Теория - элемент - лопасть
Cтраница 2
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. [16]
Обе теории рассматривают один и тот же процесс на основе двух полностью различных точек зрения. Теория количества движения опирается на применение основных законов механики к системе, включающей поток жидкости и тело, движущееся относительно нее. С другой стороны, теория элемента лопасти основана на нашем знании или предположении, касающемся местного взаимодействия жидкости и твердого тела. Эти два метода проходят параллельно почти через всю область механики жидкостей; ученые и инженеры удовлетворены, только если они могут убедиться, что оба метода ведут к одинаковому результату. Для воздушных винтов удовлетворительное решение было получено при соединении обеих теорий. [17]
Истоки теории элемента лопасти можно найти в работе Уильяма Фруда ( 1878 г.), но первое большое исследование в этом направлении выполнил С. К. Джевецкий в промежутке между 1892 и 1920 гг. Джевецкий полагал, что сечения лопасти работают независимо, но он не знал, как выбрать аэродинамические характеристики сечений. Такой подход был типичен для первого этапа разработки и применения теории элемента лопасти. Исследователи принимали в расчет только скорости Qr и V, обусловленные соответственно вращением лопасти и ее обтеканием вдоль оси вращения, а затем выясняли, каким образом использовать характеристики профилей. Однако Джевецкий полагал, что между осевой скоростью, рассматриваемой в импульсной теории, и скоростью, с которой поток действительно обтекает сечение допасти, нет связи, поскольку первая - это средняя скорость, тогда как вторая - местная скорость. Не сумев дать правильный теоретический анализ скоростей на диске винта, Джевецкий рассматривал только составляющие Qr и V. Когда при таком подходе были использованы характеристики профилей в двумерном потоке, расчетные аэродинамические характеристики винтов значительно разошлись с экспериментальными. Расхождение было приписано выбору характеристик профиля. [18]
Это выражение было аппроксимировано формулойСр 0cdo ( l др. 2) / 8, и для нескольких значений ц был найден параметр п ( см. разд. Формула для коэффициента профильной мощности была выведена из условия сохранения энергии с целью проверки выражения CQ, полученного по теории элемента лопасти. Так как взаимосвязь этих двух способов в то время не была очевидной, формула теории элемента лопасти была принята в качестве основной самим Глауэртом и теми, кто позднее использовал его работу как основу для дальнейших исследований. [19]
Общая теория воздушного винта была разработана в начале 1920 - х годов на базе вихревой теории и прандтлевской теории крыла. Путем введения в расчет индуктивных скоростей, определяемых вихревой теорией, были найдены аэродинамические параметры потока на диске несущего винта. Поэтому в теорию элемента лопасти теперь обычно вводят индуктивные скорости, получаемые по импульсной теории. Последняя не смогла объяснить распределение индуктивных скоростей по диску несущего винта, которое требовалось для завершения разработки теории элемента лопасти. В результате вихревую теорию стали считать более надежной и логичной основой для исследования работы как крыльев, так и лопастей. [20]
 |
Скорость относительно элемента лопасти воздушного винта. U обозначает поступательную скорость, ш - угловую скорость, а г - радиус эле. [21] |
Так называемая теория количества движения воздушного винта, начатая Ранкиным и кратко описанная выше, основана на изменениях количества движения и кинетической энергии воздушного потока, проходящего через диск винта. Скорость изменения количества движения определяет тягу, но теория ничего не говорит о способе, которым тяга передается от воздуха к системе винта. Теория Ранкина также утверждает, что количество мощности, равное скорости увеличения кинетической энергии потока, должно быть сообщено вращающемуся винту, но она ничего не говорит о том, как работа, расходуемая вращающим моментом, передается воздуху. С другой стороны, теория элемента лопасти основана на противоположном представлении; она рассматривает лопасти винта, движущиеся через воздух, и рассчитывает силы, передаваемые от лопастей к воздуху. [22]
 |
Сравнение расчетных аэродинамических характеристик несущего винта на режиме висения. [23] |
Винт с М 1 имеет минимальную индуктивную мощность, у оптимального винта к ней добавляется минимальная профильная мощ-ность. У идеального несу-щего винта профильная мощность слегка увеличивается вследствие постоянства хорды. Наконец, у реального винта затраты мощности дополнительно возрастают за счет увеличения в k раз индуктивной мощности. На рис, 2.11 приведены аэродинамические характеристики, рассчитанные по простой формуле, по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории. Расхождение результатов расчета по простой формуле и по теории элемента лопасти обусловлено тем, что по-разному была найдена профильная мощность. Расхождение результатов расчета по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории объясняется тем, что в последней принято неравномерное распределение индуктивных скоростей. [24]
Однако желателен более обстоятельный численный анализ, так как важно учесть влияние срыва на характеристики винта при авторотации. Теория элемента лопасти позволяет по крайней мере оценить уменьшение общего шага, необходимое при переходе от висения к авторотации. [25]
 |
Сравнение расчетных аэродинамических характеристик несущего винта на режиме висения. [26] |
Винт с М 1 имеет минимальную индуктивную мощность, у оптимального винта к ней добавляется минимальная профильная мощ-ность. У идеального несу-щего винта профильная мощность слегка увеличивается вследствие постоянства хорды. Наконец, у реального винта затраты мощности дополнительно возрастают за счет увеличения в k раз индуктивной мощности. На рис, 2.11 приведены аэродинамические характеристики, рассчитанные по простой формуле, по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории. Расхождение результатов расчета по простой формуле и по теории элемента лопасти обусловлено тем, что по-разному была найдена профильная мощность. Расхождение результатов расчета по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории объясняется тем, что в последней принято неравномерное распределение индуктивных скоростей. [27]
Общая теория воздушного винта была разработана в начале 1920 - х годов на базе вихревой теории и прандтлевской теории крыла. Путем введения в расчет индуктивных скоростей, определяемых вихревой теорией, были найдены аэродинамические параметры потока на диске несущего винта. Поэтому в теорию элемента лопасти теперь обычно вводят индуктивные скорости, получаемые по импульсной теории. Последняя не смогла объяснить распределение индуктивных скоростей по диску несущего винта, которое требовалось для завершения разработки теории элемента лопасти. В результате вихревую теорию стали считать более надежной и логичной основой для исследования работы как крыльев, так и лопастей. [28]
 |
Сравнение расчетных аэродинамических характеристик несущего винта на режиме висения. [29] |
Винт с М 1 имеет минимальную индуктивную мощность, у оптимального винта к ней добавляется минимальная профильная мощ-ность. У идеального несу-щего винта профильная мощность слегка увеличивается вследствие постоянства хорды. Наконец, у реального винта затраты мощности дополнительно возрастают за счет увеличения в k раз индуктивной мощности. На рис, 2.11 приведены аэродинамические характеристики, рассчитанные по простой формуле, по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории. Расхождение результатов расчета по простой формуле и по теории элемента лопасти обусловлено тем, что по-разному была найдена профильная мощность. Расхождение результатов расчета по теории элемента лопасти и по элементно-импульсной теории объясняется тем, что в последней принято неравномерное распределение индуктивных скоростей. [30]
Страницы: 1 2