Cтраница 2
Нагрузка считается стационарной, но в общем случае она может изменяться по поверхности диска. В - схеме активного диска можно учесть на винте постоянный крутящий момент, за счет которого проходящему через диск воздуху сообщается некоторый момент количества движения. Задача теории состоит в том, чтобы рассчитать обтекание активного диска и, в частности, при заданной силе тяги найти индуктивную скорость и потребную мощность. В импульсной теории эту задачу решают, используя основные гидродинамические законы сохранения; в вихревой теории скорость, индуцируемую вихревым следом, находят с помощью формулы Био - Савара; в потенциальной теории решают уравнения гидродинамики относительно потенциала скоростей или функции тока. Если схема течения одна и та же, то все три теории должны дать одинаковые результаты. [16]
Наиболее важные и полезные результаты импульсной теории дает самый простой ее вариант, изложенный в разд. Дальнейшее обобщение теории представляется нецелесообразным из-за приближенности самой схемы активного диска. Однако обобщенная импульсная теория осевого обтекания винта позволяет все же получить некоторые полезные результаты. [17]
В аэродинамике вертолета теория элемента лопасти служит основой почти всех исследований, так как в ней учитываются распределения скоростей и нагрузок по размаху лопасти и, следовательно, эта теория связывает аэродинамические и другие характеристики винта с конструктивными параметрами сечений. Импульсная же теория ( или любая другая теория, основанная на схеме активного диска) - это обобщенный анализ, который дает полезные результаты, но сам по себе не обеспечивает QCHOBH для проектирования несущего винта. [18]
Не будучи строго обоснованным, это предположение при осевом обтекании винта обычно соответствует по степени приближенности схеме активного диска. [19]
Таким образом, вследствие неоднородности потока и нестационарности индуктивных скоростей действительные индуктивные затраты будут больше тех, которые дает импульсная теория. Приближенность схемы активного диска жестко ограничивает применимость обобщенной импульсной или вихревой теории. Схему активного диска применяют главным обраеом для того, чтобы получить предварительную оценку индуцируемых следом скоростей и сумарных индуктивных затрат. [20]
В отличие от крыла, свободные вихри которого прямолинейны, след несущего винта или пропеллера образует спиралеобразные вихри. Сложная форма свободных вихрей делает математическую задачу о расчете индуктивных скоростей гораздо более трудной, чем для крыла. Поэтому в вихревой теории, как и в импульсной, часто используют схему активного диска, позволяющую получить аналитические решения. [21]
Присоединенным вихрям, циркуляции которых определяют подъемную силу крыла конечного размаха, соответствуют свободные вихри, сходящие с крыла и образующие его след, Нагрузка лопасти наиболее сильно изменяется в ее концевой части. Поэтому завихренность в следе несущего винта концентрируется в спиралеобразные концевые вихри, расположенные под винтом. В отличие от крыла лопасть проходит очень близко от собственного следа и от следов предшествующих лопастей. Близость следа оказывает значительное влияние на распределения индуктивных скоростей и нагрузки лопасти. Вихревая теория представляет собой исследование работы несущего винта, в котором на основе законов гидродинамики, определяющих движение и воздействие завихренности ( формула Био - Савара, теоремы Кельвина и Гельмгольца), рассчитывается индуцируемое следом винта поле скоростей и, в частности, распределение индуктивных скоростей по диску винта. В простейшем варианте вихревой теории использована схема активного диска. Это означает, что не учитывается дискретность самого винта и его следа, связанная с конечным числом лопастей, а завихренность непрерывно распределяется по пространству, занятому следом. Если рассматривать ту же схему течения, что и в импульсной теории, то вихревая теория должна, конечно, дать такие же результаты. Однако вихревая теория лучше, чем импульсная, пригодна для обобщений схемы течения ( например, учета неравномерности нагрузки на диск), так как она связана с рассмотрением местных, а не обобщенных характеристик. [22]
Импульсная теория позволяет найти индуктивную мощность винта при полете вперед. Как и на висении, представим индуктивные затраты мощности через индуктивную скорость v Pi / T. В теории элемента лопасти предполагалось, что индуктивная скорость равномерно распределена по диску винта. Для полета вперед это предположение менее приемлемо, чем для висения. Но при больших скоростях полета индуктивная скорость мала по сравнению с другими составляющими скорости потока, обтекающего лопасть, так что предположение о равномерной индуктивной скорости все же можно принять. При малых скоростях полета изменение скоростей протекания по диску имеет важное значение, особенно для расчета вибраций винта и нагрузок лопасти. Итак, снова представим несущий винт схемой равномерно нагруженного активного диска. [23]