Сведения по аэродинамике вертолетов

Вертолет относится к летательным аппаратам, у которых подъемная сила созда­ется вращающимся элементом конструкции - несущим винтом вертолета. Вследствие этого подъем­ная сила на вертолете может создаваться и при отсутствии поступательного перемеще­ния.

Несущий винт вертолета выполняет следующие функции:

- создает подъемную силу (на самолете эту функцию в основном выполняет крыло);

- создает тягу (пропульсивную силу), преодолевающую силу сопротивления движению вертолета (на самолете эту функцию выполняет воздушный винт или реак­тивный двигатель);

- создает управляющие вертолетом моменты (на самолете эту функцию выпол­няют рули).

Несущий винт вертолета состоит из некоторого количества лопастей, закреплен­ных на валу винта. Лопасть несущего винта представляет собой, по-существу, крыло большого удлинения, набранное, как правило, из дозвуковых профилей. Лопасти не­сущего винта при работе совершают сложное движение: вращаются на валу, взмахива­ют в вертикальной плоскости, ускоряют или замедляют свое движение при постоянной угловой скорости вала винта, циклически изменяют угол установки и перемещаются вместе с вертолетом. В связи с этим структура обтекания элементов лопасти меняется в очень широких пределах.

В соответствии с многообразием и значительностью решаемых несущим винтом вертолета задач, с условиями его работы аэродинамика несущего винта вертолета крайне сложна, и в ряде случаев аэродинамику вертолета сводят к аэродинамике его несущего винта.

В отличие от самолетов вертолеты имеют ряд особенностей:

- они могут взлетать и набирать высоту без предварительного разбега, висеть в воздухе, перемещаться, в любом заданном направлении (независимо от ориен­тировки продольной оси корпуса), совершать вертикальный спуск и посадку;

- при отказе двигателя у вертолетов имеется возможность переходить на режим авторотации полета, позволяющий им совершать посадку либо по-самолетному, с планированием, либо по вертикали.

Перечисленные выше особенности сделали этот аппарат широко распространен­ным как в военной, так и в гражданской авиации

При отказе двигателей вертолет продолжает полет со снижением и осу­ществляет посадку на режиме авторотациивинта на неподготовленную площадку. Применяя резкое увеличение угла установки лопастей непосредственно перед посадкой, можно зна­чительно увеличить подъёмную силу и тем самым существенно уменьшить вертикальную ско­рость вертолета в момент посадки.

Благодаря возможности взлетать и садить­ся вертикально, вертолеты эксплуатируются с неболь­ших площадок. Способность неподвижно ви­сеть позволяет им производить погрузку и выгрузку грузов, не совершая посадки, а так­же выполнять сложные строительно-монтаж­ные операции.

Основные летно-технические характеристики: крей­серская скорость до 280 км/ч; максимальная ско­рость до 350 км/ч; дальность полета до 800 км; динамический потолокдо 6 км; статический потолокдо 3 км и более; полезная нагрузка составляет от 0.4 т для легких вертолетов и до 25 т для тяжелых [1ЭА].

Вертолеты классифицируются по следующим признакам (рис. В.1) [1ЭА]:

- по числу несущих винтов различают вертолеты одновинтовые, двух- и многовинтовые;

- по взаимному располо­жению несущих винтов (1) - одновинтовая схема; продольная схема (2), соосная схема (4), поперечная схема (3), схема с перекрещивающимися осями винтов (5);

Рис. В.1. Основные схемы вертолетов [1ЭА]

- по числу двигателей - одно-, двух- и многодвигательные;

- по типу привода НВ с механическим приводом от двигателя;

- по назначению - многоцелевые, транспортные, пассажирские, и др.;

- по взлетной массе или грузоподъёмности - сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые, сверхтяжелые; по типу взлётно-посадочных устройств - сухопутные и амфибии.

Академик Б.Н. Юрьев, ученик Н.Е. Жуковского, в 1909.. 1912 гг. спроектировал и построил вертолет одновинтовой схемы, которая до сих пор является наиболее широ­ко применяемой компоновочной схемой вертолета. Им же был предложен механизм управления вертолетом – «автомат-перекос», позволяющий изменять режим работы не­сущего винта в полете. «Автомат-перекос» до настоящего времени является основным органом управления, применяемым на всех вертолетах мира.

СХЕМЫ ВЕРТОЛЕТОВ. РЕАКТИВНЫЙ МОМЕНТ И СПОСОБЫ ЕГО УСТРАНЕНИЯ

. Одновинтовая схема вертолета

На рис. 1.2 показана схема вертолета одновинтовой схемы RAN-66,а нарис. 1.3. приведена схема сил, действующих на вертолет одновинтовой схемы.

Рис. 1.2. Схема одновинтового вертолета RAN-66 «Comanche»

Рис. 1.3. Схема сил, действующих на вертолет одновинтовой схемы в полете

Корпус вертолетаслужит, как и у других летательных аппаратов, для размещения экипажа, грузов, силовой установки и т. п.

За счет составляющей тяги Y несущего винта вертолет поддерживается в воздухе или совершает вертикальный набор высоты (Y > mg) и спуск (Y < mg). Со­ставляющая тяги P_pr (пропульсивная сила) предназначена для преодоления сопротивления X вертолета, и для его поступательного перемещения.

Особенностью вертолетов одновинтовой схемы является появление реактивного момента на корпусе при вращении несущего винта. Если не предпринимать специаль­ных мер, то при вращении винта корпус по закону действия и противодействия начнет вращаться в обратную сторону. Чтобы предотвратить действие реактивного момента М_к,обычно предусматривается наличие рулевого винта. Рулевой винт, расположен­ный на конце хвостовой балкии соединенный с силовой установкой специальной трансмиссией, развивает тягу Р_хв и уравновешивает реактивный момент от несущего винта. Изменяя тягу рулевого винта, можно изменять направление продольной оси вер­толета, т. е. обеспечивать путевое управление.

Одновинтовая схема получила широкое распространение. По этой схеме по­строены вертолеты Ми -1, Ми-2, Ми-4, Ми-6, Ми-8, Ми-24, Ми-26, Ми-28, К-60 и дру­гие вертолеты во всем мире.

Основное преимущество одновинтовой схемы – это значительно меньший, по сравнению с другими схемами, вес конструкции несущей системы.

Недостатком одновинтовой схемы является необходимость установки рулевого винта, на вращение которого расходуется до 10% мощности силовой установки. В слу­чае разрушения хвостового винта или элементов его трансмиссии, вертолеты одновин­товой схемы, как правило, погибают

Вертолеты можно разделить, выходя из принципов создания подъемной силы, на одновинтовые и многовинтовые.

Основное отличие вертолетов заклечается в том, что подъемная сила, сила тяги, создаются с помощью винтовой группы, в то время как для самолетов необходимо использовать двигатели горизонтального и вертикального оперения.

Винт-носитель вертолету создает подъемную силу тяги для поступательного движения. Он выполняет также функцию руля высоты, элеронов, и обеспечивает необходимую стойкость вертолета.

Дата добавления: 2015-08-02