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

авторотации угол качества равен углу притекаиия, потому что это углы со взаим­ но перпендикулярными сторонами. (Подъемная сила перпендикулярна набегаю­ щему потоку, а аэродинамическая сила — плоскости вращения. Величина угла установки (см. рис. 109), потребного для выполнения режима авторотации, равна разности углов атаки и притекания:

<р= а — ß*, или <f = а — Ѳ.

Разность между углом атаки и углом качества называют запасом самовращения. Таким образом, если угол установки элемента лопасти равен запасу само-

При переходе с постоянным углом установки на углы атаки режима тормо­ жения угол качества значительно увеличивается и замедленному самовращению соответствует неравенство

9^> а-— Ѳ.

Анализ самовращения элемента лопасти может быть проведен и по графику

запаса самовращения.

График запаса самовращения — это зависимость запаса самовращения от угла атаки. Величина запаса самовращения при приближенной оценке может быть

Сх р

определена по поляре (см. рис. 2), так как Ѳ— a r c t g -------. Общий вид графика

СУ

запаса самовращения профиля изображен на рис. 111.

При увеличении угла атаки от угла атаки нулевой подъемной силы до наивы­ годнейшего угол качества уменьшается и запас самовращения увеличивается. Дальнейшее увеличение угла атаки сопровождается ростом угла качества. Но пока увеличение угла качества менее значительно, чем рассматриваемое изменение угла атаки, запас самовращения продолжает увеличиваться. Если же темп роста запаса самовращения уменьшится, то, достигнув максимума на некотором угле атаки, запас самовращения в дальнейшем вследствие значительного увеличения про­ фильного сопротивления и угла качества начнет уменьшаться. Особенно умень­ шается запас самовращения при развитии на профиле срыва потока.

Рис. ПО. Силовой многоРис. 111. Зависимость запаса самовращения угольник элемента лопаот угла атаки сти при ускоренном самовращепии

154

По графику запаса самовращения вид­ но, что при максимальном конструктивном угле -установки фшаж у некоторого элемен­ та лопасти максимальный запас самовраще­ ния меньше угла установки, а поэтому самовращение будет замедленным. Для выпол­ нения установившегося -самовращения нуж­ но, чтобы угол установки был равен запасу самовращения:

вследствие атмосферной турбулентности запас самовращения станет меньше уг­ ла установки, а следовательно, число оборотов уменьшится и это приведет к еще большему увеличению углов атаки и уменьшению числа оборотов. Такая же зако­ номерность будет проявляться на всех углах атаки нисходящей части графика за­ паса самовращения, поэтому эти углы атаки элемента лопасти на эксплуатацион­ ных режимах недопустимы.

При постоянном угле установки угол атаки элемента лопасти на снижении в прямом потоке определяется скоростью осевого потока Ѵі = Ѵ і — Ѵу и окружного потока (і >г .

На рис. 112 показано, что увеличение окружной скорости вызывает уменьше­ ние угла атаки, а увеличение скорости осевого потока снизу вызывает рост угла атаки элемента лопасти. Следовательно, для получения устойчивого установивше­ гося самовращения у конкретного элемента лопасти в прямом потоке должно существовать определенное соотношение между числом оборотов и вертикальной скоростью снижения.

В косом потоке свойства самовращения элемента лопасти принципиально не изменяются. Но в различных азимутальных положениях изменяется скорость эффективного воздушного потока в плоскости вращения, и это эквивалентно изменению скорости окружного потока. Если не учитывать маховых движений лопастей, то у наступающего на поток элемента лопасти угол атаки уменьшается при увеличении потока в плоскости вращения, а у отступающего элемента — на­ оборот, увеличивается. Чем меньше относительный радиус элемента лопасти и число оборотов винта, тем меньше окружная скорость и больше углы атаки эле­ мента лопасти.

При взмахе лопасти вниз углы атаки элемента лопасти дополнительно уве­ личатся. Увеличение же относительного радиуса элемента лопасти приведет к еще большему изменению угла атаки при взмахе, и различные элементы лопасти ра­ ботают в разных условиях. Геометрическая крутка лопастей и компоновка их из профилей с различной относительной толщиной дополнительно изменяют запасы и свойства самовращения. В этих случаях некоторые элементы лопасти будут иметь силу авторотации, а некоторые — силу сопротивления вращению. И только когда суммарный момент лопасти от сил авторотации и сил сопротивления вра­ щению станет равным нулю, самовращение лопасти будет установившимся (если пренебречь трением в трансмиссии и инерционными силами).

Самовращение несущих винтов. В прямом потоке условия работы и свойства самовращения всех лопастей одного винта одинаковы. И если элементы лопасти, работающие в режиме ветряка, создадут момент, уравновешивающий момент от трения трансмиссии и момент сопротивления вращению от элементов лопасти, работающих в режиме торможения, то число оборотов винта будет постоянным. У винта, работающего в косом потоке, свойства самовращения лопастей в раз­ личных азимутальных положениях различаются. Но если будет соблюдаться усло-

155

вне установившегося самовращения в прямом потоке, то и в косом потоке число оборотов винта будет постоянным. Если же моменты сопротивления вращению и трения в трансмиссии будут меньше ускоряющего момента элементов лопастей на режиме ветряка, то число оборотов винта увеличится. И, наоборот, при уменьше­ нии ускоряющего момента число оборотов будет уменьшаться.

У соосных несущих винтов при снижении с отказавшими двига­ телями нижний винт работает на больших конструктивных углах атаки, чем верхний, работающий в потоке от нижнего винта. Поэто­ му и углы атаки элементов лопастей нижнего винта больше, чем верхнего. Следовательно, при постоянном угле установки в реко­ мендуемом диапазоне углов атаки свойства самовращения элемен­ та лопасти верхнего винта будут хуже, чем у такого же элемента нижнего винта (см. рис. 111). На вертолете Ка-26 конструктивные утлы установки нижнего винта на 2° больше, чем у верхнего, и это также в большинстве случаев определяет различные запасы само­ вращения элементов лопастей соосных винтов. Но соосные винты, вращаясь в разные стороны, имеют общую трансмиссию, поэтому избыток вращающего момента одного из винтов должен расходо­ ваться на гашение тормозящего момента другого винта. И в этом случае представляет интерес путевая балансировка вертолета, нее она будет рассмотрена отдельно.

Переход на режим самовращения несущих винтов. Как отмеча­ лось, при полном отказе двух двигателей число оборотов несущих винтов резко уменьшается, а вертикальная скорость снижения уве­ личивается. При этом увеличение углов атаки до допустимых при набегании воздушного потока на элементы лопасти снизу приво­ дит к росту запаса самовращения. Уменьшение числа оборотов винтов вызывает также уменьшение центробежных сил, увеличение угла взмаха, и под действием поводковой компенсации углы уста­ новки лопастей автоматически уменьшаются. Уменьшение углов установки лопастей и увеличение углов атаки элементов лопасти способствуют улучшению их свойств самовращения. Но пилот не имеет информации о величине запаса самовращения, а уменьшение углов установки лопастей незначительно, поэтому чтобы число обо­ ротов не было меньше минимально допустимого, при отказе двига­ телей на рекомендуемых скоростях и наличии достаточной высоты необходимо немедленно энергично, но плавно, уменьшить общий шаг до минимального. Допускается после отказа двигателей паде­ ние числа оборотов несущих винтов до, 75—72% в течение не более 5 сек. Сохранение высоких оборотов несущих винтов обеспечит за­ пас кинетической энергии вращения, необходимый для уменьшения вертикальной скорости снижения перед приземлением. Кроме того, падение оборотов меньше минимально допустимых приведет к та­ кому уменьшению центробежных сил и увеличению углов взмаха, что уменьшится эффективная ометаемая поверхность конусов вра­ щения винтов и значительно увеличится вертикальная скорость снижений. При определенных условиях может возникнуть и опас­ ное сближение лопастей, а рост вертикальной скорости снижения и уменьшение оборотов создаст у корневых элементов лопастей углы

156

атаки больше критических, что вызовет срыв потока и ухудшение свойств самовращения. Зона срыва потока с корневых элементов лопастей существенно увеличивается в косом потоке при увеличе­ нии скорости полета, потому что в этом случае на отступающих лопастях уменьшается эффективный воздушный поток в плоскости вращения.

Кроме того, пилоту следует учесть, что увеличение вертикаль­ ной скорости снижения и углов атаки фюзеляжа приведет к обра­ зованию пикирующего момента планера вертолета (см. рис. 29). Пикирование вертолета, увеличивая зону обратного обтекания, вертикальную скорость снижения и углы атаки элементов отступа­ ющей лопасти, усугубит срыв потока с нее.

При уменьшении общего шага винтов после отказа двигателей уменьшается угол тангажа, и вертолет пикирует, потому что при уменьшении углов установки лопастей уменьшатся маховые дви­ жения лопастей, скорость индуктивного потока и завал конусов вращения по потоку. Чем больше была мощность двигателей до от­ каза, тем больше будет уменьшаться число оборотов, больше раз­ балансировка вертолета и потребное отклонение ручки управления на себя для удержания вертолета от пикирования. Так, при пере­ ходе с режима набора высоты на первом номинальном режиме работы двигателя и скорости по прибору 110 км/ч к режиму само­ вращения необходимо отклонять ручку управления на себя на 98— 100 мм, что составляет 29—33% полного хода. При переходе же с горизонтального полета на скорости по прибору ПО км/ч к режиму самовращения потребное отклонение ручки на себя равно при­ мерно 70 мм, а это составляет 21% полного ее хода. Но даже при переходе к режиму самовращения несущих винтов с режима сни­ жения разбалансировка значительна и если при энергичном умень­ шении общего шага до минимального не отклонять ручку управле­ ния на себя, то уже через 2,5 сек угол тангажа на пикирование составит 36—48°. Поэтому пилот одновременно с уменьшением об­ щего шага до минимального обязательно должен удерживать вер­ толет от пикирования отклонением ручки управления на себя.

Особенностью соосных вертолетов является и то, что на режиме самовращения, как и на режимах полета с работающими двигате­ лями, на фюзеляж действует разность реактивных моментов несу­ щих винтов [17]. Следовательно, вертолет будет стремиться раз­ вернуться в сторону вращения винта с меньшим крутящим момен­ том. Величина крутящего момента при отказе двух двигателей зависит от свойств самовращения винта, которые улучшаются при росте а. Но, как отмечалось, свойства самовращения верхнего и иижнего винтов будут разные, и поэтому будут отличаться и мо­ менты, передаваемые от них. Так, у нижнего винта в допустимом диапазоне углов атаки элементов свойства самовращения будут лучше, потому что больше углы атаки и планер вертолета от момен­ тов винтов будет стремиться развернуться вправо. Если же пилот будет парировать разворот отклонением левой педали, то это до­ полнительно уменьшит углы установки нижнего винта и улучшит

157