Численное моделирование интерференции между несущим и рулевым винтами вертолета при вертикальном снижении, включая режим «вихревого кольца» несущего винта

Авторы

Игнаткин Ю. М.^1*, Макеев П. В.^**, Шомов А. И.^2***

1. Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4
2. Национальный центр вертолетостроения имени М.Л. Миля и Н.И. Камова, ул. Гаршина, 26/1, Томилино, Московская область, 140070, Россия

*e-mail: k102@mai.ru; ignatkinym@mai.ru
**e-mail: vaultcity13@gmail.com
***e-mail: shomov_aleksandr@mail.ru; a.shomov@nhc.aero

Аннотация

Работа посвящена исследованию аэродинамических характеристик комбинации несущего (НВ) и рулевого винтов (РВ) вертолета одновинтовой схемы. Используется нелинейная лопастная вихревая модель винта со свободным диффундирующим вихревым следом, разработанная на кафедре «Проектирование вертолетов» МАИ. Рассмотрены режимы вертикального снижения вертолета, включая режим «вихревого кольца» несущего винта. Рассчитаны аэродинамические характеристики винтов, получены картины визуализации вихревого следа, полей индуктивных скоростей, а также линий тока, с учетом взаимной интерференции. Проведена оценка полученных результатов с точки зрения обеспечения путевого управления вертолета.

Ключевые слова

несущий винт, рулевой винт, численные методы аэродинамики винта, нелинейная вихревая модель, вертикальное снижение, интерференция между винтами, аэродинамические характеристики

Библиографический список

1. Акимов А.И. Аэродинамика и летные характеристики вертолетов. М.: Машиностроение, 1988.- 144 с.
2. Аникин В.А., Павлиди Ф.Н. Расчет аэродинамических характеристик несущего винта с лопастями произвольной формы. Труды научных чтений посвященных памяти академика Б.Н. Юрьева. Теоретические основы вертолетостроения и проектирование вертолетов. Москва, 1984. ИЕТ АН СССР, М, 1986.
3. Баскин В.Э., Вильдгрубе Л.С., Вождаев Е.С., Майкопар Г.И. Теория несущего винта / Под ред. Мартынова А.К. М.: Машиностроение, 1973.- 363 с.
4. Белоцерковский С.М., Локтев Б.Е., Ништ М.И. Исследование на ЭВМ аэродинамических и упругих характеристик винтов вертолета. М.: Машиностроение, 1992. – 160 с.
5. Браверманн А.С., Вайнтруб А.П. Предельные режимы полета. М.:М Машиностроение, 1988. – 280 с.
6. Бутов В.П. Структура, геометрия и интенсивность спутного вихревого следа несущих винтов одновинтовых и ссосных вертолетов в реальных условиях полета. Труды 4-го форума Российского вертолетного общества. М., 2000.
7. Вождаев Е.С. Аэродинамика вертолетов. Машиностроение. Энциклопедия. Том 4-41. Самолеты и вертолеты. Книга 1. Аэродинамика, динамика и прочность. М.: Машиностроение, 2002.
8. Володко А.М. Безопасность полета вертолетов. М.: Транспорт, 1981.- 223 с.
9. Джонсон У. Теория вертолета. В 2-х книгах. М.: Мир, 1983.
10. Зозуля В.Б., и др. Практическая аэродинамика вертолета Ми-2. Москва. «Воздушный транспорт». 1984.- 175 с.
11. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В, Шомов А.И. Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолета на режиме «вихревое кольцо» на базе нелинейной лопастной вихревой теории. Вестник МАИ, т.16, №6, 2009.
12. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Гревцов Б.С., Шомов А.И. Нелинейная лопастная вихревая теория винта и ее приложения для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолета. Вестник МАИ, т.16, №5, 2009.
13. 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. Электронный журнал «Труды МАИ», №38, 2010. http://www.mai.ru/science/trudy/
14. Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г., Макеев П.В, Шомов А.И. Моделирования режима «вихревого кольца» несущего винта вертолета на базе нелинейной вихревой модели и методов CFD. Электронный журнал «Труды МАИ», №59, 2012. http://www.mai.ru/science/trudy/
15. Петросян Э.А. Аэродинамика соосного винта. М: Полигон-Пресс, 2004.- 816 с.
16. Симоненко В. В режиме «вихревого кольца». Гражданская авиация, №5, 1987.
17. Тябрисова Н.У., Ивчин В.А. Математическое моделирование индуктивных скоростей при положительных углах атаки несущего винта и расчет границ «вихревого кольца». Труды МВЗ им. М.Л. Миля. М. 1997.
18. Шайдаков В.И., Завалов О.А. Исследование параметров вихревого следа несущего винта вертолета на режимах осевой обдувки на основе нелинейной дисковой вихревой теории. Вестник Московского авиационного института,2010, т. 17, №5, с.57-64.
19. Щеглова В.М. Нестационарное обтекание несущего винта на режимах крутого планирования и вихревого кольца. Ученые записки ЦАГИ , Том XLIII 2012 №3.
20. Юрьев Б.Н. Аэродинамический расчет вертолетов. М.: Оборонгиз, 1956
21. Brown, R. E., Newman, S. J., Leishman, J. G., and Perry, F. J., “Blade Twist Effects on Rotor Behaviour in the Vortex Ring State,” Proceedings of the 28th European Rotorcraft Forum, 2002.
22. Leishman, J. G., Bhagwat, M. J., and Ananthan, S., “Free-Vortex Wake Predictions of the Vortex Ring State for Single Rotor and Multi-Rotor Configurations,” Proceedings of the 58th Annual Forum of the American Helicopter Society International, Montr´eal Canada, 2002.
23. R. Celi, M. Ribera. Time Marching Simulation Modeling in Axial Descending Through the Vortex Ring State. 63rd American Helicopter Society International Annual Forum 2007
24. Newman, S. J., Brown, R., Perry, J., Lewis, S., Orchard, M., and Modha, A., “Comparative Numerical and Experimental Investigations of the Vortex Ring Phenomenon in Rotorcraft,” Proceedings of the 57th Annual Forum of the American Helicopter Society International, 2001
25. Washizu, K., Azuma, A., Koo, J., and Oka, T., “Experiments on a Model Helicopter Rotor Operating in the Vortex Ring State,” Journal of Aircraft, Vol. 3, No. 3, May-June 1966, pp. 225– 230.
26. Brinson, P., and Ellenrieder, T., Experimental Investigation of Vortex Ring Condition, Proceedings of the 24th European Rotorcraft Forum, Marseilles, France, 1998.
27. Castles, Jr., and Gray, R.B., “Empirical Relation between Induced Velocity, Trust, and Rete of Descent of a Helicopter Rotors as Determined by Wind-Tunnel Tests on Four Model Rotors,” NASA TN-2474, October 1951.
28. J. Gordon Leishman. Principles of Helicopter Aerodynamics. Cambridge University Press. 2000.

Скачать статью