Войти
Диссимметрия подъемной силы в винтокрыле аэродинамика относится к неравномерной величине подъемной силы на противоположных сторонах диска ротора. Это явление поражает одновинтовые вертолеты и автожиры при прямом полете.
 | |
| отступающая сторона лопасти | продвигающаяся сторона лопасти |
Лопасть несущего винта, которая движется в том же направлении, что и самолет, называется продвигающейся лопастью, а лопасть, движущаяся в противоположном направлении, называется отступающей лопастью.
Уравновешивание подъемной силы на диске ротора важно для устойчивости вертолета. Подъемная сила, создаваемая аэродинамическим профилем, пропорциональна квадрату его воздушной скорости (Velocity). При нулевой воздушной скорости лопасти несущего винта, независимо от их положения во вращении, имеют одинаковую воздушную скорость и, следовательно, равную подъемную силу. В прямом полете движущаяся лопасть имеет более высокую воздушную скорость, чем отступающая лопасть, что создает неравномерную подъемную силу через диск ротора.
Когда асимметрия приводит к тому, что отступающий лопасть испытывает меньший воздушный поток, чем требуется для поддержания подъемной силы, может возникнуть состояние, называемое срыв лопасти при отступлении. происходят. Это заставляет вертолет откатиться на отступающую сторону и наклониться вверх. Эта ситуация, если ее не сразу распознать, может привести к серьезной потере управляемости самолета.
Представьте себе точку обзора над одновинтовым вертолетом в неподвижном воздухе. Для стационарного (парящего) вертолета, у которого лопасти длиной r метров вращаются со скоростью ω радиан в секунду, острие лопасти движется со скоростью rω метров в секунду. Во всех точках вокруг диска, обозначенных остриями лезвия, скорость лезвия относительно воздуха одинакова: все уравновешено.
А теперь представьте вертолет, летящий вперед со скоростью, скажем, v метров в секунду. Скорость острия лопасти в точке A на диаграмме относительно воздуха складывается из скорости острия лопасти и скорости прямого полета вертолета: rω + v. Но скорость конца лопасти в точке B относительно воздуха - это разница между его скоростью вращения и скоростью прямого полета: rω-v.
Поскольку подъемная сила, создаваемая крылом, увеличивается с увеличением его относительной воздушной скорости, на летящем вперед вертолете кончик лопасти в положении A создает большую подъемную силу, чем в точке B. Таким образом, диск ротора создает большую подъемную силу на с правой стороны, чем с левой. Этот дисбаланс и есть «асимметрия подъемной силы».
Диссимметрии противодействуют "взмахи лопастей": лопасти ротора предназначены для взмахов: движущиеся лопасти поднимаются вверх и развивают меньший угол атаки из-за изменения относительного ветра векторов, таким образом создавая меньшую подъемную силу, чем у жесткого лезвия. И наоборот, отступающая лопасть закрывается вниз, развивает больший угол атаки из-за изменения относительных векторов ветра и создает большую подъемную силу.
Диссимметрии подъемной силы также противодействует циклическое флюгирование, то есть изменение шага лопастей, возникающее из-за связи трех треугольников движений лопастей или прямого ввода циклического движения во время отдачи.
Для уменьшения несимметричности подъемной силы современные лопасти винта вертолета устанавливаются таким образом, что угол атаки изменяется в зависимости от положения в цикле несущего винта, при этом угол атаки уменьшается на сторона, соответствующая положению A на схеме, и угол атаки, увеличивающийся на стороне, соответствующей положению B на схеме. Однако существует предел степени, с которой можно уменьшить несимметричность подъемной силы с помощью этого средства, и, следовательно, поскольку скорость v поступательного движения важна в явлении, это накладывает верхний предел скорости на вертолет. Этот верхний предел скорости известен как V NE, никогда не превышаемая скорость. Эта скорость представляет собой скорость, при превышении которой аэродинамические условия на концах ротора перейдут в нестабильные режимы - если бы v был достаточно быстрым, то кончик ротора в положении А двигался бы достаточно быстро по воздуху, чтобы воздушный поток радикально изменился, когда кончик ротора стал сверхзвуковой, в то время как наконечник ротора в положении B может иметь недостаточную чистую линейную скорость в воздухе для создания значимой подъемной силы (условие сваливание, известное как срыв лопастей с отходом ). Попадание кончика винта в любой из этих аэродинамических режимов является катастрофическим с точки зрения пилота и обеспечивает устойчивый полет вперед.
Ситуация усложняется, когда рассматриваются вертолеты с двумя наборами лопастей несущего винта, поскольку, по крайней мере, теоретически несимметричность подъемной силы одного диска несущего винта компенсируется увеличением подъемной силы другого диска несущего винта: два Диски несущего винта двухроторных вертолетов вращаются в противоположных направлениях, тем самым меняя соответствующие направления сложения векторов. Однако, поскольку попадание концевой части ротора в сверхзвуковую аэродинамическую область является одним из нестабильных условий, влияющих на полет вперед, даже вертолеты с двумя дисками ротора, вращающимися в противоположных направлениях, будут иметь постоянную скорость. В случае вертолетов с тандемными винтами, таких как CH-47 Chinook, дополнительные факторы, такие как аэродинамическое сопротивление всей конструкции и доступная мощность двигателя, могут сговориться, чтобы гарантировать, что вертолет не сможет достижение V NE, наложенного на него асимметрией подъемной силы. В случае Камов Ка-50 «Черная акула», который имеет соосную конструкцию, вертолет может перейти в этот аэродинамический режим, поскольку у него достаточно мощности двигателя, и пилотам этой машины необходимо учитывать это при эксплуатации вертолета.
