«Омский летно-технический колледж гражданской авиации им. А.В.Ляпидевского», филиал Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновское высшее авиационное училище ГА ( институт)»

Аэродинамика еврокоптера AS350 B2

Конспект лекций

Автор: преподаватель Васильев В.С.

Омск 2014

Еврокоптер as350 b2

Тема 1 аэродинамика несущего винта

Конструкция еврокоптера выполнена по классической одновинтовой схеме с хвостовым винтом, с одним газотурбинным двигателем и полозковым шасси (Рис.2).

Несущий винт (НВ) еврокоптера предназначен для создания подъёмной и пропульсивной силы в поступательном движении, обеспечения продольного и поперечного управления.

По конструкции производителя (Eurokopter, Франция) направление вращения НВ по часовой стрелке (если смотреть сверху) с номинальной частотой вращения 394 об/мин.

Он состоит из:

- мачты;

- втулки;

- трёх лопастей.

1.1 Втулка несущего винта (Рис.1)

Рис.1 Втулка несущего винта

Несущий винт еврокоптера трёхлопастной, с пластичным стеклорезиновым покрытием, с изменяемым числом оборотов.

Рис.2 Габаритные размеры еврокоптера

- Диаметр несущего винта d_н= 10,6м;

- ометаемая площадь НВ F_н= 89,75м²;

- количество лопастей К_л= 3;

- коэффициент заполнения σ- отношение суммарной площади лопастей к ометаемой площади: σ= К_лF_л/ F_н; σ= 0,004;

- форма лопасти в плане– прямоугольной формы со срезами законцовок и корневыми вырезами (рис.1);

- ширина лопасти (хорда) 350мм;

- профиль лопасти ОА ONERA двояковыпуклый несимметричный с относительной толщиной 9% и относительной кривизной 2%;

- угол установки лопасти φ – угол между плоскостью вращения НВ и хордой профиля лопасти. Изменяется с помощью рычага «шаг-газ».

- удельная нагрузка на ометаемую площадь р- отношение максимальной массы вертолёта к ометаемой площади НВ.

Чем больше р, тем больше тяговооруженность вертолёта и больше вертикальная скорость планирования с не работающим двигателем. Для еврокоптера: р=2250кгс/89,75м²=25,07кгс/м².

1.2 Угол атаки НВ

Углом атаки НВ называется угол, заключенный между вектором воз­душной скорости НВ и плоскостью вращения НВ (рис.3 ).

Р ис.3 Угол атаки НВ

Угол атаки НВ изменяется в полете под влиянием управляющих воздействий пилота. В зависимости от направления воздушного потока НВ может работать на нескольких режимах обтекания: осевого, косого, вихревого кольца, самовращения.

Режим осевого обтекания. Воздушный поток направлен параллельно оси вращения винта. Угол атаки НВ 90^о( Рис.4,а):

Р ис.4,а Режим осевого обтекания

Режим косого обтекания . Воздушный поток направлен под некоторым углом к плоскости вращения НВ (Рис.4,б);

Р ис.4,б Режим косого обтекания

Режим самовращения возникает, если НВ получает энергию для вращения от набегающего потока. Угол атаки НВ при этом положителен.

Режим вихревого кольца НВ возникает при снижении вертолёта с работающим двигателем на малой поступательной скорости.

1.3 Принцип образования тяги НВ

На режиме осевого обтекания воздух подсасывается лопастями и отбрасывается в осевом направлении (рис.5 ). В результате взаимо­действия с НВ воздушный поток получает индуктивную скорость Vi.

Р ис.5 Образование тяги НВ на режиме осевого обтекания

В плоскости вращения НВ увеличивает свою скорость от нуля доVi₁, где Vi₁- индуктивная скорость подсасывания.

Под винтом скорость возрастает от Vi₁ до Vi2. Vi₂- это скорость отбрасывания. Скорости Vi₁ и Vi2 находятся в соотношении: Vi2=2 Vi₁, то есть скорость под винтом удваивается.

Давление под винтом также возрастает от р1 до р2.

Согласно второго закона механики, увеличение количества движения массы воздуха равно импульсу силы, приложенной к этой массе возду­ха.

В то же время, согласно третьего зако­на механики, воздух воздействует на винт с силой, равной по значению и противоположной по направлению силе отбрасывания воздуха винтом. Эта сила называется тягой несущего винта Т_н.

Тяга –это сила реакции воздуха на изменение количества движения массы воздуха за счёт ускорения, сообщаемого этой массе.

Вывод формулы тяги НВ:

Ft = m Vi2-m0, где Ft – импульс силы; mVi2-m0 − изменение количества движения воздуха с массой m.

После преобразования можно записать:

F=m(Vi2-0)/t= mс (Vi2-0); Vi2=2Vi₁,

где mс - секундная масса воздуха, проходимого через ометаемую площадь НВ. Определяется по формуле: mc =Vi1Fн, где ρ - массовая плотность воздуха; Fн - ометаемая площадь НВ.

На режиме висения сила отбрасывания воздуха определяется по формуле:

F=Vi1FнVi2=2Fн Vi1².

Так как F_н= Т, можно записать формулу тяги:

Т_н=2Fн Vi1².

На тягу НВ влияют: плотность воздуха, индук­тивная скорость, частота вращения НВ, углы установки лопастей.

При увеличении шага НВ возрастает массовый секундный расход воздуха, тяга увеличивается.

Реальный НВ, в отличие от идеального, требует для своей работы дополнительных затрат мощности, вызванных потерями при его работе в воздушном потоке.

Наличие потерь приводит к снижению тяги реального НВ по сравне­нию с идеальным. Это уменьшение учитывается коэффициентом потерь:

Т_н= 2Fн χVi². Здесь χ- коэффициент потерь.

Чем меньше профильные потери, тем выше кпд несущего винта.

На режиме косого обтекания воздушный поток, подводится к НВ под произвольным углом атаки. Через плос­кость НВ проходят два потока: индуктивный со скоростью Vi1 и встреч­ный со скоростью V (Рис.6 ).

Рис.6 Образование тяги НВ на режиме косого обтекания

За счет увеличения секундной массы воздуха происходит увеличение тяги НВ.

Для расчета тяги НВ используется постулат Н.Е.Жуковского, сог­ласно которому в образовании тяги НВ участвует масса воздуха, заключенная внутри цилиндра с диаметром, равным диаметру НВ. Вывод формулы тяги аналогичен расчёту для режима осевого обтекания:

Для реального НВ:

Т_н= 2Fн χ Vi_ср V.

При увеличении поступательной скорости V тяга возрастает, так как увеличивается секундная масса воздуха, Подво­димая мощность уменьшается.

Эффект косого обтекания - это увеличение тяги НВ без подвода дополнительной мощности двигателя. При этом создается дополнительный запас мощности на верто­лете.

Однако на повышенных скоростях полёта тяга снижается из-за роста потерь на НВ ( например, срыва потока, расширения зоны обратного обтекания и др.).

Вывод: Импульсная теория устанавливает связь между тягой и мас­совым секундным расходом воздуха. Чем больше секундная масса воздуха, проходимая через винт, тем больше сила тяги, создаваемая несущим винтом.