Методы расчёта аэродинамических характеристик несущих винтов скоростных и маневренных вертолётов

• Автор: Коломенский, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Список обозначений

Введение. Состояние и направления исследований по аэродинамике несущих винтов

1. Метод расчёта аэродинамических характеристик винтов скоростных и маневренных вертолётов

1.1.Постановка задачи. Вихревая модель винта

1.2.Моделирование обтекания винта в общем случае движения. Разрешающая система уравнений
1.3. Аэродинамические характеристики винта при моделировании лопастей несущими поверхностями. Гипотеза «косых сечений»
1.3.1.Определение углов атаки в сечениях лопастей 1.3.2.Определение нагрузок на элементах лопастей

1.3.3.Расчёт сил и моментов на винте

1.4.Уравнение махового движения лопастей в общем случае движения вертолёта

1.5.Моделирование отрыва в зоне обратного обтекания

2. Алгоритмическая реализация метода расчёта

2.1.Описание алгоритма и программы расчёта
2.2.Исследование параллельного алгоритма расчёта
3. Обоснование достоверности метода расчёта аэродинамических характеристик винта
3.1.Выбор параметров математической модели. Методические исследования
3.2.Исследование особенностей расчёта индуктивных скосов в теории несущей поверхности
3.3.Численные исследования аэродинамических нагрузок на элементах лопастей при больших углах скольжения

3.4.Сравнение расчётных и экспериментальных характеристик профилей в зависимости от чисел Рейнольдса, Маха и Струхаля
3.5.Сопоставление результатов расчёта характеристик винта с экспериментальными данными
4. Исследование аэродинамических характеристик винта на больших скоростях полёта
4.1.Влияние пространственное обтекания лопастей на аэродинамические характеристики несущего винта
4.2.Влияние отрыва в зоне обратного обтекания на аэродинамические характеристики несущего винта
4.3.Исследование махового движения лопастей
5. Аэродинамические характеристики винта при маневре вертолёта
Выводы
Литература
Приложение 1. Системы координат
Приложение 2. Сравнительный анализ методов определения угла
индуктивного скоса
Приложение 3. Блок-схемы программы расчёта

Список обозначений
В работе используются условные обозначения, соответствующие традиционной для аэродинамики несущего винта системе, приведенной в [2]. Дополнительно для характеристик крыла или сечения используются следующие обозначения:
С ха - коэффициент силы сопротивления (в скоростной системе осей);
С уа - коэффициент подъёмной силы (в скоростной системе осей);
Сх - коэффициент продольной силы (в связанной системе осей);
Су - коэффициент нормальной силы (в связанной системе осей);
тг - коэффициент момента;
а - угол атаки;
М - число Маха;
Яг - число Рейнольдса;
БИ - число Струхаля;
Черта над символом обозначает относительную величину:
- для линейных размеров величина отнесена к радиусу НВ Л;
для скоростей величина отнесена к окружной скорости конца лопасти НВ соЯ
- для ускорений величина отнесена к согЯ
- для угловых скоростей величина отнесена к абсолютному значению со
- для угловых ускорений величина отнесена к со2;
3. Обоснование достоверности метода расчёта аэродинамических характеристик винта
3.1. Выбор параметров математической модели. Методические
исследования
В предлагаемом методе расчёта аэродинамических характеристик винта используются дискретные численные схемы. Параметры пространственной и временной дискретизации подлежат выбору из условий обеспечения сходимости и удовлетворения требований к точности расчёта.
Ниже приводятся результаты методических исследований влияния параметров дискретизации на расчётные аэродинамические характеристики несущего винта.
Рассматривалась модельная задача, в которой однолопастный винт с жёстким креплением лопасти к втулке и постоянным углом установки лопасти (р=10° работал в косом потоке с относительной скоростью V =0.2 под углом атаки а=-20°. Лопасть прямоугольной формы в плане моделировалась системой замкнутых вихревых рамок. Количество рамок по хорде было постоянным и равным п=5 - это число достаточно для удовлетворительного расчёта распределённого давления [4].
Разбиение лопасти на участки по размаху изменялось в пределах N=3... 13.
На рис.3.1 показаны кривые зависимости коэффициента тяги от угла азимута лопасти на пятом обороте, полученные для различных N. С увеличением N амплитуда изменения коэффициента тяги немного уменьшается, при N>7 кривые практически совпадают. Кривые зависимости коэффициента крутящего момента от угла азимута лопасти показаны на рис.3.2, они также близки.