НА РЕЖИМАХ МАЛЫХ р. ВБЛИЗИ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

У.ЧЕНЫЕ
т о ом
у дк
ЗАПИСКИ
V/l
ЦАГИ
М3
1976
629.735.45.018.3.035.62
ИСПЫТАНИЯ МОДЕЛИ НЕСУЩЕГО ВИНТА
В ГИДРОКАНАЛЕ
НА РЕЖИМАХ МАЛЫХ р. ВБЛИЗИ ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
В. Ф. Антропов, Е. С. Киреев
Экспериментально исследовано влияние экранной водной поверх­
ности
на
аэродинамические
характеристики
модели
винта
на
режи­
ме висения и малых скоростях перемещения (fL = 0-+0,13). Показано
существенное влияние экрана на аэродинамические коэффициенты
силы тяги С т , продольной силы СН
и продольного момента m z в
диапазоне изменения характеристики режима работы винта
Установлен факт
значительного
уменьшения
определенной скорости перемещения, соответствующей
Исследования влияния
стики
модели
жесткого
одновинтового
экрана
вертолета
на
на
fL=O+ 0,06.
значений
СТ
аэродинамические
режимах
малых
fL
при
fL=0,04-+0,06.
характери­
проводились
ранее
в вертикальной аэродинамической трубе. Ограниченные размеры рабочей части
аэродинамической трубы, невозможность взаимного перемещения модели и экра­
на (экран неподвижен) и необходимость использования неустойчивых значений
малых скоростей потока
воздуха вносили определенные погрешности при ис­
следовании аэродинамических нагрузок, действующих на модель вблизи экрана.
В последние годы создано устройство, позволяющее проводить испытания моде­
лей несущих винтов при
малых скоростях перемещения
в
надводном
простран­
стве гидроканала ЦАГИ. Это устройство позволяет изменять расстояние от
модели до водной поверхности. Методика проведения исследований влияния
поверхности
на
аэродинамические
характеристики
модели
винта
в
гидроканале
получается более совершенной, так как при этом:
сохраняется кинематическое подобие натурным условиям полета вертолета­
винт
перемещается
относительно
поверхности
размеры экранирующей водной
гидроканала достаточно большие;
воды;
поверхности
и
надводного
пространства
модель винта можно перемещать с любой заданной малой скоростью, не­
обходимой для получения соответствующих режимов работы винта.
Проведенные ранее сравнительные экспериментальные исследования влия­
ния экрана с различной поверхностью на аэродинамические характеристики
модели винта при fL
О показали, что для малонагруженных винтов, каким
является несущий винт вертолета, значения коэффициента силы тяги С , полу-
=
т
ченные в присутствии водной поверхности и твердого гладкого экрана, практи­
чески
совпадают.
Настоящие испытания проводились на модели четырехлопастного несущего
винта диаметром
2,56
регулятора взмаха
128
м с коэффициентом заполнения
k=
О.
Форма лопасти в
плане -
а =
0,065.
Характеристика
прямоугольная,
массовая
=
характеристика "t
4,45, угол геометрической крутки .69 = - 6,50, профиль сече­
ния лопасти NACA-230 15,5-+-]2,5. С помощью тензометрических весов измерялись
сила тяги Т, крутящий момент Мк,проДольная сила Н и продольный момент
(flz
винта. Аэродинамические коэффициенты определялись по формулам:
с =
2Т
.
? (roR)2 "Я2 '
Т
Сн
т
2Н
=
2Mz
= -.,-=-"'---,=-=-
тz
? (шR2) 1tR2
Расстояние от водной поверхности
2Мк
.
? (шR2) 1tR3 '
к=
? (шR2) 1tR3
экрана до
-
о
плоскости
шарниров втулки несущего винта изменялось в диапазоне
горизонтальных
h=hjR = 0,22 +- 1,72.
р=О
~p
. /~
J; = 0,22
0,015
0,1f.7 ",> / ' /'
1,1,- j>
~
./~
0,010
'(
у
/. v
,/
1--
V
O~
'/ :/
"/ /
1/
I ~ 'l
'} VJ 1, 72
I
f:f/,If
IТ~
0,005
,г/
)
>-
~/
~
V
'. v
I~
о
0,0005
0,0010
Фиг.
На графиках фиг. 1 для некоторых значений h
CT=!(тk), соответствующие режиму висения. Видно
экрана,
h = 1,72.
что при
проявляющееся
в
увеличении
В представленных
h = 1,72 влияние
hoo )·
значений
экспериментальных
СТ
приведены зависимости
положительное влияние
по
сравнению
материалах
с
условно
СТ
при
принято.
экрана на аэродинамические характеристики отсут-
ствует (ii 1 72 =
На фиг. 2 показаны зависимости СТ/СТrж> и тKjтK
00
от
ii,
полученные из:
поляр соответственно при постоянных значениях т к и Сто Положительное
влия­
ние близости водной поверхности проявляется в уменьшении коэффициента
потребной мощности и увеличении коэффициента силы тяги винта. Подобные
зависимости
на режиме висения получались и ранее.
Предыдущие опыты
и
настоящие
испытания
показали,
что
при
меньших
тк
значениях
ственно СТ влияние экрана проявляется больше. Это отмечается и
ских работах, посвященных исследованиям влияния земли
характеристики
На фиг.
3
на
в
и
соответ­
теоретиче-
аэродинамические
вертолета.
представлены зависимости С Т ' стfстrж>
различных значениях
ния
от
несущего
могут быть очень
h:
и
тк
от
/J.
при
9 = 80
и
Учитывая, что реально возможные значения расстоя­
винта вертолета до
земли
или
водной
поверхности не
малыми,
практический
интерес
представляют материалы,
полученные при h:;;;" 0,47. Из графиков видно, что при h:;;;" 0,47 существенное
влияние экран оказывает в диапазоне /J. = О -+- 0,06. Например, при h = 0,47 уве­
личение коэффициента
/J. = 0,05.
9- Ученые
С Т составляет
В диапазоне малых
записки
/J. (/J.
примерно
< 0,05),
15%
при
так же как и при
/J. = О и 3-4% при
/J.=O, влияние экрана
129
,
проявляется больше при меньших зна чениях общего
особенно заметно при малых
шага
винта.
Это
явление
h.
в опытах, проведенных ранее в а9родинамической трубе как при <p=const,
так и при mK=const, и в материалах настоящих испытаний привлекает внимание
некоторый .провал· в зависимости С Т =/ (fL), особенно проявляющийся при малых
значениях
7i
(см. фиг. 3). В соответствующих зависимостях, полученных теорер=о.
т"
тКОО
т,,=
~и
0,0.006
т"
I~
\
1,3 0,9
""
1
1,2 0,1
1,1 o,~1
/
~~
k"
(сг =о,о.l)
/~ ~II
1/0,0.008
~
тКО<>
г
....
f'><' 'г;>Летные испытания
/ ~ t'...
г'
l ' ~ t-..,i'-
/
~
СТ
-
СТОО
/15
1,0.
Фиг.
2
I
tp=8°;oc=o.
т"
0,0.15 одОl}
,
..
..
~.
...- -:-
.
..
..- --'
г-:.: t:::::::
-'.-
. ~~
1-'
....... ~
-li=1,72
O1Q;0010- 1-- _ ........ - 1,10
I
.:-.. - 0,76
j--'(F"
i=f:=.:
I
-----;:,;; ""' }сг
f--
~.
~
I
--&--
+
b=o,~71
0,31
-'-0--
_.. +--
t- г-
{Ц2
r- -{,т"
I
0,0005
0,05
.r-
li-05
0,10
ь=о,25u o,S-оnblmh'
~':I~j~s - 11 U3/lQI!UHUMu"~CKOU
m/lVo~
J ..... ~ J j. .. .l J.1 I I I
;;ь
-' t::::l'::::::" ..... -:;;r J:..-,: ..!. .L ~. :::F-l
0,10
0,05
Фиг.
3
тическим путем, такого явления не отмечается. Таким образом, наличие .про·
вала" в зависимости С Т
(fL) при fL
0,04 +- 0,06 можно считать эксперимен-
=/
=
тально установленным фактом. Это согласуется с практикой увеличения потреб­
ной мощН'ости винта вертолета при работе его вблизи земли на малых высотах
и малых скоростях полета. Физическая сущность 9ТОГО явления заключается
в
том,
стях
что вихревая
полета
в
система
несущего
присутствии
экранной
винта
при
малых поступательных
поверхности
подвержена
скоро­
значительным
деформациям. При малой скорости полета свободные вихри, сошедшие с лопа­
стей, образуют вблизи земли по периметру передней части вихревой системы
мощный дугообразный вихрь. Этот вихрь создает дополнительное поле индук­
тивных скоростей, что приводит к снижению силы тяги винта. При дальнейшем
увеличении скорости полета
130
вихревая система скашивается и отклоняется
назад,
дугообразный вихрь исчезает
и
наступает
выравнивание
значений
силы тяги
винта. Косвенным подтверждением правильности такого объяснения служит
тот факт, что при проведении испытаний модели винта вблизи экрана на отри­
цательных углах атаки уменьшение силы тяги более значительное, чем на по­
.JIожительных, когда передняя часть диска более удалена от экрана.
По результатам опытов
определено, что
на графиках фиг. 3, практически мало
при значительном уменьшении
в диапазоне fL = О -+- 0,03.
значения
изменяются
mк
при
=!(fL),
различных
показанные
h.
Только
величины mк несколько уменьшаются
h (/i < 0,47)
О
<р=в ; «=0
Q,O/JDI
v~
l
О
~
В· f:7
~
IP
~,
..
/1
~tf
~~
~I
-
l.--::: ~
-
.4. ~-
-s ?
v
.... ~ ~
17 = 0,"
./
qOq /
-~
-
""'"
;;..-
~10
Р
У
1".
1'~'1::"
/
_'а
-'"
I
~tJlJO"
I.~ ~
1l4'
If / 1/
/
о
Г,' [t?
'р
11
1ft [~
...."..
.-
~ I!"'" ~
o=Q,S~
v.. ~
v
--
.......::: ;;;;'Р'
v
J...,.1--
п=о,S-оnh/mbl
! tz.!lpolluHtzMuQecKoil
I~ ~ ~ с:"... ~
.. t- .г- . - 0,05
mру5е
0,10
_ _ b=~72
--tr--
-.-.-
1Д]
-'-0-'-
_ ..-,t- .. -
0,78
0,5.1
Фиг.
Р.
Ь =/J,1J7
/J,JI
0,22
-.~.-
4
Влияние близости водной поверхности на величины коэффициентов С Н и mz
при различных значениях 1i показано на граф иках фиг. 4. Если проанализиро­
вать влияние экрана при h;;. 0,47, то можно отметить, что СН и mz значительно
уменьшаются при увеличении
fL
в диапазоне
fL=0-+-0,06,
растании 11. влияние экрана практически исчезает. При
>
а при дальнейшем воз­
h<0,47
влияние поверх­
ности более существенно и проявляен;я при fL
0,06. Аналогичные зависимости
с н и mz от fL были получены при испытании модели винта в аэродинамической
трубе. Качественно -они согласуются с зависимостями, найденными по резуль­
татам опытов в гидроканале (см. фиг. 4). Теория также показывает уменьшение
значений коэффициентов С Н и m z в диапазоне малых 11., однако не такое суще­
ственное,
как
в
Изменение
эксперименте.
значений
коэффициентов
СН и
mz
при
работе
винта
вблизи
какой-либо поверхности повлечет за собой изменение суммарного продольного
момента относительно центра тяжести вертолета. Следовательно, влияние бли­
зости земли может отразиться на балансировочных значениях угла отклонения
кольца автомата перекоса в продольной плоскости.
Результаты
-оценки
влияния
лравомерно
проведенных
близости
.использовать
испытаний
земли
на
показали,
что
аэродинамические
неподвижный
экран
в
для
предварительной
характеристики
аэродинамической
винта
трубе.
131
O.ll.HaKo для получения количественных соотношений аэродинамических харак­
теристик винта на режимах малых fL вблизи какой-либо поверхности более
обосновано проведение подобных испытаний в гидроканале.
Результаты испытаний винта в гидроканале хорошо согласуются с данными
летных испытаний, в которых исследовалось влияние близости земли на по­
требную мощность
малых
fL.
Так,
на
и
максимальную
режиме
висения
силу
тяги
винта
максимальное
вертолета
различие
в
на
режимах
зависимостях
fT/CToo=!(h) при mK=const и mK/mKOO=!(h) при cT=const составляет 5-6%_
Таким образом, предложенная методика проведения
опытов
позволяет по­
лучать достаточно достоверные данные о влиянии экранной поверхности на
аэродинамические характеристики винта на режимах висения и малой скорости
перемещения.
Рукопись поступила
4/IX 1974
г_