1.6.1 Сила тяги несущего винта по теории элемента лопасти

Просуммировав тяги всех лопастей, можно най­ти силу тяги НВ Тн:

Tн = Тл ∙Кл, где Тл – тяга лопасти; Кл- число лопастей НВ.

Расчет аэродинамических сил и моментов несущего винта вертолета производится по формуле основного закона сопротивления воздуха:

Тн=0,5С_Т (н rн)²Fн,

где С_Т - коэффициент тяги НВ характерного сечения лопасти с =0,7. Определяется опытным путем с помощью продувок НВ в аэродинами­ческой трубе.

За характерную скорость принята окружная скорость концевого эле­мента лопасти н rн, за характерную площадь - ометаемая площадь НВ Fн , за характерный радиус - радиус НВ .

Факторами, влияющими на коэффициент тяги С_Т, являются:

• Геометрия НВ (форма лопасти, профиль лопасти, заполнение);

• шаг НВ (углы установки лопастей);

• характеристика режима работы НВ  (скорость, углы атаки НВ).

1.6.2 Момент сопротивления вращению нв

Центры давления лопастей смещены относительно оси вращения НВ, по­этому каждая лопасть создает момент сопротивления вращению, или крутящий момент лопасти Mл (рис.1.8). Центры давления лопастей смещены относительно оси вращения НВ, по­этому каждая лопасть создает относительно оси вращения НВ момент сопротивления вращению. Моменты лопастей суммируются и образуют момент сопротивления вращению или крутящий момент несущего винта: М_Н= Х_л ∙r_л ∙Кл..

Момент сопротивления вращению определяется по формуле: Мкр=0,5mкр(н rн)²Fнrн.

Коэффициент крутящего момента НВ mкр зависит от тех же факто­ров, что и коэффициент тяги НВ. Увеличение углов установки лопас­тей НВ сопровождается увеличением сопротивления лопастей Х_л. При этом возрастает момент сопротивления вращению всего несущего винта.

16

Рис.1.8 Схема момента сопротивления вращению

И реактивного момента нв

В целях сохранения расчетных оборотов НВ увеличивается потреб­ный крутящий момент двигателей. Поэтому возрастает ко­эффициент крутящего момента НВ: mкр=2Ne/(н r) ³Fн. Здесь Ne- эффективная мощность двигателей.

На основе расчетов или опытных данных строится графическая за­висимость коэффициентов С_Т и mкр от углов установки лопастей НВ -поляра несущего винта (Рис.1.9):

Рис.1.9 Поляра несущего винта

17

1.6.3 Факторы, влияющие на силу тяги и крутящий момент нв:

1. Геометрия НВ. Выбор геометрических характеристик (числа, ло­пастей, формы и профиля лопастей, заполнения, ометаемой площади и др.) Обеспечивает оптимальное соотношение тяги и потребного крутящего момента НВ.

1. Шаг НВ. Увеличивается при перемещении вверх рычага "шаг-газ". При этом увеличива­ются углы атаки на лопастях, следовательно, коэффициенты С_Т , mкр, Т и Мкр.

3. Частота вращения НВ. При увеличении nн возрастают окружные скорости обтекания, тяга первоначально возрастает пропорционально (нr)². Однако при достижении некото­рой максимальной частоты вращения рост тяги прекращается, резко возрастает момент сопротивления, так как на концах наступающих лопастей развивается явление волнового кризиса. Поэтому установлена оптимальная частота вращения НВ, которая поддерживается по­стоянной для получения макси­мального кпд НВ.

4. Поступательная скорость (скорость ветра). При увеличе­нии скорости (при сохранении постоянного шага НВ) до Vэк наблюда­ется увеличение С_Т и Т, так как в косом потоке увеличивается секундная масса воздуха, проходящая через НВ. На V> V_эк наблюдается снижение Ст и Т. Это объясняется уменьшением секундной массы воз­духа вследствие потерь за счет срыва потока, обратного обтекания, волнового кризиса и др.

5. Угол атаки НВ. Увеличение _Н ведет к увеличению углов атаки элементов лопастей. При этом С_Т и Т увеличиваются, причем прирост тяги НВ на больших углах атаки (например, при посадке вертолета) больше, чем на малых (например, в горизонтальном полете).

6. Плотность воздуха (tнв, давление, Нбар, влажность). При повышении плотности  тяга Т и момент Мкр возрастают прямо пропорционально и наоборот, так как при изменении плотности изменяются значения аэродинамических сил элементов лопастей.

Выводы:

1. Тяга НВ - это суммарная аэродинамическая сила лопас­тей, действующая вдоль оси вращения НВ.

2. Крутящий момент - это аэродинамический момент, создаваемый силами сопротивления лопастей относительно оси вращения НВ и действующий против вращения НВ(рис.1.8).

3. Если геометрия НВ задана, и частота вращения поддер­живается постоянной, тяга и крутящий момент зависят от атмосферных условий, угла атаки и шага НВ. Для увеличения тяги НВ пилот увели­чивает шаг НВ, но при этом растет момент сопротивления вращению НВ. Для сохранения неизменной частоты вращения НВ необходимо увеличить мощность дви­гателей, так как должно выдерживаться равенство: М_Н=Мдв=7030Ne/nн,

где Ne- эффективная мощность двигателей, nн- частота вращения НВ.

18