Вертолет, 2004 №1, стр. 13
Рис. 4. Зависимость тяги от угла установки лопастей для различных компоновок винта
Рис. 5. Зависимости коэффициента тяги от угла «ножниц» при постоянном
Рис. 6. Зависимости КПД винта от коэффициента тяги для Н- и В-форм винта
Анализ результатов испытаний был проведен с целью выявления зависимости величины силы тяги винта от варьируемых параметров. При этом не затрагивался вопрос о влиянии этих параметров на величину потребляемой мощности и КПД винта на режиме висения. В то же время было отмечено, что зависимость коэффициента тяги винта от угла «ножниц» при постоянном значении коэффициента крутящего момента имеет отчетливо выраженный максимум (рис. 5).
Такой подход может быть правомерен для рулевого винта вертолета, для которого необходимо получить максимальный выигрыш в величине силы тяги, обеспечивающей необходимые характеристики маневренности и запасы управления на режиме висения и малых скоростях. Величина КПД винта при этом, как правило, уходит на второй план, однако и об этом параметре приходится вспоминать, когда необходимо определять максимальную величину мощности, передаваемой трансмиссией рулевого винта. Очевидно, что для несущего винта вертолета вопрос получения максимального значения КПД винта на висении является важнейшим.
На рис. 6 показана зависимость КПД винта от коэффициента тяги в Н- и В-конфигурациях при различных значениях угла «ножниц» между лопастями. Зависимости приведены для относительного расстояния между парами лопастей h=0,102 и для числа М конца лопасти, равного 0,65. Видно, что максимальные значения КПД, полученные на винте Н-формы, выше, чем у винта В-формы.
Представляет интерес сопоставление величины относительного КПД винта схемы «ножницы» с КПД винта с ортогональным расположением лопастей. На рис. 7 показано влияние угла «ножниц» ? на КПД х-образного винта с межэтажным расстоянием h=h/R=0,102. По оси ординат отложена величина ??=?0 x-винта/?0-90° то есть отношение КПД х-винта к КПД винта с ортогональным расположением лопастей.
Представленные зависимости со всей очевидностью демонстрируют преимущество Н-формы по сравнению с В-формой. Выявлен отчетливо выраженный максимум КПД винта в диапазоне угла «ножниц» 30–45° для компоновки Н-формы. Преимущество х-образного винта по КПД относительно винта с ортогональным расположением лопастей достигает 10–12 %.
Аналогичные зависимости получены и для других исследованных величин межэтажного расстояния. На графиках рис. 8 сопоставлены зависимости величины приращения КПД винта в конфигурации Н-формы от угла «ножниц» для двух крайних значений расстояния между модулями винта, при которых проводились испытания. Обращает на себя внимание тот факт, что при величине межэтажного расстояния h=h/R=0,126 с увеличением коэффициента тяги ty наблюдается существенное смещение максимума зависимостей ??(?) в сторону меньших значений угла «ножниц». Такое же смещение имеет место и при меньших расстояниях между модулями винта, однако оно проявляется в меньшей степени.
Заметное увеличение КПД х-винта наблюдается при значениях ty > 0,1. То, что увеличение КПД х-винта происходит с ростом ty, весьма важно, поскольку это означает снижение максимальной величины мощности, потребляемой рулевым винтом х-образной схемы, по сравнению с обычным винтом при максимальных значениях шага.
Завершая описание и анализ результатов исследований аэродинамических особенностей винта схемы «ножницы», нужно отметить, что они в значительной мере отличаются от результатов, изложенных в работе У. Соннеборна и Дж. Дриза, представленной в 1974 году на 30-м форуме Американского вертолетного общества. По словам авторов, в испытаниях модельного винта был получен удивительный результат: «Ни изменение азимутального положения от 90 до 30°, ни изменение расстояния между плоскостями вращения лопастей не вызвали измеримых изменений в характеристиках винта на висении».
Рис. 7. Коэффициент изменения КПД х-винта для Н- и В-форм в зависимости от угла «ножниц»
Рис. 8. Влияние угла «ножниц» на приращение КПД винта
Исследования же аэродинамических характеристик винта схемы «ножницы» на МВЗ им. М.Л. Миля (как было показано выше) привели к принципиально другому результату: выявлено влияние на характеристики винта как угла «ножниц», так и межэтажного расстояния. Объяснить «удивительный резулътат», полученный западными коллегами, можно, на наш взгляд, следующим:
— они проводили исследования на модели винта малого размера (D=61 см) и, соответственно, измеряли чрезвычайно малые силы и моменты;
— испытания проводились при числах оборотов винта в минуту в 3 раза меньших, чем при испытаниях на МВЗ. Отсюда и то, что наши исследования привели к другому результату: с уменьшением числа оборотов и, соответственно, числа М на конце лопасти влияние угла «ножниц» на характеристики винта уменьшается (рис. 9).
Рис. 9. Влияние числа М на характеристики х-винта, h/R=0,102
Выводы, которые можно сделать на основе сказанного выше, состоят в следующем.:
— компоновка четырехлопастного винта схемы «ножницы» с нижней лидирующей лопастью имеет преимущество по тяге и по коэффициенту полезного действия как перед винтом с ортогональным расположением лопастей, так и перед винтом схемы «ножницы» с верхней лидирующей лопастью;
— оптимальной по величине тяги компоновкой винта Н-формы является компоновка с углом «ножниц» в диапазоне от 30 до 60°. Увеличение тяги достигает 7 % по сравнению с винтом с ортогональным расположением лопастей;
— винт схемы «ножницы» с расположением модулей винта в компоновке «биплан» является наихудшим по величине тяги среди всех исследованных компоновок винта. Потери тяги при максимальных шагах достигают 25 % по сравнению с тягой винта с ортогональным расположением лопастей;
— преимущества схемы «ножницы» по величине тяги винта ощутимо проявляются при коэффициентах тяги ty > 0,1;
— оптимальный по КПД винта диапазон углов «ножниц» составляет от 30 до 60°. С увеличением коэффициента тяги максимум зависимости ??(?) смещается в сторону меньших значений угла «ножниц». Это смещение увеличивается с увеличением, расстояния между модулями винта;
— заметное увеличение КПД х-винта наблюдается при значениях ty > 0,1, при этом отмечена закономерность: чем больше ty, тем больше прирост КПД винта. Максимальное увеличение КПД х-винта достигает 10 % относительно КПД винта с ортогональным расположением лопастей;
— отмечено существенное ухудшение характеристик винта как по тяге, так и по КПД при угле «ножниц» 60° в компоновке винта с верхней лидирующей лопаетъю. На винте с нижней лидирующей лопастью этот эффект отсутствует.
Михаил РОЖДЕСТВЕНСКИЙ, канд. техн. наук, начальник отдела аэродинамики, МВЗ им. М.Л. Миля
ЭКСПЛУАТАЦИЯ
Задача у каждого своя
