Cтраница 4
Точка пересечения этой прямой с кривой профильной характеристики определяет угол атаки, при котором рассматриваемое сечение энергетически нейтрально. График типа показанного на рис. 3.11 называют диаграммой авторотации. Энергетически нейтральным оказывается только одно сечение лопасти; внутренние ( относительно него) сечения работают под большими углами атаки, внешние - под меньшими. Однако диаграмма авторотации дает полезные сведения о характеристиках винта в целом. Таким образом, лопасть должна работать под углом атаки, при котором отношение Cd / ci и, следовательно, профильная мощность минимальны. Общий шаг для этого оптимального режима легко найти по диаграмме авторотации. [46]
Кривая, представленная на рис. 3.7, построена по экспериментальным данным, приведенным в работах [ L. Видно, что импульсная теория действительно дает надежную оценку аэродинамических характеристик вннта на нормальном рабочем режиме и на режиме ветряка. На режимах висения и набора высоты экспериментальные значения индуктивной мощности отличаются от результатов импульсной теории множителем, который ненамного больше единицы и приблизительно постоянен. Это связано с присущими реальному винту дополнительными индуктивными потерями, особенно концевыми, и потерями на неравномерность потока через диск. Экспериментальные значения индуктивной скорости всегда имеют некоторый разброс, обусловленный погрешностями расчета профильной мощности, различиями в потерях на неоптимальность винта, а также влиянием других параметров, таких, как концевое число Маха и крутка лопастей. Например, для режима висения индуктивная скорость может на 5 - 10 % отличаться от скорости, определяемой по рис. 3.7. На режиме вихревого кольца этот разброс нужно учитывать. Вследствие того что в этом диапазоне скоростей снижения течение сильно возмущено и нестационарно, индуктивные скорости нельзя надежно представить одной кривой. Кроме того, поскольку режим вихревого кольца представляет собой, по существу, неустойчивый режим обтекания, на величине индуктивной скорости сильно сказываются близость земли, путевая скорость и скорость ветра. Эти факторы затрудняют правильное измерение аэродинамических характеристик на режиме вихревого кольца. [47]
Для определения характеристик вертолета при полете вперед Бейли предложил следующую последовательность расчета ( полностью она описана в гл. Мощность определяется энергетическим методом. В качестве первого приближения находят CPl) по простой формуле. Тогда равенство СР ( CQ) ycK ( Сэ) зам дает квадратное уравнение относительно А. ППУ - ( Если задан не общий шаг, а коэффициент силы тяги, то для получения квадратного уравнения нужно вместо 60 подставить его выражение через Ст. Решив квадратное уравнение, по параметру А ППУ находят новую величину коэффициента профильной мощности. Этот процесс повторяют до тех пор, пока решение не сойдется. Затем по формуле Ст находят общий шаг и вычисляют коэффициенты махового движения. Для автожира условие СР 0 сразу дает квадратное уравнение относительно А ППУ и необходимость в итерациях отпадает. [48]
Он позволяет достаточно надежно рассчитать мощность, если ввести эмпирические коэффициенты, учитывающие дополнительные индуктивные затраты, особенно концевые потери и потери на неравномерность потока. В этой главе полученные результаты распространены и на вертикальное снижение. Показано, что импульсная теория неприменима в определенном диапазоне скоростей снижения, так как принятая в ней схема следа становится некорректной. Дело в том, что след несущего винта в этом диапазоне скоростей приобретает столь сложную структуру, что адекватной простой схемы для него нет. На авторотации ( режиме безмоторного снижения) несущий винт создает подъемную силу, не поглощая мощности. Энергия, расходуемая в единицу времени на отбрасывание воздуха для создания подъемной силы ( индуктивная мощность Р -) и на вращение винта ( профильная мощность Р0), поступает в результате уменьшения потенциальной энергии вертолета при его снижении. Диапазон скоростей снижения, при которых - импульсная теория неприменима, охватывает и авторотацию. [49]
Характеристики нормального сечения скользящего крыла описываются выражениями с ( а) cty ( ay) / cos2 А. При малых углах атаки радиальное течение не влияет на подъемную силу, а сопротивление возрастает в ( cos Л) - 1 раз, тем самым несколько компенсируя уменьшение эффективного угла атаки. Так как длина хорды у косого сечения больше, чем у нормального, время нарастания пограничного слоя также больше, что вызывает увеличение сопротивления. При больших углах атаки эффективный угол атаки сечения уменьшается пропорционально ( созЛ) 1 для сопротивления и ( созЛ) - 2 для подъемной силы. В результате падение подъемной силы вследствие срыва и рост сопротивления вследствие сжимаемости воздуха затягиваются на большие углы атаки. В практических расчетах несущего винта оправданно пренебрегают влиянием радиального течения на подъемную силу. Радиальное течение увеличивает сопротивление нормального сечения и создает радиальное сопротивление, причем обе эти силы увеличивают профильную мощность. [50]
Наконец, имеются формулы, выражающие коэффициенты махового движения через 90 и АППУ - Методом Бейли можно рассчитать и характеристики вертолета, но при этом потребуются последовательные приближения. Для заданных величин силы тяги, скорости и вредного сопротивления методом баланса энергии определяется коэффициент СР потребной мощности. Если СР известно, то формула этого коэффициента опять-таки дает квадратное уравнение относительно АСШУ - Решив это уравнение и зная 9о и АППУ, можно заново рассчитать профильную мощность по формуле Бейли, а затем из условия равенства мощностей найти новую величину общей потребной мощности. Эти вычисления повторяют до тех пор, пока мощность ( а также АППУ) не перестанет изменяться. Таким образом, даже метод Бейли сопряжен с большим объемом вычислений, так как при заданных Ст и СР нужно решить два уравнения относительно 90 и ЛИПУ, а для вертолета необходимы еще последовательные приближения. С помощью этих графиков задачу о расчете характеристик конкретного вертолета можно быстро решить графически. Для построения графиков характеристик на основе теории Бейли коэффициент мощности и крутку лопасти можно выбирать произвольно. Из уравнения CQ СР при различных значениях ц и 60 находят величины АППУ, а по ним рассчитывают коэффициенты силы тяги и профильной мощности. [51]