Влияние геометрической компоновки на аэродинамические характеристики несущего винта на режимах «вихревого кольца»

DOI: 10.34759/vst-2023-2-7-16

Авторы

Макеев П. В.^*, Игнаткин Ю. М.^**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: vaultcity13@gmail.com
**e-mail: k102@mai.ru; ignatkinym@mai.ru

Аннотация

Исследовано влияние различных вариантов геометрический компоновки несущего винта (НВ) на его аэродинамические характеристики на режимах вертикального снижения в области режимов «вихревого кольца». Рассмотрены 2-, 4- и 6-лопастные одиночные НВ, а также 6-лопастный (3 + 3) соосный НВ, имеющие одинаковое заполнение, диаметр винта, скорость вращения, крутку лопастей и набор аэродинамических профилей. Рассчитаны и проанализированы аэродинамические характеристики, формы вихревого следа и картины обтекания винта. Показано, что рассмотренные решения по оптимизации геометрической компоновки НВ, улучшающие аэродинамические характеристики на режиме висения, одновременно приводят к их ухудшению на режимах «вихревого кольца». Полученные результаты могут быть полезны при выборе параметров НВ вертолетов различных схем.

Ключевые слова:

несущий винт, количество лопастей, крутка лопастей, режимы «вихревого кольца», аэродинамические характеристики

Библиографический список

1. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Расчетное исследование влияния геометрической компоновки несущих винтов на КПД на режиме висения на базе нелинейной лопастной вихревой модели // Научный вестник МГТУ ГА. 2018. Т. 21. № 6. С. 43–53. DOI: 10.26467/2079-0619-2018-21-6-43-53
2. Акимов А.И. Аэродинамика и летные характеристики вертолетов. — М.: Машиностроение, 1988. — 140 с.
3. Johnson W. Rotorcraft aeromechanics — Cambridge University Press, New York, 2013. — 944 p.
4. Петросян Э. А. Аэродинамика соосного вертолета. — М.: Полигон-Пресс, 2004. — 820 с.
5. Drees J.M., Hendal W.P. The Field of Flow through a Helicopter Rotor Obtained from Wind Tunnel Smoke Tests // Journal of Aircraft Engineering. 1951. No. 23, pp. 107-111.
6. Castles W.Jr., Gray R.B. Empirical Relation between Induced Velocity, Trust, and Rate of Descent of a Helicopter Rotor as Determined by Wind-tunnel Tests on Four Model Rotors. — NASA TN-2474, 1951, 74 p. URL: 19930083181.pdf
7. Washizu K., Azuma A, Koo J., Oka T. Experiments on a Model Helicopter Rotor Operating in the Vortex Ringstate // Journal of Aircraft. 1966. Vol. 33. No. 3, pp. 225-230. DOI: 10.2514/3.43729
8. Empey R.W., Ormiston R.A. Tail-Rotor Thrust on a 5.5-Foot Helicopter Model in Ground Effect // 30th Annual National V/STOL Forum (1974; Washington, D.C.), 13 p.
9. Xin H., Gao Z. A Prediction of the Helicopter Vortex-ring State Boundary // Journal of Experiments in Fluid Mechanics. 1996. No. 1, pp. 14-19.
10. Betzina M.D. Tiltrotor Descent Aerodynamics: A Small-Scale Experimental Investigation of Vortex Ring State // 57th Annual Forum (09-11 May 2001; Washington, D.C.), 12 p.
11. Stack J., Caradonna F.X., Savas Ö. Flow visualizations and extended thrust time histories of rotor vortex wakes in descent // Journal of the American Helicopter Society. 2005. Vol. 50. No. 3, pp. 279-288. DOI: 10.4050/1.3092864
12. Johnson W. Model for Vortex Ring State Influence on Rotorcraft Flight Dynamics. — NASA/TP-2005-213477, 2005, 76 p.
13. Белоцерковский С.М., Локтев Б.Е., Ништ М.И. Исследование на ЭВМ аэродинамических и аэроупругих характеристик винтов вертолета. — М.: Машиностроение, 1992. — 219 с.
14. Leishman J.G., Bhagwat M.J., Ananthan S. Free-Vortex Wake Predictions of the Vortex Ring State for Single-Rotor and Multi-Rotor Configurations // 58th American Helicopter Society International Annual Forum (11–13 June 2002; Montreal, Quebec, Canada), pp. 956-986.
15. Anikin V.A. Helicopter Main Rotor Aerodynamic Performance in Descent Conditions // 58th Annual Forum of the American Helicopter Society International (11-13 June 2002$ Montreal, Canada), 15 p.
16. Bailly J.A Qualitative Analysis of Vortex Ring State Entry Using a Fully Time Marching Unsteady Wake Model // 36th European Rotorcraft Forum (7-9 September 2010; Paris, France), 18 p.
17. Крымский В.С., Щеглова В.М. Исследование вихревой системы и индуктивных скоростей несущего винта на режимах висения и крутого планирования // Научный вестник МГТУ ГА. 2014. № 200. С. 86-90. URL: https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/15/16
18. Косушкин К.Г., Крицкий Б.С., Миргазов Р.М. Расчетные исследования аэродинамических характеристик винтов мультикоптеров // Научный вестник МГТУ ГА. 2021. Т. 24. № 5. С. 60–75. DOI: 10.26467/2079-0619-2021-24-5
19. 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 Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 5. С. 24–31.
20. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шайдаков В.И., Шомов А.И. Расчетные исследования режимов висения и вертикального снижения несущего винта на базе нелинейной лопастной вихревой модели // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2018. № 3. С. 73–80.
21. Makeev P.V., Ignatkin Yu.M., Shomov A.I. Numerical investigation of full scale coaxial main rotor aerodynamics in hover and vertical descent // Chinese Journal of Aeronautics. 2021. Vol. 34. No. 5, pp. 666-683. DOI: 10.1016/j.cja.2020.12.011
22. Makeev P.V., Ignatkin Yu.M., Shomov A.I., Ivchin V.A. Comparative Study of 3-Bladed and Scissors Tail Rotors Aerodynamics in Axial Flow // International Review of Aerospace Engineering. 2022. Vol. 15. No. 2, pp. 181-191. DOI: 10.15866/irease.v15i2.21284