Экспериментальные исследования нестационарных аэродинамических характеристик колеблющегося по углу тангажа вертолётного профиля

Авторы

Кириллов О. Е.^*, Миргазов Р. М.^**, Голубев Н. В.^*, Петрухин Д. А.^*

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: spintest@tsagi.ru
**e-mail: ruslan.mirgazov@tsagi

Аннотация

В статье представлены результаты экспериментальных исследований нестационарных интегральных и распределенных аэродинамических характеристик вертолетного профиля в стационарном и нестационарном режимах. Стационарный режим – это неподвижный профиль в однородном стационарном потоке воздуха. Нестационарный режим – это колеблющийся по углу тангажа профиль в однородном стационарном потоке воздуха. Исследования были проведены в вертикальной, замкнутой, с открытой рабочей частью аэродинамической трубе ЦАГИ. Испытания проводились при числах Рейнольдса Re=270000 и 540000; приведенных частотах от 0.06 до 0.26.

Особенностью исследований было использование двух методов определения аэродинамических характеристик, а именно: прямой метод измерения сил с помощью весов и вычисление сил интегрированием распределения давления вдоль хорды. Проведено сравнение полученных результатов, показано их удовлетворительное совпадение в стационарном режиме.

Другой особенностью исследований был анализ пульсаций сил и давлений на поверхности профиля. В частности, применением вейвлет-анализа продемонстрировано явление, названное «взрыв частот», характерное для динамического отрыва потока.

Ключевые слова

колебания по углу тангажа, динамический срыв, аэродинамическая труба, вейвлет

Библиографический список

1. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное моделирование прикладных задач аэродинамики вертолета на базе нелинейной лопастной вихревой модели винта // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=65636

2. Гарипова Л.И., Батраков А.С., Кусюмов А.Н. Учет динамических условий обтекания профиля при решении задачи определения балансировочных углов несущего винта вертолета // Труды МАИ. 2017. № 95. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=84439

3. Ham N.D., Garelick M.S. Dynamic Stall Considerations in Helicopter Rotors // Journal of 'the American Helicopter Society, April 1968, vol. 13, pp. 49 - 55.

4. Johnson W., Ham N.D. On the Mechanism of Dynamic Stall, Journal of the American Helicopter Society, October 1972, vol. 17, pp. 36 - 45.

5. McCroskey W.J., Carr L:W., McAlister K.W. Dynamic Stall Experiments on Oscillating Airfoils // AIAA Journal, 1976, vol. 14, no. 1, pp. 57 - 63, available at: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/3.61332

6. McCroskey W.J., Philippe J.J. Unsteady Viscous Flow on Oscillating Airfoils // AIAA Journal, 1975, vol. 13 (1), pp. 71 - 79.

7. Sathesh Mariappan, A.D. Gardner, Kai Richter, Markus Raffel. Analysis of Dynamic Stall Using Dynamiс Mode Decomposition Technique // AIAA Journal, November 2014, vol. 52, no. 11, pp. 2427 - 2439, doi: 10.2514/1.J052858

8. Mulleners K., Pape A.L., Heine B., Raffel M. The dynamics of static stall // In: 16th International Symposium of Laser Techniques to Fluid Mechanics, Lisbon, Portugal, 10-12 Yuli 2012, available al: https://www.researchgate.net/publication/236619991_Mulleners_et_al_2012_lisbon_staticstall

9. Анимица В.А., Борисов Е.А., Крицкий Б.С., Миргазов Р.М. Расчетные исследования виброперегрузок несущего винта, вызванных пульсацией силы тяги, на базе вихревой теории // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=69626

10. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В, Шомов А.И. Программный комплекс для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолетов на базе нелинейной лопастной вихревой теории // Труды МАИ. 2010. № 38. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=14148

11. Бузыкин О.Г., Голубев Н.В., Казаков А.В. Численные и экспериментальные исследования нестационарных аэродинамических характеристик колеблющихся профилей в условиях трубного эксперимента // Труды 10-го Форума Российского вертолётного общества (Москва, 28-29 ноября 2012). - М.: МАИ, 2012. Т. 1. С. 105 - 116.

12. Coe C.F., Mellenthin J.A. Buffeting Forces on Two-dimensional Airfoils as Affected by Thickness and Thickness Distribution, NACA RM A53K24, 1954, available at: http://www.aerade.aero/reports/1954/naca-rm-a53k24.pdf

13. Andrew H. Lind, Anya R. Jones. Unsteady airloads on static airfoils through high angles of attack and in reverse flow // Journal of Fluids and Structures, 2016, vol. 63, pp. 259 - 279, doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2016.03.005

14. Richter K., Koch S., Gardner A.D., Mai H., Klein A., Rohardt C.-H. Experimental investigation of unsteady transition on a pitching rotor blade airfoil // 38th European Rotorcraft Forum, 4–7 September 2012, Amsterdam, Netherlands, pp. 1099 - 1111.

15. Голубев Н.В., Кириллов О.Е., Махнев М.С. Экспериментальное исследование в АДТ ЦАГИ СВС-2 влияния чисел Маха потока и приведенной частоты на нестационарные аэродинамические характеристики вертолетных профилей при колебаниях по углу атаки // Материалы Шестнадцатой международной школы-семинара «Модели и методы аэродинамики». – М.: ЦАГИ, 2016.- 198 с.

16. Leishman J.G. Principles of Helicopter Aerodynamics, Cambridge University Press, New York, USA, 2006, available at: https://books.google.ru/books?hl=ru&lr=&id=nMV-TkaX-9cC&oi=fnd&pg=PR19&ots=CrcSm7ZHcz&sig=a_dRqOKb54AoSHVg6za3IpHHkcQ&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false

17. Чуи К. Введение в вэйвлеты: Пер. с англ. – М.: Мир, 2001. - 412 c.

18. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 304 с.

19. Рыбин В.В. Описание сигналов и линейных нестационарных непрерывных систем управления в базисах вейвлетов // Труды МАИ. 2003. № 10. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34572

20. Рыбин В.В. Разработка и применение пакетов расширения MLSY_SM СКМ Mathcad, Maple, Mathematica, Matlab // Труды МАИ. 2003. № 13. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=34432

Скачать статью