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_