77

КРЕМЕНЧУГСКОЕ ЛЕТНОЕ УЧИЛИЩЕ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ

АЭРОДИНАМИКА ВЕРТОЛЕТА МИ-8

(КОНСПЕКТ)

Исп. Скакалин Ю.А.

Рук. Игнатов Ю.А.

г.Кременчуг

1987 г.

г. Надым

2011 г.

Содержание

Закон сохранения массы и уравнение неразрывности_________________________________ 3

Основы аэродинамики несущего винта_____________________________________________ 4

Системы координат_____________________________________________________________ 5

Режимы работы несущего винта__________________________________________________ 6

Азимутальное положение лопасти_________________________________________________ 6

Зона обратного обтекания________________________________________________________ 7

Эффект косой обдувки___________________________________________________________ 8

Геометрические характеристики несущего винта_____________________________________ 9

Недостатки жесткого несущего винта______________________________________________ 9

Силы, действующие на лопасть в плоскости вращения_______________________________ 14

Аэродинамические силы, действующие на вертолет_________________________________ 16

Рулевой винт__________________________________________________________________ 17

Углы, определяющие положение вертолета в пространстве___________________________ 18

Центровка вертолета____________________________________________________________ 20

Равновесие и балансировка вертолета______________________________________________ 21

Назначение и работа стабилизатора________________________________________________ 22

Зависимость отклонения РУ (тарелки автомата перекоса) от скорости полета_____________ 24

Зависимость углов установки лопастей рулевого винта и отклонение педалей от скорости и режима полета__________________________________________________________________ 25

Статическая и динамическая устойчивость__________________________________________ 26

Управляемость и ее основные характеристики_______________________________________ 27

Потребная и располагаемая мощность горизонтального полета_________________________ 28

Режимы полета. Руление_________________________________________________________ 32

Режимы полета. Висение_________________________________________________________ 34

Эффект воздушной подушки______________________________________________________ 38

Зависимость Nпотр висения от взлетного веса, барометрической высоты, температуры и плотности воздуха_______________________________________________________________41

Режимы полета. Взлет____________________________________________________________ 42

Режимы полета. Набор высоты____________________________________________________ 44

Режимы полета. Горизонтальный полет_____________________________________________ 45

Особенности горизонтального полета_______________________________________________ 48

Разгон и торможение при горизонтальном полете_____________________________________ 49

Потребная и располагаемая мощность при разгоне на постоянной высоте_________________49

Вираж__________________________________________________________________________ 51

Режимы полета. Снижение________________________________________________________ 55

Режимы полета. Посадка__________________________________________________________ 56

Особые случаи полета. Отказ одного двигателя_______________________________________ 60

Особые случаи полета. Отказ двух двигателей________________________________________62

Режим самовращения несущего винта_______________________________________________64

Особые случаи полета. Отказ путевого управления____________________________________70

Режим вихревого кольца__________________________________________________________ 70

Срыв потока с лопастей__________________________________________________________ 71

Влияние обледенения на аэродинамические и летные характеристики вертолета__________ 72

Перетяжеление несущего винта____________________________________________________73

Земной резонанс________________________________________________________________ 73

Флаттет НВ_____________________________________________________________________74

Полеты с грузом на внешней подвеске______________________________________________ 74

Возможность опрокидывания на взлете при засасывании колеса________________________ 76

Интерференция РВ и НВ__________________________________________________________76

Аэродинамика – наука, изучающая законы силового взаимодействия газов с твердыми телами и ограничивающими поверхностями при их относительном перемещении.

Закон сохранения массы и уравнение неразрывности

При установившемся движении идеальной жидкости (несжимаемой) скорость обратно пропорциональна площади поперечного сечения струйки.

Выделим в воздухе струйку, рассмотрим сечение 1 и 2.

Обозначим: F1 и F2 –площади сечения

V1 и V2-скорости в сечении

p1 и p2-плотности в сечении

Скорость в каждой точке сечения будем считать постоянной (const). Поток будем считать установившимся, и неразрывным. Тогда для сечения 1 и 2 должен выполняться закон сохранения массы, т.е. масса воздуха за единицу времени через сечение1 должна равняться массе воздуха, вытекающего через сечение 2 за то же время. Математически это можно записать так:

m1 = p1V1F1 m2 = p2V2F2 m1 = m2 p1V1F1 = p2V2F2

На малых скоростях воздух можно считать несжимаемым, т.е. p1 = p2 = const.

Отсюда следует F1V1 = F2V2 = const. Это уравнение Эйлера (уравнение неразрывности). Из уравнения видно, что чем меньше сечение струйки F, тем больше скорость V в этом сечении.

Согласно уравнению Бернулли для параметров воздуха по сечениям можно сделать общий вывод, что чем выше скорость движения в каком-то сечении струйки, тем меньше давление в этом сечении.

Рассмотрев обтекание несущего профиля (лопасти, крыла) в установившемся потоке, выделим частицу воздуха, проходящую над профилем и под ним. В определенном сечении воздуха (трубке) из-за кривизны профиля сечение струйки над профилем уменьшается, по уравнению неразрывности скорость частицы воздуха в этом сечении увеличивается, а давление воздуха в этом сечении уменьшается. Создается разряжение воздуха над профилем. Под профилем сечение трубки из-за кривизны профиля уменьшается незначительно, разряжение воздуха гораздо меньше. Но так как в реальных несущих поверхностях всегда заложен положительный установочный угол, то поток воздуха под профилем из-за упругости воздуха сжимается, происходит уплотнение воздуха, которое воздействует на профиль снизу и вместе с разряжением сверху создает результирующую подъемную силу R, приложенную к центру давления и направленную вверх.

Основы аэродинамики несущего винта

Несущим называется винт, тяга которого обеспечивает создание как подъемной силы, так и движущей (пропульсивной) силы. Несущий винт также предназначен для управления вертолетом.

Различают НВ:

- с жестким креплением лопастей;

- с шарнирным креплением лопастей;

- на кардане.

Существуют три классификации теории несущего винта:

- Вихревая теория Жуковского, разработанная в 1912 году;

- Импульсная теория – эта теория дает представление о количественной величине тяги несущего винта с учетом атмосферных условий (температура, плотность, влажность, давление). Основана на 3 законе Ньютона при обязательном условии – подводе мощности. За счет подвода мощности НВ сообщает воздуху импульс силы (секундная масса на скорость, расход у НВ), тогда воздух оказывает реакцию взаимодействия НВ снизу, т.е. с какой силой НВ отбрасывает воздух вниз, с такой силой воздух действует на НВ снизу вверх;

- Теория элемента лопасти – суть этой теории заключается в том, что лопасть рассматривается как состоящая из множества элементов лопасти. Подъемная сила каждого элемента в своем сечении складывается в подъемную силу лопасти, а затем несущего винта. В дальнейшем создание подъемной силы несущим винтом и управление им будем рассматривать согласно теории элемента лопасти. Она называется классической.

При вращении лопасти каждый элемент вращается по своему радиусу и у каждого элемента своя окружная скорость. С увеличением радиуса вращения окружная скорость увеличивается. Из формулы создания подъемной силы скорость стоит в квадрате, значит и подъемная сила по радиусу будет возрастать в квадрате. Чтобы избавиться от чрезмерных изгибательных нагрузок с удлинением лопасти подъемную силу с увеличением радиуса вращения элементов необходимо уменьшать. Для этого применяют геометрическую и аэродинамическую крутку лопасти.

Геометрическая крутка – это конструктивное уменьшение установочного угла сечения элементов лопасти от комлевого сечения к концевому.

Аэродинамическая крутка – это чередование применяемых профилей от комлевого сечения к концевому. В конструкции лопасти вертолета Ми-8 применены профили NACA -230 (до радиуса 0,3) и NACA -230M до конца. Применив оба вида крутки лопасти, добились, что подъемная сила лопасти достигает своего максимума примерно к 0,7 радиуса, а затем плавно уменьшается практически к нулю. Концы лопастей при расчетных оборотах вращения несущего винта вращаются со скоростями, близкими к скорости звука. На больших скоростях начинают происходить волновые и срывные процессы, колебания типа Флаттер, что приводит к разрушению концов лопастей.