РАСЧЕТНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ КОМПОНОВКИ НЕСУЩИХ ВИНТОВ НА КПД НА РЕЖИМЕ ВИСЕНИЯ НА БАЗЕ НЕЛИНЕЙНОЙ ЛОПАСТНОЙ ВИХРЕВОЙ МОДЕЛИ

Эффективность работы несущего винта (НВ) вертолета на режиме висения очень важна, поскольку этот режим в значительной степени определяет летно-технические характеристики вертолета. Особенностью аэродинамики НВ является значительное индуктивное влияние друг на друга его лопастей, в существенной мере определяющее его аэродинамические характеристики на большинстве режимов. В статье рассмотрены вопросы влияния величины крутки лопасти и пространственной геометрической компоновки НВ на его аэродинамические характеристики на режиме висения для фиксированных значений заполнения. В качестве критерия эффективности работы винта на висении используется относительный коэффициент полезного действия (КПД). Результаты получены методом численного моделирования на основе нелинейной лопастной вихревой модели винта, разработанной на кафедре «проектирование вертолетов» МАИ. Модель позволяет учесть сложную пространственную форму свободного вихревого следа, отходящего от лопастей и определяющего их взаимовлияние. На примере четырехлопастного НВ с прямоугольными в плане лопастями проведено исследование влияния величины крутки лопастей на относительный КПД на режиме висения. Для различных значений тяги винта определены значения и диапазоны углов крутки лопасти, обеспечивающие максимальный положительный эффект прироста КПД на висении. Для фиксированного значения крутки прямоугольной в плане лопасти, величины заполнения НВ и одинаковых условий работы проведено исследование влияния различных схем и компоновок НВ на его КПД на висении. Рассмотрены одиночные НВ с различным количеством лопастей (от 2 до 6), Х-образный НВ, соосные НВ, НВ с перекрещивающимися лопастями типа «синхроптер». Получены значения прироста КПД на висении в зависимости от компоновки НВ по сравнению с базовым двухлопастным винтом. Представлен сравнительный анализ эпюр индуктивных скоростей и характера обтекания НВ схемы «синхроптер», НВ соосной схемы и эквивалентного соосному НВ одиночного НВ. Полученные результаты могут быть полезны на этапе предварительного проектирования вертикально взлетающих летательных аппаратов при выборе параметров их несущей системы.

1. Игнаткин Ю.М. Нелинейная лопастная вихревая теория винта и ее приложения для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолета / П.В. Макеев, Б.С. Гревцов, А.И. Шомов // Вестник МАИ. 2009. Т. 16, № 5. С. 24–31.

2. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Аэродинамические схемы винтокрылых летательных аппаратов. М.: МАИ, 2018. 88 с.

3. Шайдаков В.И., Маслов А.Д. Аэродинамическое проектирование лопастей воздушных винтов. М.: МАИ, 1995. 68 с.

4. Шайдаков В.И., Игнаткин Ю.М., Маслов А.Д. Аэродинамические характеристики несущих винтов двухвинтовых вертолетов. Аэродинамическое проектирование лопастей воздушных винтов. М.: МАИ, 1983. 39 с.

5. Johnson W. Rotorcraft aeromechanics, Cambridge University Press, 2013. 927 p.

6. Johnson W. Helicopter theory. Courier Dover Publications, 1994. 1120 p.

7. Leishman J.G. Principles of Helicopter Aerodynamics. Cambridge University Press, 2000. 864 p.

8. Юрьев Б.Н. Аэродинамический расчет вертолетов. М.: Оборонгиз, 1956. 560 с.

9. Петросян Э.А. Аэродинамика соосного винта. М.: Полигон-пресс, 2004. 820 с.

10. Миль М.Л. Вертолеты. Расчет и проектирование. Т. 1. Аэродинамика / А.В. Некрасов, А.С. Браверман, Л.Н. Гродко, М.А. Лейканд. М.: Машиностроение, 1966.

11. Вождаев Е.С. Аэродинамический расчет воздушного винта на основе точных аналитических решений в задаче о нестационарном поле скоростей винтовых вихрей // Труды ЦАГИ. 2002. Вып. 2659. 23 с.

12. Бурцев Б.Н. Феномен высокого полезного действия соосных несущих винтов на режиме висения / И.М. Вайнштейн, В.Н. Квоков, Э.А. Петросян // Труды 3-го форума Российского вертолетного общества. Москва. 1998. С. 103–121.

13. Михеев Р.А. Прочность вертолетов. М.: Машиностроение, 1984. 280 с.