Полет вертолета

Вертолет (helicopter - от греч. helix, helikos - спираль, винт и рtеrоn - крыло), совершает полет за счет подъемной силы и силы тяги, создаваемых одним или несколькими несущими винтами, способными создавать подъемную силу без поступательного движения ЛА.

Несущий винт 1 (рис. а) вертолета состоит из нескольких лопастей, которые представляют собой крылья, приводимые во вращение двигателем. За счет вращения лопастей возникает аэродинамическая подъемная сила (сила тяги винта) Ta, которая в режиме висения уравновешивает силу тяжести G.

Ta = - G

На рис. б показана схема сил, действующих на вертолет в горизонтальном полете.

Несущий винт 1 при помощи специального устройства наклонен относительно фюзеляжа вертолета 2 вперед.

Составляющая Ya силы тяги винта Ta уравновешивает силу тяжести G

Ya = G =mg - подъемная сила вертолета.

Проекция Pa силы Ta на горизонтальную ось обеспечивает поступательное движение вертолета, уравновешивая возникающую при этом силу лобового сопротивления Xa

Pa = Xa - силая тяги вертолета в горизонтальном полете.

Аэродинамическое качество современных вертолетов Ka = 4…5.

Практика показывает, что энергетические затраты на полет вертолета существенно больше, чем энергетические затраты на полет самолета при одинаковых взлетных массах и скорости полета.

Однако вертолет обладает существенным свойством, которого не имеют самолеты традиционных схем - он способен совершать вертикальный взлет, посадку и находиться в режиме висения.

Основы аэродинамики. Основы теории воздушного винта и динамики полета.

Всякое движение обязательно связано с сопротивлением среды, в которой это движение происходят.

Три характерных особенности силы со­противления:

• величина сопротивления зависит от плотности той среды, в которой движется тело;

• со­противление зависит от скорости движения;

• сопротивление зависит от формы тела, его величины и положения относительно направления движения.

Аэродинамика - раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения воздуха и других газов, а также характеристики тел, движущихся в воздухе.

К аэродинамическим характеристикам тел относятся:

• подъемная сила;

• сила сопротивления;

• их распределение по поверхности тела;

• тепловые потоки к поверхности тела, вызванные его движением в воздухе.

В аэродинамике рассматриваются такие тела, как самолеты, ракеты, воздушно-космические летательные аппараты и автомобили.

Прикладные задачи аэродинамики:

• определение сил, действующих на обтекаемое газом тело;

• распределение давления на поверхность тела;

• распределение скоростей в газе, обтекающем тело;

• расчёт вентиляции

1. Основные понятия и законы аэродинамики

Траектория частиц — линия, по которой движется выделенная частица в воздушном потоке. В каждой точке траектории скорость направлена по касательной к ней.

Рис. Обтекание профиля дозвуковым потоком

Струйка. Если в воздухе выделить замкнутый контур и через каждую точку контура провести траекторию, то получим трубку. Воздух, движущийся внутри трубки, называется струйкой.

Геометрические характеристики профиля

а) Хорда b — линия, соединяющая две наиболее удаленные точки профиля.

б) Относительная толщина С — отношение максимальной толщины С_макс к хорде:

C=C_макс/b

в) Относительная вогнутость (кривизна) — отношение максимальной вогнутости f_макс к хорде:

f = f_макс/b

f_макс — наибольшее расстояние от средней линии профиля до хорды;

Группа профилей имеющих одинаковый закон построения средней линии называется серией профилей.

Виды профилей

	Выпукло-вогнутый		Двояковыпуклый
	плосковыпуклый			S –образный профиль

(для устойчивости - самобалансирующий)

Различные формы крыла в плане ­- прямоугольная, трапециевидная, стреловидная, криволинейная, комбинированная, треугольная.

б) Размах крыла L — расстояние между концами крыла.

в) Стреловидность крыла χ измеряется по линии четвертей хорд или по передней кромке

г) Удлинение крыла λ определяется для крыльев любой формы в плане выражением

где S — площадь крыла.

Для прямоугольного крыла

д) Сужение крыла η — отношение осевой хорды b₀ концевой, т. е.

Углом поперечного V крыла называется угол между поперечной осью самолета и нижней поверхностью крыла. У современных самолетов угол поперечного V колеблется от +5° до -15°.

Угол атаки α - угол между хордой крыла и вектором скорости (рис. 6.3, а).

Угол скольжения β — угол между плоскостью симметрии крыла (продольной осью) и вектором скорости (рис. 6.3., б).

Число Маха M=V/a — отношение скорости полета (воздушного потока) к скорости звука.

Уравнение постоянства расхода определяет соотношение между скоростью воздуха V, площадью сечения струйки f и плотностью воздуха ρ в различных сечениях струйки. Так как при установившемся движении воздуха через любое сечение струйки проходит одинаковая масса воздуха, то уравнение постоянства расхода записывается следующим образом (рис. 6.1.):

Если сжимаемостью воздуха можно пренебречь (на малых скоростях), то

т.е. чем больше сечение, тем меньше скорость.

Уравнение энергии (уравнение Бернулли). При установившемся течении воздуха без теплообмена с окружающей средой полная энергия воздуха в каждом сечении струйки одинакова.

Уравнение энергии (Бернулли) для случая, когда сжимаемостью, а также изменением энергии веса воздуха можно пренебречь, записывается следующим образом:

Таким образом, при отсутствии влияния сжимаемости воздуха сумма скоростного напора и статического давления в струйке есть величина постоянная.