Исследование возможности попадания рулевого винта в режимы "вихревого кольца" под воздействием несущего винта

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Макеев П. В.*, Игнаткин Ю. М.1**, Шомов А. И.2***, Ивчин В. А.3****

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
3. Конструкторское бюро "Хелибюро", Москва, Россия

*e-mail: makeevpv@mai.ru
**e-mail: k102@mai.ru; ignatkinym@mai.ru
***e-mail: shomov_aleksandr@mail.ru; a.shomov@nhc.aero
****e-mail: valivchin@mail.ru

Аннотация

На примере комбинации несущего винта (НВ) и рулевого винта РВ вертолета типа Ми-8/17 исследуется возможность попадания РВ в режимы «вихревого кольца» при полете с малыми скоростями со скольжением под влиянием вихревого следа НВ. Используется нелинейная вихревая модель винта, разработанная на кафедре «Проектирование вертолетов» МАИ. Выполнены параметрические расчеты для различных скоростей набегающего потока в диапазоне V = 0 ... 20 м/с и круговой обдувки по углу скольжения вертолета β. Обнаружена область режимов полета V = 6,25 ... 7,5 м/с и β = 20 ... 40°, где воздействие вихревого следа НВ приводит к попаданию РВ в режимы «вихревого кольца», сопровождающиеся пульсациями тяги и крутящего момента винта, ростом потребной на вращения РВ мощности до 30%, а также значительным увеличением потребных углов установки лопастей РВ по сравнению с изолированным РВ. Показана возможность возникновения условий, когда влияние НВ снижает аэродинамические характеристики РВ при любых углах скольжения (углах разворота вертолета по отношению к внешнему потоку). Увеличение потребных углов установки и потребной на вращения РВ мощности в таких условиях может быть одной из предпосылок неуправляемого вращения вертолета одновинтовой схемы.

Ключевые слова:

нелинейная вихревая модель, несущий винт, рулевой винт, полет вертолета со скольжением, интерференция винтов, режимы «вихревого кольца»

Библиографический список

  1. Баскин В.Э., Вильдгрубе Л.С., Вождаев Е.С., Майкапар Г.И. Теория несущего винта / Под общ. ред. проф. А.К. Мартынова. – М.: Машиностроение, 1973. – 363 с.

  2. Бутов В.П. Структура, геометрия и интенсивность спутного вихревого следа несущих винтов одновинтовых и соосных вертолетов в реальных условиях полета // IV Форум Российского вертолетного общества (РосВО; 24–25 февраля 2000; Москва): Сб. докладов. М.: Изд-во МАИ, 2000. Т. I. C. 19–34.

  3. Вождаев Е.С. Аэродинамика вертолетов // Машиностроение: Энциклопедия в 40 т. Т. 4–21. Самолеты и вертолеты. – Кн. 1. Аэродинамика, динамика полета и прочность. – М.: Машиностроение, 2002. С. 214–249.

  4. Leishman J.G. Principles of Helicopter Aerodynamics. - 2nd ed. Cambridge University Press, 2016. - 866 p.

  5. Игнаткин Ю.М.., Шайдаков В.И., Макеев П.В., Шомов А.И. Исследование структуры вихревого следа несущего винта вертолета на малых скоростях полета // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2018. № 3. С. 52–59.

  6. Анимица В.А., Головкин В.А., Крайнов М.В. и др. Расчетно-экспериментальные исследования влияния полей индуктивных скоростей за несущим винтом на аэродинамические характеристики рулевого винта на малых скоростях полета вертолета // VI Форум Российского вертолетного общества (РосВО; 25-26 февраля 2004; Москва): Сб. докладов. М.: Изд-во МАИ, 2004. С. 1–16.

  7. Анимица В.А., Крымский В.С., Леонтьев В.А. Расчетные исследования характеристик рулевых винтов с различными значениями заполнения на режиме висения при вращении вертолета // Труды МАИ. 2017. № 92. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=76969

  8. Krymsky V., Animitsa V., Borisov E. et al. Simulation of uncontrollable (“spontaneous”) rotation on a helicopter f light simulator // 45th European Rotorcraft Forum (17-20 September 2019; Warsaw, Poland). Vol. 1, pp. 1236-1240.

  9. Makeev P., Ignatkin Y., Shomov A., Ivchin V. Comparative Study of 3-Bladed and Scissors Tail Rotors Aerodynamics in Axial Flow // International Review of Aerospace Engineering (I.RE.AS.E). 2022. vol. 15. no. 2, pp. 71-84. DOI: 10.15866/irease.v15i2.21284

  10. Мясников М.И., Ильин И.Р. Математическая модель динамики полета конвертируемого винтокрылого летательного аппарата с системой автоматического управления // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 3. С. 187–200.

  11. Шайдаков В.И. Дисковая вихревая теория несущего винта вертолета в режиме осевой обдувки с учетом нелинейности вихревого следа // Вестник Московского авиационного института. 2010. Т. 17. № 5. С. 49–56.

  12. Кручинин М.М., Артамонов Б.Л. Анализ шарнирных моментов, возникающих на лопастях несущих винтов вертолетов // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 3. С. 15–20.

  13. Артамонов Б.Л., Шайдаков В.И. Алгоритм выполнения конвертопланом переходных режимов полета // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 1. С. 27–40.

  14. Белоцерковский С.М., Локтев Б.Е., Ништ М.И. Исследование на ЭВМ аэродинамических и аэроупругих характеристик винтов вертолетов. – М.: Машиностроение, 1992. – 219 с.

  15. Щеглова В.М. Вихревая структура комбинации несущий винт – рулевой винт на большой скорости полета // Научный вестник МГТУ ГА. 2013. № 188. С. 137–142.

  16. Fletcher T.M., Brown R.E. Main rotor-tail rotor interaction and its implications for helicopter directional control // Journal of the American Helicopter Society. 2008. Vol. 53. No. 2, pp. 125–138. DOI: 10.4050/JAHS.53.125

  17. Ye Z., Xu G., Shi Y. Computational research on aerodynamic characteristics of helicopter main-rotor/tail-rotor/vertical-tail interaction // Acta Aeronautica et Astronautica Sinica. 2015. Vol. 36, pp. 2874-2883. DOI: 10.7527/S1000-6893.2014.0314

  18. Wang C., Huang M.Q., Ma Sh. et al. Main Rotor Wake Interference Effects on Tail Rotor Thrust in Crosswind // International Journal of Aerospace Engineering. 2021. DOI: 10.1155/2021/9994115

  19. Griffiths A.D., Leishman J.G. A Study of Dual-Rotor Interference and Ground Effect Using a Free-Vortex Wake Model // 58th Annual Forum of the American Helicopter Society (11-13 June 2002; Montreal, Canada), pp. 592–612.

  20. Yücekayali A., Ortakaya Y. Viscous Vortex Particle Method Explored for Main Rotor-Tail Rotor Interaction // 8th Asian/ Australian Rotorcraft Forum (30 October – 02 November 2019; Ankara, Turkey).

  21. 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.

  22. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И., Ивчин В.А. Расчетные исследования аэродинамических характеристик комбинации несущего и рулевого винтов с учетом аэродинамической интерференции для вертолета Ми- 8/17 при полете с малыми скоростями со скольжением // Полет. Общероссийский научно-технический журнал. 2017. № 5. С. 30–39.

  23. Зозуля В.Б., Иванов Ю.П. Практическая аэродинамика вертолета Ми-8. – М.: Машиностроение, 1977. – 152 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024