1.4.2 Угол атаки элемента лопасти

Обтекание элементов лопасти имеет пространственный характер, так как на них воздействуют два потока: осевой и эффективный.

Осевой поток V_ос включает в себя: индуктивный поток V_i; поток от вертикальных перемещений ЛА V_y; от изменения угла атаки НВ Vosinн; от маховых колебаний лопастей и др.:

V_ос= V_i+ V_y+ Vosinн; Vэф=нr+ Vosin .

Скорость суммарного воздушного потока называ­ется результирующей скоростью:

W =V_ос +V_эф.

Для каждого элемента лопасти результирующие скорости обтекания изменяются в зависимости от режима полета. При этом изменяется и направление вектора скорости результирующего потока элемента W.

На рис.9 изображено построение угла атаки и аэродинамические силы элемента лопасти для режима осевого обтекания НВ:

Углом атаки элемента лопасти  r называется угол, заключенный между вектором скорости результирующего потока и хордой профиля элемента (рис.9 ). Определяется по формуле:  r =r- r. Здесь

r - угол установки элемента;

r - угол притекания элемента, то есть угол, под которым результирующий поток подходит к плоскости вращения НВ (КПВ).

Рис.9 Угол атаки и аэродинамические силы элемента лопасти

Из формулы следует, что углы атаки элементов лопасти могут изменяться под влиянием следующих факторов: углов установки лопастей (то есть шага НВ), углов притекания, которые, в свою очередь, зависят от:

• изменения угла атаки НВ ( режима работы НВ),

• числа оборотов НВ,

• поступательной скорости еврокоптера,

• вертикальных перемещений ЛА,

• маховых колебаний лопастей,

• перемещения рычагов управления ( ручки управления, рычага общего шага) и др.

При перемещении рычагов управления пилот изменяет углы установки лопастей, а также углы атаки НВ, тем самым воздействуя на углы атаки элементов лопасти. В зависимости от углов атаки на лопастях изменяется величина аэродинамических сил .

1.4.3 Аэродинамические силы элемента лопасти

Каждый элемент лопасти находится под углом атаки к резуль­тирующему потоку. Из-за несимметричного обтека­ния профиля элемента возникает полная аэродинамическая сила Rr (рис.9 ).

Проекциями силы Rr на связанные оси координат Ох и Оу являются сила тяги элемента Тr и сила сопротивления вра­щению Хr. Проекциями силы Rr на скоростные оси являются подъёмная сила элемента Уar и сила лобового сопротивления Хar.

На режимах с поступательной скоростью отличия тяги и подъемной силы незначительны, в то время как силы Хar и Хr могут существен­но отличаться по значению и по направлению.

Разложение полной аэродинамической силы элемента лопасти на составляющие позволяет исследовать работу несущего винта лопастей в плоскости тяги и в плоскости вращения НВ.

Просуммировав силы тяги всех лопастей, можно най­ти силу тяги НВ(Рис.10):

Т_Н= К_Л Т_Л , Т_Л=Т_ЭЛ,

где Т_Л– тяга лопасти;

Т_{Э Л}–тяга элемента лопасти;

Кл=3- число лопастей НВ.

Р ис.10 Распределение тяг лопастей при осевом обтекании

Расчет тяги производится по формуле основного закона сопротивления воздуха (см. раздел «Основы аэродинамики ЛА»):

Тн=0,5С_Т (н rн)²Fн,

С_Т - коэффициент тяги НВ. Определяется опытным путем с помощью продувок НВ в аэродинами­ческой трубе и графически снимается с помощью поляры НВ для еврокоптера;

н rн= 218м/сек - окружная скорость концевого эле­мента лопасти;

Fн=89,75м² - ометаемая площадь НВ.

Факторами, влияющими на тягу НВ, являются:

• геометрические характеристики НВ,

• шаг НВ,

• число оборотов НВ,

• положение рычага управления двигателем;

• скорость полёта (ветра).

• плотность воздуха.

В плоскости вращения на каждую лопасть НВ действуют силы сопротивления вращению Х_Н, которые определяются суммированием сил сопротивления элементов лопастей: Хн = Хл ∙Кл, , Х_Л= Х_ЭЛ.

Центры давления лопастей находятся на удалении 0,7R_Н относительно оси вращения НВ, по­этому создают момент сопротивления вращению (рис.11 ).

Момент определяется по формуле:

Мкр=0,5mкр(н rн)²FнRн.

mкр - коэффициент крутящего момента НВ. Снимается с поляры НВ.

Увеличение углов установки лопас­тей НВ сопровождается увеличением mкр и момента сопротивления Мкр НВ.

Рис.11 Схема образования реактивного момента НВ

Если геометрия НВ задана, обороты НВ поддер­живаются постоянными, 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 неизменных оборотов НВ необходимо увеличить мощность дви­гателя, так как должно выдерживаться равенство: М_Н=Мдв=7030Ne/nн,

Ne=531квт -эффективная мощность двигателя ARIEL,

nн=386 об/мин- частота вращения НВ.

Мдв- крутящий момент на валу свободной турбины.

Вследствие подвода к несущему винту крутящего момента, который преодолевает сопротивление лопастей, на вертолёт передаётся так называемый реактивный момент.

Реактивный момент действует в сторону, противоположную крутящему моменту двигателя и равен ему по величине. Следовательно, реактивный момент стремится развернуть еврокоптер влево, то есть против вращения несущего винта (Рис. 11).