книги из ГПНТБ / Лалетин К.Н. Практическая аэродинамика вертолета Ка-26 учеб. пособие

i

Ka-26

I

I

i

Ка-26

Утверждено УУЗ МГА в качестве учебного пособия

для училищ гражданской авиации

Москва «Транспорт» 1974

УДК 629.735.533.601.3.004.2(022)

В книге излагается практическая аэродинамика вер­ толета Ка-26; основы аэродинамики несущего винта, ба­ лансировка, устойчивость и управляемость вертолета, установившиеся и неустановившиеся режимы полета.

Особое внимание в книге уделяется вопросам лет­ ной эксплуатации вертолета, объяснению физических процессов, происходящих при выполнении различных ре­ жимов полета, особенностям пилотирования вертолетом. Подробно рассматриваются особые случаи в полете и разбираются специальные вопросы аэродинамики соосно­ го вертолета.

Книга предназначена в качестве учебного пособия для слушателей летных училищ, пилотов учебно-трени­ ровочных отрядов, школ высшей летной подготовки гражданской авиации. Она может быть использована летным и инженерно-техническим составом производст­ венных подразделений.

Рис. 128, библ. 18.

31808—085 049(01)—74 '85—74 -

© Редиздат Министерства гражданской авиации С С С Р , 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Многоцелевой вертолет Ка-26 с двумя поршневыми невысотными двигателями М-14В-26 создан под руководством д-ра техн. наук Героя Социалистического Труда Н. И. Камова.

опорное летающее шасси» с двухбалочной конструкцией фюзеляжа и Н-образным оперением. Каждый несущий винт состоит из трех стеклопластиковых лопастей. Мощность от двигателей передается на винты с помощью механической трансмис­ сии. Управление вертолетом осуществляется несущим винтом и рулями направ­ ления. Системы и оборудование вертолета позволяют выполнять полеты в простых и сложных метеоусловиях, днем и ночью.

Основными вариантами вертолета являются транспортный с подвесной грузо­ пассажирской кабиной или грузовой платформой и сельскохозяйственный с аппа­ ратурой опрыскивания или опыливания. К дополнительным вариантам вертолета Ка-26 относятся: лесопожарный, корабельный, геологоразведочный, аэрофото­ съемочный, учебный, санитарный, вертолет-кран и некоторые другие.

Вертолет с успехом участвовал в международных авиационных салонах в Швеции и Японии. Вертолет демонстрировался в Москве, Париже, Турине, Ганно­ вере, Беллунде, совершил демонстрационные полеты в Бельгию, Индию, Нидер­ ланды, Пакистан и другие страны, эксплуатируется в Болгарии, Венгрии, Румы­ нии, ГДР, ФРГ, Монголии. В 1966 г. он был удостоен золотой медали на

международной выставке «Современные сельскохозяйственные машины и обору­ дование» в Москве.

Основные преимущества вертолета связаны с использованием соосного рас­ положения несущих винтов [1], [3], [18].

Соосные несущие винты позволяют получить требуемую силу тяги при относительно небольшом диаметре несущей системы, так как хорошо используется ометаемая площадь, и нижний винт подсасывает добавочный воздух сбоку. Вер­ толет имеет относительно малые габариты, достаточно компактен, что упрощает его обслуживание, хранение, транспортировку, расширяет область применения. Малые габаритные размеры, уменьшая разнос масс, создают малые моменты инер­ ции, поэтому у вертолета большие угловые скорости вращения и высокая манев­ ренность. Отсутствие громоздкой хвостовой балки облегчает пилотирование на малых высотах, обеспечивает безопасность полета над пересеченной местностью и возможность выполнять авиационно-химические работы на малых скоростях и высотах, упрощает выполнение вынужденных посадок. Относительно короткий и легкий фюзеляж соосных вертолетов позволяет увеличить полезную нагрузку; хорошая обтекаемость планера — максимально снизить вредное сопротивление.

3

Глава I ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА

И ПЛАНЕРА ВЕРТОЛЕТА

§ 1. ОБРАЗОВАНИЕ ТЯГИ ВИНТА

Общие сведения о воздушных винтах и потоках. Воздушные винты в основном предназначены для преобразования крутящего момента от вала двигателя в аэро­ динамическую силу. Пропеллеры (гребные воздушные винты) используют свою аэродинамическую силу для поступательного движения летательного аппарата. Несущие винты (роторы) в основном предназначены для создания подъемной силы, но могут использоваться и для создания движущей (пропульсивной) силы и выполнять функции управления. Воздушные винты, выполненные в виде осевых лопаточных машин, используются как вентиляторы, контрвинты (спрямляющие аппараты), ветряные двигатели, роторы компрессоров, газовых турбин и т. д.

На вертолетах применяются несущие винты, которые должны удовлетворять требованиям аэродинамики, прочности, жесткости, производства, эксплуатации и надежности. Большинство из этих требований входит в противоречие друг с дру­ гом, и поэтому создать несущий винт трудно.

Основными аэродинамическими требованиями к несущим винтам являются: обеспечение требуемой аэродинамической силы на всех режимах полета, получе­ ние возможно большего к. п. д. и возможно меньшей неравномерности нагрузок, отсутствие неустойчивости движений лопастей и опасных явлений в полете, не­ большие шарнирные моменты.

Многообразие функций, выполняемых несущим винтом, и требований, предъ­ являемых к нему, усложняют его конструкцию. Существует несколько теорий, объясняющих работу несущих винтов. Наиболее простой является теория идеального винта, разработанная русскими учеными еще в начале XX в. Работу реальных винтов объясняют две теории: классическая и вихревая. Относительно подробно теории несущего винта и его работа разбираются в курсах аэродинами­ ки вертолета [2, 4, 5, 7, 11, 14], поэтому в этой главе будут разобраны лишь неко­ торые узловые вопросы.

Для облегчения анализа работы несущего винта различают несколько режи­ мов его работы в зависимости от направления набегающего воздушного потока.

пендикулярную оси несущего винта и проходящую через середину втулки или по осям горизонтальных шарниров. У винтов с шарнирным креплением лопастей иногда за характерную плоскость удобнее брать плоскость вращения концов лопастей.

Если конструктивный угол атаки равен нулю, то набегающий воздушный поток называют плоским, а режим работы винта — режимом плоского (бокового) обтекания. Режим плоского обтекания может возникнуть при висении под дей­ ствием ветра. Если конструктивный угол атаки равен по абсолютной величи­ не 90°, то воздушный поток называют осевым (прямым), а режим работы винта —

5

режимом осевого обтекания. Осевое обтекание может возникнуть при висении и вертикальных режимах полета. Но наиболее общий случай обтекания, когда поток направлен к плоскости вращения под произвольным углом. Этот режим обтекания характерен для большинства режимов полета вертолета и называется режимом косого обтекания. Невозмущенный воздушный поток также называют косым.

Если невозмущенный воздушный поток набегает на плоскость вращения сверху, то углы атаки винта считаются отрицательными. Если же поток подходит к плоскости вращения снизу, то углы атаки положительны. Работа несущего винта на положительных углах атаки, когда винт получает энергию не от двига­

несущего винта может возникнуть циркуляция воздушного потока. Подобный режим, называемый вихревым кольцом, вместе с режимом самовращения разобран в главе «Особые случаи в полете». В этой главе проанализированы осевое и плос­ кое обтекания, так как косой поток можно условно считать состоящим из плос­ кого и прямого.

Тяга идеального несущего винта в прямом потоке. Физический смысл обра­ зования аэродинамической силы винта наиболее просто объясняется импульсной теорией идеального винта.

И д е а л ь н ы м в и н т о м называют винт, работающий без потерь; у такого винта вся подводимая к нему мощность расходуется только на создание полезной аэродинамической силы. Если идеальный винт обтекается осевым потоком, то спектр обтекания симметричен, и аэродинамическая сила, возникающая в резуль­ тате взаимодействия винта с воздухом, является силой тяги, так как направлена она вдоль оси винта.

Дополнительная скорость, получаемая воздушным потоком в результате взаимодействия с несущим винтом, называется индуктивной скоростью Vі . Индук­ тивную скорость в плоскости вращения винта называют индуктивной скоростью подсасывания Ѵі индуктивную скорость за винтом называют индуктивной ско­

ростью отбрасывания Ѵі 2- Индуктивные скорости, сообщаемые винтом воздуш­

ному потоку, увеличивают скорость потока, потому что винт подводит потоку дополнительную энергию от двигателя. Сила, ускоряющая воздушный поток, мо­ жет быть определена по второму закону механики, т. е. P = M j . А из третьего за­ кона механики следует, что с какой силой винт действует на воздух, с такой же силой воздух действует на винт. Поэтому тяга винта может быть подсчитана как реактивная сила T = P = M j .

возрастает при увеличении площади F, ометаемой винтом, массовой плотности р и скорости воздушного потока в плоскости вращения Ѵі = Ѵу + Ѵ і , а на режиме висения Ѵі = Ѵі и ускорение воздушного потока определится как разность CKO-

П..

ростей за винтом и до винта. Следовательно, / — -— - . Тяга винта на режиме

Если же рассмотреть баланс кинетической энергии воздушного потока, то не­ трудно установить, что индуктивная скорость отбрасывания в два раза больше индуктивной скорости подсасывания. Действительно, работа силы тяги в единицу времени равна разности кинетических энергий секундных масс воздушного потока за винтом и до винта. На режиме висения это может быть записано как

ги идеального винта на режиме висения принимает вид Т ~ 2 p F V 'ii ,

6