Файл: Лалетин К.Н. Практическая аэродинамика вертолета Ка-26 учеб. пособие.pdf

/

углов установки лопастей. При анализе аэродинамических харак­ теристик соосного винта рассматривается общее изменение углов установки лопастей на одну и ту же величину. При этом диапазон изменения углов установки лопастей вертолета Ка-26 от минималь­ ного до максимального 15°.

График, показывающий зависимость коэффициента тяги несу­

рактеристика получена расчетом на электронно-вычислительной машине М-20 для окружной скорости концевого элемента лопасти 200 м/сек, что соответствует числу М =0,59.

В тех случаях, когда нет надежных расчетных данных, исполь­ зуют характеристику несущего винта, получаемую при испытаниях натурного винта на специальном стенде. По своей характеристике соосный винт становится эквивалентным некоторому одиночному винту, поэтому, используя характеристику несущего винта, можно

та учтены коэффициентом к).

У вертолета Ка-26 с максимальным расчетным весом на режи­ ме висения средняя индуктивная скорость примерно 10 м/сек. По

12

величине средней индуктивной скорости можно определить секунд­ ный расход воздуха через винт: т — рF V i .

Важным параметром, характеризующим работу винта и позво­ ляющим упростить ряд аэродинамических формул, является удель-

Т

ная нагрузка на ометаемую поверхность Р = — . В тех случаях,

Г

G

когда величина тяги равна полетному весу, считают, что Р = —р

Для вертолета Ка-26 при тяге винта 3250 кГ р = 24,5 кГ/м2. Аэродинамические и прочностные характеристики несущего

винта существенно зависят от коэффициента заполнения и числа лопастей. На вертолете Ка-26 каждый винт имеет по три лопасти. Причем лопасти каждого из них взаимозаменяемы, так как их ха­ рактеристики одинаковы. Но лопасти нижнего винта отличаются от верхнего конфигурацией, количеством хвостовых секций и положе­ нием центра тяжести.

Отношение площади лопастей к площади, ометаемой винтом, называют коэффициентом заполнения а. Для вертолета Ка-26 с двумя винтами а = 0,0735.

Основные кинематические и массовые характеристики винта. Иногда, харак­ теризуя работу винта, используют по аналогии с воздушными винтами самоле­ тов понятия шаг (поступь) и скольжение. Понятие шага часто отождествляют с величиной угла установки, потому что геометрический шаг можно определить как Н =2rtrtg<p. Геометрический шаг эффективного сечения элемента лопасти, называемый номинальным, и будет характеризовать работу винта. Но действи­ тельный шаг (поступь) будет меньше на величину скольжения винта в воздухе. На всех режимах полета с работающими двигателями поступь винта положи­ тельна. Величина ее зависит от числа оборотов несущих винтов, которые опреде­ ляются требованиями аэродинамики и прочности.

В эксплуатации информацию о числе оборотов винтов и двига­ телей пилот получает по унифицированному тахометру в процен­ тах. 100% по тахометру соответствуют 2917 об/мин коленчатого вала двигателя, или 306 об/мин несущих винтов, что обеспечивает­ ся установкой редуктора двигателя со степенью редукции 0,309 и главного редуктора со степенью редукции 0,34. Допустимый диа­ пазон оборотов в эксплуатации 86—96%.

Число оборотов несущих винтов и соответствующие им окружные скорости концов лопастей практически обеспечивают на эксплуатационных режимах полета отсутствие волнового кризиса лопастей. При минимально допустимых числах обо­ ротов несущих винтов получается минимальный расход топлива, приемлемая эф­ фективность управления и сохраняется достаточный момент инерции лопастей, обеспечивающий безопасный переход на режим самовращеиия несущих винтов при отказе двигателя. Но при малых числах оборотов увеличиваются неравномер­ ность потока по ометаемой поверхности и уровень вибраций. Особенно возрастает уровень вибраций и нагрузки на агрегаты конструкции при больших скоростях полета. Наиболее значительные нагрузки будут при уменьшении чисел оборотов до 75%, т. е. ниже эксплуатационных.

Увеличение числа оборотов до 90% приводит к уменьшению вибраций и нагрузок на агрегаты, а в диапазоне чисел оборотов

ІЗ

90— 102% нагрузки остаются практически неизменными. По этим причинам для повышения надежности эксплуатации вертолета Ка-26 длительные полеты должны производиться при числах обо­ ротов несущих винтов не ниже 86%. При дальнейшем увеличении числа оборотов существенно возрастают центробежные силы ло­ пастей и пр.

Величина центробежной силы, определяющая нагрузку на ло­ пасть, определяется по формуле

„(5лСі)2Гц.т.

И хотя удаление центра тяжести у нижней лопасти от оси враще­ ния больше, чем у верхней, большая масса верхней лопасти опре­ деляет у нее большую центробежную силу: 7%^ = 7419 кГ,

^ц.би=і7359 кГ.

Масса лопастей не только определяет величину центробежных сил, момен­ ты инерции лопастей и запас времени для перехода на режим самовращения. При шарнирном креплении лопастей масса лопасти влияет и на характер маховых движений. Обычно при анализе динамики движения лопастей масса лопасти задается массовой характеристикой, которая устанавливает соотношение между аэродинамическими и массовыми силами, а ее величину определяют формулой

g

0

Следовательно, массовая характеристика зависит от весового заполнения лопасти, и ее значение уменьшается при увеличении веса элементов лопасти и росте «весомости» концевых элементов.

От весового заполнения лопасти в некоторой мере зависит и ее жесткость, которая влияет на истинные углы атаки элементов, управляемость, уровень вибраций, прочность вертолета и другие характеристики. На вертолете Ка-26 лопасти винтов относительно гибкие. Собственный прогиб на стоянке до 480 мм. При этом рас­ стояние от лопасти нижнего винта до земли при максимальном уг­ ле установки впереди вертолета 1275 мм, а сзади — 2490 мм.

14

§3. РАБОТА ЖЕСТКОГО ВИНТА В ПЛОСКОМ ПОТОКЕ

ИУСТАНОВКА ШАРНИРОВ

Тяга винта в плоском или косом потоке определяется по им­ пульсной теории. При этом можно воспользоваться теорией индук­ ции, согласно которой не имеет значения форма несущей поверхно­ сти в плане, а поэтому безразлично взаимодействует ли с возду­ хом крыло или несущий винт. Для крыла же было показано, что возникновение подъемной силы можно рассматривать как следст­ вие отклонения им вниз некоторой струи воздуха.

Из теории индукции известно, что несущая поверхность взаи­ модействует со струей воздуха, эффективное сечение которой рав­ но по ширине размаху поверхности (например, размаху крыла или диаметру винта). Вихревая пелена от несущей системы движется сверху вниз как твердая пластинка. Это и позволяет заменить ви­ хревую пелену от крыла или несущего винта эквивалентным пото­ ком, движущимся на твердую пластинку снизу вверх, и по форме вихревой пелены подобрать сечение эквивалентной струи. Так, для моноплана или одного винта сечение струи получается равным кру­ гу с диаметром, равным размаху системы (рис. 4).

У несущего винта площадь такого сечения получается равной площади, ометаемой винтом. Тогда, применяя теорию идеального винта, запишем T = 2pFViV\ (здесь Ѵ\— сумма индуктивной и по­ ступательной скоростей) или же в применении к реальному винту

Т = 2рFVi cp. Ѵія,

T

огкѵда Vi cp

Таким образом, можно определить по форме вихревой пелены сечение эквивалентной струи биплана или равноценного ему соос­ ного винта. В этом случае увеличение площади эквивалентной струи за счет дополнительной несущей поверхности учитывается

%бипл

Величина коэффициента индукции возрастает при уменьшении расстояния между винтами и для одного винта равна 1. Для вер-

h

толета Ка-26 при = 0,09, %бипл=0,85. Поэтому потребная ин­

дуктивная скорость по сравнению с одновинтовым вертолетом уменьшается и уменьшается индуктивная мощность (см. гл. Ѵ, § 1).

Обтекание лопастей винта. В плоском или косом потоке условия работы ло­ пастей на различных частях ометаемой поверхности изменяются, и чтобы харак­

тором ее продольная ось совпадает с направлением невозмущенного набегающего потока. Отсчет угла азимутального положения ведется по направлению враще­ ния винта..

15

Если лопасть будет расположена в нулевом азимуте, то на образование ее подъемной силы будет в основном влиять скорость вращения. Плоский поток от поступательного перемещения винта относительно воздуха вызовет лишь дополни­ тельное перемещение пограничного слоя лопасти к консоли. При расположении лопасти в произвольном азимуте на ее переднюю кромку, помимо окружного по­ тока, будет действовать и часть потока от поступательного перемещения (рис. 5).

невелики, то суммарный воздушный поток притекает к элементу с задней кромки и не участвует в создании подъемной силы. Увеличение же скорости поступатель­ ного перемещения и уменьшение числа оборотов винта приводят к началу обрат­ ного обтекания при ф=270° у элемента лопасти с большим относительным радиу­ сом. Изменение азимута уменьшает абсолютную величину віпф, и обтекание со стороны задней кромки начинается у элементов лопасти с меньшим относительным

радиусом.

Если пренебречь перетеканиями пограничного слоя, то можно представить зону обратного обтекания в виде круга, касательного к оси несущего винта и

носительный радиус, характеризующий начало зоны обратного обтекания, опреде­

ляется из выражения г =

Отношение скорости потока от поступательного перемещения к окружной скорости концевого элемента лопасти в аэродинамике несущего винта иногда называют х а р а к т е р и с т и к о й (коэффициентом) р е ж и м а р а б о т ы н е с у-

V

щ е г о в и н т а р- = ~ ■

V

V-180°I шг<Ѵ

16