cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)caht-986Research ArticleСтатьиРАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РУЛЕВОГО ВИНТА ОДНОВИНТОВОГО ВЕРТОЛЕТА С УЧЕТОМ ИНДУКТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ВИХРЕВОГО СЛЕДА НЕСУЩЕГО ВИНТА НА РЕЖИМАХ ВИСЕНИЯ ПРИ БОКОВОМ ВЕТРЕCOMPUTATIONAL STUDY OF AERODYNAMIC CHARACTERISTICS OF SINGLE-ROTOR HELICOPTER TAIL ROTOR UNDER THE INFLUENCE OF VORTICAL WAKE OF MAIN ROTOR AT THE HOVER WITH CROSSWINDИгнаткинЮ. М.IgnatkinYu. M.

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой,

г. Москва

PhD, Associate Professor, Head of Chair,

Moscow

k102@mai.ruМакеевП. В.MakeevP. V.

кандидат технических наук, доцент,

г. Москва

PhD, Assistant Professor,

Moscow

vaultcity13@gmail.comШомовА. И.ShomovA. I.

кандидат технических наук, доцент,

г. Москва

PhD, Assistant Professor,

Moscow

shomov_aleksandr@mail.ruИвчинВ. А.IvchinV. A.

кандидат технических наук, начальник отдела,

пос. Томилино, Московская область

PhD, Head of Division,

Tomilino, Moscow Region

vivchin@mi-helicopter.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian FederationАО «Московский вертолетный завод имени М.Л. Миля»РоссияMil Moscow Helicopter PlantRussian Federation2016130120171965867Copyright © Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И., Ивчин В.А., 20172017Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И., Ивчин В.А.Ignatkin Y.M., Makeev P.V., Shomov A.I., Ivchin V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/986

Для вертолетов одновинтовой схемы существуют режимы полета, когда рулевой винт оказывается под значительным индуктивным воздействием со стороны вихревого следа несущего винта. Индуктивное воздействие вихревого следа несущего винта может вызвать значительное изменение характера обтекания рулевого винта и его аэродинамические характеристики по сравнению с изолированным винтом. При этом возможно увеличение угла установки лопастей рулевого винта, требуемого для обеспечения управляемости вертолета.Статья посвящена численному моделированию работы рулевого винта в присутствии вихревого следа несущего винта на примере вертолета Ми-171. Численное моделирование выполнено на базе нелинейной лопастной вихревой модели винта, разработанной на кафедре «Проектирование вертолетов» МАИ.Рассмотрены режимы висения вертолета при наличии бокового ветра различной интенсивности Vz. Получены зависимости тяги по времени для изолированного рулевого винта и рулевого винта с учетом вихревого следа несущего винта для одинаковых режимов работы. Проанализировано обтекание винтов при помощи линий тока, рассмотрена структура вихревого следа. Представленные результаты позволяют прояснить физическую картину работы рулевого винта и влияние на его работу несущего винта. Установлено, что вихревой след несущего винта наиболее значительно влияет на работу рулевого винта при боковом ветре справа, когда рулевой винт попадает в режим «вихревого кольца». Индуктивное воздействие вихревого следа несущего винта приводит к возникновению у рулевого винта режима «вихревого кольца» на меньших скоростях (Vz :: 5 м/с), чем в случае изолированной работы рулевого винта (Vz :: 12,5 м/с). При этом требуемый угол установки лопастей рулевого винта при Vz = 5 м/с увеличивается на 13 %. Получено удовлетворительное совпадение результатов расчета и летного эксперимента.

For single-rotor helicopters there are special flight modes, when tail rotor (TR) is under significant inductive influence of vortical wake of main rotor (MR). Inductive influence of vortical wake of MR can provoke essential changes in flowing of TR and its aerodynamic characteristics comparing to isolated rotor. In this case increase of tail rotor pitch, necessary for helicopter controlling, is possible.The article contains computational modelling of TR work with vortical wake of MR at the example of MIL Mi-171 helicopter. The modelling has been made on the base of non-linear blade (free wake) vortical model of rotor, produced at Helicopter Design Department of MAI.Helicopter hovering modes with crosswind of various intensity Vz was considered. Thrust-time lationship forisolated TR and TR with vortical wake of MR for equal flight modes was obtained. Flow around the rotors was analyzed, its vortical wake was considered.The results make it possible to clarify the peculiarities of TR work on considered modes and MR influence on its work. It was found out that vortical wake of MR has a more significant impact on TR work with crosswind on the right, when TR falls into vortex ring state mode. Inductive influence of vortical wake of MR leads to vortexring state mode for TR on lower speeds (Vz :: 5 m/s) than in case of isolated work of TR (Vz :: 12,5 m/s). In that case,the required tail rotor pitch has increased by 13% for Vz = 5 m/s. The results of modelling and flight tests led to good agreement.

вертолетнесущий винтрулевой винтвисение с боковым ветромаэродинамическая интерференцияаэродинамические характеристикиhelicoptermain rotortail rotorhover with crosswindaerodynamic interferenceaerodynamic characteristicsReferencesШибаев В., Фаворова Т., Аполлонов Д. Тренировки пилотов в расширенной области параметров движения воздушного судна как залог безопасности полетов // Аэрокосмический курьер. 2011. № 5. C. 48-49Shibaev V., Favorova T., Apollonov D. Trenirovki pilotov v rasshirennoj oblasti parametrov dvizhenija vozdushnogo sudna kak zalog bezopasnosti poletov [Training of pilots in the extended area of motion parameters of the aircraft as a guarantee of safety]. Ajerokosmicheskij kur'er [Aerospace courier], 2011, no. 5, pp. 48–49. (in Russian)Бутов В.П. Структура, геометрия и интенсивность спутного вихревого следа несущих винтов одновинтовых и соосных вертолетов в реальных условиях полета // Труды IV форума Российского вертолетного общества. М., 2000. Т. I. C. 19-34Butov V.P. Struktura, Geometrija i intensivnost' sputnogo vihrevogo sleda nesushhih vintov odnovin-tovyh i soosnyh vertoletov v real'nyh uslovijah poleta [Structure, geometry and intensity of wake vortex of helicopter rotor in real flight conditions]. Materialy 4-go foruma Rossijskogo vertoletnogo obshhestva. Moscow, 2000, issue 1, pp. 19–34. (in Russian)Шайдаков В.И., Игнаткин Ю.М. Методы расчета индуктивных скоростей за пределами диска несущего винта вертолета на базе приближенной модели вихревого следа // Аэродинамика крыла и корпуса летательного аппарата. М.: МАИ, 1982. 60 сShajdakov V.I., Ignatkin Y.M. Metody rascheta induktivnykh skorostei za predelami diska nesushchego vinta vertoleta na baze priblizhennoi modeli vikhrevogo sleda [Methods for calculating the inductive velocities outside of helicopter rotor on the basis of an approximate model of wake vortex]. Ajerodinamika kryla i korpusa letatel'nogo apparata [Aerodynamic of aircrafts wing and fuselage]. Sbornik statei, MAI publ. 1980, 60 p. (in Russian)Нелинейная лопастная вихревая теория винта и ее приложения для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолета / Ю.М. Игнаткин, П.В. Макеев, Б.С. Гревцов, А.И. Шомов // Вестник МАИ. 2009. Т. 16, № 5. С. 24-31Ignatkin Y.M., Makeev P.V., Shomov A.I. Nelineinaya lopastnaya vikhrevaya teoriya vinta i ee prilozheniya dlya rascheta aerodinamicheskikh kharakteristik nesushchikh i rulevykh vintov vertoleta [Nonlinear blade vortex theory of rotor and its applied for calculation of aerodynamic characteristics of helicopter rotor]. Vestnik Moskovskogo aviatsionnogo instituta, 2009, vol. 16, no. 5, pp. 24–31. (in Russian)Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное моделирование прикладных задач аэродинамики вертолета на базе нелинейной лопастной вихревой модели винта [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2016. № 87. C. 28. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/ published.php?ID=65636 (дата обращения 01.10.2016)Ignatkin Y.M., Makeev P.V., Shomov A.I. Chislennoe modelirovanie prikladnyh zadach ajerodinamiki vertoleta na baze nelinejnoj lopastnoj vihrevoj modeli vinta [Computational modeling of applied tasks of helicopter aerodynamics based on non-linear vortex model of a rotor]. Trudy MAI, 2016, no. 87. Available at: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=65636 (accessed 01.10.2016). (in Russian)Зозуля В.Б., Иванов Ю.П. Практическая аэродинамика вертолета Ми-8: учебное пособие. М.: Машиностроение, 1977. 152 сZozulya V.B., Ivanov Y.P. Prakticheskaja ajerodinamika vertoleta Mi-8 [Practical aerodynamic of Mi-8 helicopter]. Moscow, Mashinostroenie publ., 1977, 152 p.Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Интерференция несущего и рулевого винтов вертолета при полете со скольжением [Электронный ресурс] // Труды МАИ. 2015. № 82. С. 23. URL: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=58605 (дата обращения 01.10.2016)Ignatkin Y.M., Makeev P.V., Shomov A.I. Interferencija nesushhego i rulevogo vintov vertoleta pri polete so skol'zheniem [Aerodynamic interference of helicopters main and tail rotor at horizontal yawed flight]. Trudy MAI, 2015, no. 82. Available at: http://www.mai.ru/science/trudy/published.php?ID=58605 (accessed 01.10.2016). (in Russian)Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное исследование аэродинамической интерференции несущего и рулевого винтов вертолета на особых режимах полета // Научный Вестник МГТУ ГА. 2014. № 200. С. 47-54Ignatkin Y.M., Makeev P.V., Shomov A.I. Chislennoe issledovanie aerodinamicheskoi interferentsii nesushchego i rulevogo vintov vertoleta na osobykh rezhimakh poleta [Computational modeling of aerodynamic interference of helicopter main and tail rotors at the special flight regimes]. Nauchnyj Vestnik MGTU GA [Scientific bulletin of MSTUCA]. Moscow. 2014. no. 200, pp. 47–54. (in Russian)Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное моделирование интерференции несущего и рулевого винтов вертолета на базе нелинейной лопастной вихревой модели // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 1. С. 41-47Ignatkin Y.M., Makeev P.V., Shomov A.I. Chislennoe modelirovanie interferentsii nesushchego i rulevogo vintov vertoleta na baze nelineinoi lopastnoi vikhrevoi modeli. [Computational modeling of interference of helicopter main and tail rotors on the base of non-linear blade vortex model]. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Aviacionnaja tehnika. [Russian Aeronautics], 2016, no. 1. pp. 41–47. (in Russian)Володко А.М. Безопасность полета вертолетов. М.: Транспорт, 1981. 222 сVolodko A.M. Bezopasnost' poleta vertoletov [Helicopter flight safety]. Moscow. Transport publ., 1981, 225 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.