Методика проектировочного расчета и рациональный выбор параметров воздушного винта при разработке многорежимных летательных аппаратов

• Автор: Левшонков, Никита Викторович
• Шифр специальности: 05.07.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 107 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ВОЗДУШНЫХ ВИНТАХ И .
ТЕОРИИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Основные сведения о воздушных винтах
1.1.1 Описание воздушного винта
1.1.2 Классификация воздушных винтов
1.1.3 Геометрические характеристики воздушного винта
1.1.4 Винтовые профили
1.1.5 Скорость движения и угол атаки элемента лопасти воздушного винта
1.1.6 Режимы тяги воздушного винта
1.1.7 Воздушные винты изменяемого шага
1.1.8 Действие на лопасть винта собственных центробежных сил
1.1.9 Балансировка воздушных винтов
1.2 Основные теории воздушного винта
1.2.1 Основные положения импульсной теории воздушного винта
1.2.2 Основные положения элементарной теории воздушного винта
1.2.3 Основные положения теории идеального пропеллера
1.2.4 Основные положения вихревой теории воздушного винта
1.2.4.1 Определение циркуляции по теореме Жуковского
1.2.4.2 Взаимодействие воздушного винта с воздушной струей
1.2.4.3 Скорости, индуцируемые вихрями воздушного винта
1.2.4.4 Основные положения теории Жуковского-Ветчинкина
1.2.4.5 Осевая индуцированная скорость в плоскости винта
1.2.4.6 Основное уравнение вихревой теории винта
1.2.4.7 Основные формулы теории воздушного винта в безразмерном 0 виде
1.2.4.8 Задача о наивыгоднейшем распределении циркуляции вдоль ^ лопасти воздушного винта
1.2.4.9 Рациональный воздушный винт 61 ГЛАВА 2 МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУШНОГО ВИНТА ПОВЫШЕННОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
2.1 Постановка задачи определения проектных параметров ^ воздушного винта
2.2 Определение геометрии проектируемого воздушного винта
2.3 Определение величины <;
2.4 Безразмерная форма представления основных уравнений расчета
2.5 Анализ результатов сравнительных расчетов
2.6 Оценка влияния сжимаемости воздуха на проектные параметры

2.7 Проектировочный расчет
ГЛАВА 3 МЕТОДИКА РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНОГО ВОЗДУШНОГО ВИНТА ДЛЯ МНОГОРЕЖИМНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
3.1 Конвертопланы
3.2 Дирижабль с поворотным крылом
3.3 Проектирование воздушного винта в процессе расчета летных характеристик многорежимных аппаратов
3.4 Методика проектирования воздушного винта с рациональным диапазоном изменения углов установки лопастей ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Воздушные винты известны с первых шагов в воздухоплавании. Их постепенное развитие можно разделить на несколько этапов.
Первое практическое применение воздушного винта для полета было осуществлено русским ученым М.В. Ломоносовым, который 4 февраля 1754 г. сделал сообщение на заседании Академии наук об изобретении машины для подъема на высоту метеорологических приборов. В 1851 г.
Н. Архангельским был разработан проект дирижабля с паровой машиной, приводящей в движение 6 винтов, составленных из полного витка винтовой поверхности. В 1870 г. М.А. Рыкачев провел опыты для определения возможности постройки вертолета. 14 февраля 1877 г. А.Ф. Можайский представил программу опытов для определения наилучшей формы для воздушного винта. В 1894 г. К.Э. Циолковский в статье «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина» дал описание самолета с соосными винтами [1].
В эпоху создания новой техники вопросы «как работает винт» относились к разряду умозрительных заключений.
Для второго этапа характерна научная направленность в изучение принципа работы винта. В конце 19 века стали появляться научные работы по винтам, которые относились к двум изолированным направлениям исследований - теоретическому и опытному. В 1882-1886 г.г.
Н.Е. Жуковский в своих статьях «О реакции вытекающей и втекающей жидкости» заложил начало теории идеального пропеллера. Эта теория была развита работами Н.Е. Жуковского, В.П. Ветчинкина, Б.Н. Юрьева и Г.Х. Сабинина.
В период с 1902 по 1911 гг. начали появляться первые аэродинамические лаборатории. В 1906-1908 гг. были проведены первые систематические исследования воздушных винтов. Появление первых лабораторий, а далее институтов, стали предпосылками для разработки

1.2.1 Основные положения импульсной теории воздушного винта
Воздушный винт в этой теории рассматривается в обращенном движении: он вращается с числом оборотов ns в секунду, но не летит вперед, а обдувается потоком воздуха, имеющим скорость, равную, но противоположную скорости полета [2].
Для изучения работы лопастей винта, на
радиусе г мы будем вырезать из него элементы
лопасти с помощью двух бесконечно близких
цилиндрических сечений: одного с радиусом г и
другого с радиусом r+dr. При к -лопастном винте
у нас получится к таких элементов (Рис. 1.13). Эти
к элементов будут развивать общую тягу dP и
Рис. 1.
требовать на вращение общее окружное усилие dQ.
Во время работы эти сечения будут ометать заштрихованную кольцевую площадку (Рис. 1.13) и заставят окружающий воздух протекать через это кольцо. В результате возникает элементарная кольцевая струя воздуха, имеющая, как показывают опыты, воронкообразную форму.
Первой и основной задачей излагаемой теории является нахождение скоростей течения воздуха в кольцевой струйке. Проведем три нормальных к оси винта сечения: 0, 1 и 2 (Рис. 1.14).
Сечение 0 выберем так далеко от винта, что там не будет сказываться влияние винта. Скорость набегающего потока будет там равна скорости полета F0, но направлена в противоположную сторону.
Сечение 1 проведем через плоскость вращения винта. В этом сечении, благодаря подсасывающему эффекту винта, скорость потока будет больше скорости потока в сечении 0. Обозначим осевую составляющую этой скорости через Vi. Тогда можно написать:
Fi = V0 + Vi. (1.16)