Вертолёт, 2006 №2

В последующих работах, посвященных исследованию режимов снижения вертолета по наклонной траектории, сопротивление НВ от встречного потока в режимах вихревого кольца моделировалось вихревым цилиндром из кольцевых вихрей, сходящих с краев диска НВ и уносимых потоком вверх. Такой подход позволил получить расчетную модель НВ для режимов крутого снижения вертолета на любых положительных углах атаки (на рис. 3 показан график индуктивных скоростей для положительных углов атаки).

Работы 60-х годов по теории «винта в кольце» нашли свое последующее развитие применительно к рулевым устройствам одновинтовых вертолетов типа «фенестрон». В 1972 году В.И. Ханжонков (ЦАГИ) опубликовал материалы по испытаниям воздушных коллекторов для винтов, работающих в канале. Это позволило разработать теорию, в которой система «винт в кольце» рассматривалась как воздушная сеть, состоящая из коллектора, вентилятора и диффузора. Потери давления на каждом участке сети брались из эксперимента. Наличие развитого диффузора увеличивало относительную тягу кольца до 60 % при относительном радиусе кривизны коллектора 30 % от радиуса канала. Проведены исследования оптимальных углов раскрытия диффузора и относительного КПД винта. Разработаны методы аэродинамического расчета фенестрона в режимах работы на месте и осевой обдувки спереди. Было показано, что при осевой обдувке тяга на коллекторе кольца быстро падает, что сильно ухудшает тяговые характеристики фенестрона.

К концу восьмидесятых годов наметились перестроечные тенденции в экономике страны. Финансирование отраслевой лаборатории по перспективному проектированию вертолетов было прекращено. К этому времени на кафедре сложился прочный научный коллектив высококвалифицированных преподавателей и сотрудников, который был способен преодолеть все трудности, поэтому научно-исследовательские работы продолжались как по линии госбюджета, так и по хозрасчетной тематике.

Рис. 3. График индуктивных скоростей НБ на режимах крутого снижения для любых положительных углов атаки

Рис. 2. Картина продольных вихревых жгутов для несущего винта вертолета Ка-26 в полете вблизи земли

Продувочная модель АКЛА конструкции А.И. Филимонова

Малоразмерный привязной вертикально взлетающий аппарат

В последние годы на кафедре продолжаются работы по проектированию и испытаниям аппаратов с несущей системой «винт в кольце». Это и дистанционно пилотируемый аппарат (ДПЛА) с соосными винтами, и привязной аппарат с электроприводом несущего винта. Для исследования аэродинамических характеристик ДПЛА была изготовлена продувочная модель и проведены испытания в аэродинамической трубе Т-1 МАИ.

Проектирование ДПЛА явилось естественным продолжением работ по созданию привязного дистанционно пилотируемого вертикально взлетающего аппарата, выполненного по схеме «винт в кольце». Работы велись в рамках СКБ кафедры под руководством ст. преподавателя В.М. Монашева. Привод соосных НВ диаметром 1 м осуществлялся от трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 4 кВт, питающегося от наземного источника, управление по курсу — с помощью воздушных рулей, установленных в кольце, по крену и тангажу — посредством автомата перекоса. Максимальная тяга аппарата составляла 260 Н при массе конструкции 18 кг. Аппарат был снабжен системой автоматической стабилизации и в испытаниях (1989 г.) показал хорошую устойчивость и управляемость.

Для экспериментальных исследований аэродинамических характеристик аппарата был построен специальный испытательный стенд с тензометрическими датчиками и весами. Полученные результаты использовались для проектирования последующей модификации аппарата массой 28 кг с двигателем мощностью 10 кВт и подъемной силой 560 Н. Его летные испытания были проведены в 2003 году.

Проектирование ЛА, имеющих в своей конструкции систему «винт в кольце», велось в начале 90-х годов по заказу НПК «Экотранс» (Тюмень). В рамках хоздоговорных НИР были выполнены работы по аэродинамическому проектированию несущей и движительной винтовых систем аэростатического комбинированного ЛА конструкции А.И. Филимонова. Аппарат представлял собой гибрид самолета, аэростата и вертолета с сильно развитой центральной частью корпуса в виде тора, внутренняя полость которого заполнялась легким газом.

На основании полученных результатов был спроектирован и построен на Тюменском судоремонтном заводе малоразмерный летный вариант аппарата. Его испытания проходили в 1995 году. Аппарат совершал полеты с работающей винтовой несущей системой, однако не смог выйти на расчетный самолетный режим из-за недостатка мощности.

В 1995 году по заказу коммерческого предприятия велось проектирование тяжелых многовинтовых летающих платформ, предназначенных для выполнения крановых операций в строительных работах. Несущие винты устанавливались с перекрытием в едином кольцевом обтекателе, внутренняя полость которого заполнялась легким газом, что обеспечивало аэростатическую разгрузку аппарата. На данную конструкцию был оформлен патент (№ 208014, авторы Л.Г. Крицкий, О.А. Завалов, В.И. Шайдаков).

В начале 90-х годов аспирант кафедры A.В. Зорин под научным руководством B.И. Шайдакова принимал участие в аэродинамическом проектировании автожира, создаваемого в ОСКБЭС МАИ. Автожир «Авиатика-МАИ 890А» разрабатывался на базе серийно выпускаемого самолета «Авиатика-890». Конструкция аппарата позволяла своими силами смонтировать вместо крыльев автожирную приставку, представляющую собой двухлопастный винт с общим горизонтальным шарниром и непосредственным управлением в поперечном канале. Продольное и путевое управление осуществлялось с помощью самолетных рулей.

Для выполнения аэродинамических расчетов на базе обобщенной дисковой вихревой теории были разработаны специальные методы, позволяющие исследовать все аэродинамические характеристики авторотирующего винта. С их помощью определены ЛТХ автожира в различных условиях полета, аэродинамические нагрузки, действующие на НВ, характеристики устойчивости и управляемости. Проектные данные автожира: взлетная масса — 350 кг, максимальная скорость — 130 км/ч, дальность полета — 300 км, потолок — 3000 м. К 1995 г. успешно прошли летные испытания аппарата.