохраняется неизменной - заметного увеличения частоты вращения и мощности турбокомпрессоров не проис­ходит.

лопастей РВ увеличиваются, что должно приводить к росту силы тяги РВ. Однако рост тяги при фиксированном положении педалей наблюдается лишь при малых значениях скорости ветра,не превышающих 5 м/с, и когда вертолет облегчен (малы балансировочные значения _РВ ). При этом вертолет разворачивается, подобно флюгеру, вправо (носом против ветра).

При больших скоростях ветра, близких к максимально допустимым, при углах _РВ более 15° картина обтекания РВ заметно меняется. Тяга РВ начинает резко уменьшаться, так как углы атаки корневых сечений лопастей становятся закритическими, на концах лопастей развивается вихревое кольцо. Следовательно, потери тяги рулевого винта, вызванные вихреобразованием, резко возрастают. Падение тяги сопровождается резким увеличением потребной мощности на вращение РВ. Под действием неуравновешенного реактивного момента НВ вертолет разворачивается влево, т.е. хвостом на ветер. Для удержания верто­лета по курсу требуется отклонение правой педали вперед.

"Расход" правой педали особенно возрастает при висении с предельной массой и увеличении высоты висения относительно уровня моря, так как по мере уменьшения плотности воздуха для сохранения тяги РВ возрастают потребные углы установки лопастей. На определенной высоте при силь­ном ветре справа правая педаль может отклоняться вперед до упора. Вертолет становится неуправляемым.

Влияние интерференции (рис.16). Иинтерференция - аэродинамическое взаимовлияние НВ, РВ и планера вертолета в условиях ветра, особенно вблизи земли. Это явление объясняется следующим. Рулевой винт работает вблизи вихревого по­тока НВ, и в некоторых случаях попадает в этот поток. Происходит наложение вихрей, образуемых НВ и РВ. При наличии ветра на висении вихревая система НВ сворачивается в четко выраженные вихревые шнуры

 

Рис.16. Возникновение интерференции между несущим и рулевым винтом

 

 

При встречно-боковом ветре или развороте на висении РВ попадает в область завихрения потока от НВ. При этом направление вращения вихрей НВ совпадает с направлением движения лопастей РВ (верхние лопасти движутся вперед по полету).

Следовательно, относительные скорости обтекания лопастей РВ уменьшаются. При угле ветра справа ~45° осевая обдувка РВ, "набегающего" на хвостовую балку, усили­вается потоком от НВ. Наблюдается дополнительное уменьшение силы тяги PВ.

При висении вблизи земли наблюдается более резкий "провал" тяги РВ по сравнению с условиями висения вдали от земли. Это объясня­ется усилением отрицательного влияния планера на работу РВ. Интерференция вблизи земли в условиях ветра имеет сложную картину и не поддается пока четкому физическому объяснению. Поэтому необходимо уяснить сам факт уменьшения силы тяги РВ при боковом ветре, вызванный уменьшением углов атаки лопастей РВ при ветре слева, а при ветре справа - явлениями срыва потока и вихревого кольца. Из-за влияния интерференции эффективность путевого управления дополнительно снижается , т.е. увеличиваются потребные отклонения правой педали вперед.

Необходимо особо отметить связь между запасами путевого управления и частотой вращения несущего винта n_н. Известно, что реактив­ный момент НВ обратно пропорционален n_н :

М_н=7030 , [H·м]

 

Из формулы следует, что в случае падения частоты вращения НБ увеличивается его реактивный момент. В то же время из-за наличия кинематической связи между НВ и РВ падает частота вращения РВ и, следовательно, тяга РВ. Требуется увеличить установочные углы лопастей РВ.

Таким образом, уменьшение частоты вращения НВ сопровождается снижением запасов путевого управления. В случае падения частоты вращения НВ на режиме висения вертолета возможна постановка пра­вой педали на упор. Вертолет начнет вращение влево с увеличением угловой скорости.

Выводы:

1. При выполнении висения в экстремальных условиях (предельная полетная масса, высокогорная площадка, высокие температуры наруж­ного воздуха, турбулентность) нельзя допускать уменьшения частоты вращения НВ ниже номинальной, чтобы не израсходовать запас путево­го управления.

2. Сильный боковой ветер, энергичные перемещения вбок и разво­роты вертолета на висении значительно уменьшают тягу РВ. В связи с этим Руководством по летной эксплуатации вертолета Ми-8 установ­лены ограничения по скорости бокового ветра у земли и в горах,

полетной массы, угловой скорости разворота.

3. Примечание: дополнительные сведения о характеристиках и аэродинамике рулевого винта вертолета МИ-8 содержатся в конспекте лекций «Основы аэродинамики НВ, рулевого винта и планера вертолета».

Контрольные вопросы

1. Каково назначение рулевого винта?

2. Перечислить основные технические характеристики РВ.

3. Объяснить схему путевого равновесия вертолета. Назвать причи­ны нарушения данного равновесия.

4. Перечислить факторы, влияющие на силу тяги РВ.

5. Какое влияние на тягу РВ оказывает боковой ветер справа? слева?

6. Что такое интерференция? Каково ее влияние на эффективность работы РВ?

7. При каких условиях возможны потеря эффективности путевого управления, неуправляемое вращение вертолета?

8. Назвать основные ограничения, связанные с аэродинамикой РВ.

 

.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 652; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!