Глава 3. Аэродинамический расчет автожира.
Аэродинамический расчет автожира делается с целью определения его летных характеристик, как то:
горизонтальных скоростей - максимальных и минимальных, без снижения;
потолка;
скороподъемности;
скорости по траектории при крутом планировании.
§ I. Поляра автожира.
Для выполнения аэродинамического
расчета автожира необходимо вычислить
поляру всего автожира. Почти все
существующие автожиры помимо основной
несущей поверхности - ротора - имеют еще
небольшое неподвижное крыло, расположенное
под ротором. Поэтому прежде всего в нашу
задачу должно войти определение поляры
комбинированной несущей поверхности,
состоящей из ротора и крыла; очевидно,
что, имея такую поляру, будет легко
получить поляру всего автожира простым
прибавлением вредного сопротивления
к лобовому
сопротивлению ротора и крыла.
Если подходить строго к этой задаче, то необходимо было бы учесть взаимное влияние ротора и крыла. Но если учет влияния ротора на крыло, выражающийся в скосе потока у крыла благодаря наличию индуктивной скорости, вызванной ротором, более или менее определен, то влияние крыла на работу ротора (которое возможно изменить распределением осевых скоростей на сметаемом диске ротора) учесть трудно. Поэтому мы ограничиваемся учетом влияния ротора на крыло. Это приближение допустимо еще и по той причине, что подъемная сила крыла у большинства существующих автожиров составляет от веса автожира примерно 8 - 10% на малых скоростях и 25 - 30% на максимальных скоростях.
Коэффициенты
и
при данном угле атаки автожира i
вычисляются подобно коэффициентам
и
при
помощи уравнений; аналогичных уравнениям
(47) (48) и (50), в последнем вместо
и
нужно брать
и
из продувки.
Если результаты продувки модели отнести
к площади, сметаемой ротором, то множитель
8 уравнения (50)
будет
равен единице,
§ 2. Построение кривой потребных тяг (кривая Пено) для горизонтального полета автожира.
Имея поляру автожира, мы можем приступить к вычислению и построению кривой потребных тяг для горизонтального полета у земли.
Ввиду того, что автожир может совершать горизонтальный полет при больших углах атаки (благодаря тому, что у него нет срыва струй, как у самолета), тяга его винта будет давать вертикальную слагающую (фиг. 73) и уравнения установившегося равномерного горизонтального полета для автожира при определенном угле атаки i напишутся так:
6 (55)
где G0 - полный вес автожира, Ф - потребная тяга пропеллера, τ - угол между осью пропеллера и плоскостью вращения ротора (плоскостью вращения считается плоскость, перпендикулярная к оси ротора).
Отсюда определяем погребную скорость горизонтального полета автожира:
(56)
и потребную тягу пропеллера:
(57)
На малых углах атаки эти формулы принимают обычный вид, встречающийся при аэродинамическом расчете самолета:
Определив V и Ф для ряда углов атаки i, мы построим кривую Пено автожира для горизонтального полета у земли.
Для горизонтального полета автожира на высоте, как и для самолета, строить кривую потребных тяг нет нужды, а нужно ввести для оси абсцисс дополнительные масштабы для различных высот.7
§ 3. Планирование и вертикальный спуск автожира.
Автожир, если он соответствующим образом сбалансирован, может совершать крутые планирующие спуски при больших углах атаки, так как для него, в отличие от самолета, не существует критического угла, при котором начинаются срыв струй на крыле и резкое уменьшение подъемной силы, и нет опасности штопора при потере скорости.
У
гол
планирования при данном угле атаки i
определяется из поляры автожира; он
равен углу, который составляет вектор
Сα с осью Сy
(фиг. 76):
(60)
На фиг. 7 дана диаграмма углов планирования автожира 2 – ЭА в зависимости от углов его атаки; из нее видно, что во время планирующего спуска автожира на углах атаки от 20° и выше ось ротора его расположена почти вертикально.
Скорость планирования по траектории определяется из условия равенства веса и полной аэродинамической силы автожира (фиг. 80):
,
отсюда
(61)
Подставляя в формулу (59) скорость планирования из уравнения(61) получим обороты ротора при планировании:
(62)
Вертикальная составляющая скорости планирования будет равна:
(63)
По графику (фиг. 79) видно, что, уменьшая угол атаки i автожира, мы будем приближаться к режиму пикирования и, наоборот, увеличивая