ВЕРТОЛЁТ 2000 03

Полеты на прототипе

Испытание опытного образца

Область эксплуатационных режимов полета автожира существенно расширена благодаря особенностям втулки НВ, позволяющей оптимизировать режимы авторотации, реализовать «прыжковый взлет» и посадку с «подрывом» общего шага НВ. Диапазон эксплуатационных скоростей полета составляет 40 (ц=0,07)- 220 (ц=0,30) км/ч.

В настоящее время на Иркутском авиационном производственном объединении идет сборка первого экземпляра опытной машины.

Результаты проведенных работ позволили сделать некоторые выводы, касающиеся особенностей работы авторотирующего несущего винта.

Физические принципы работы НВ автожира позволяют реализовать широкий диапазон эксплуатационных режимов, поэтому большое значение придается работам, направленным на увеличение максимальной скорости полета и возможности полета на больших углах атаки в сечениях лопасти. При этом приходится сталкиваться с определенными трудностями, связанными с расширением области срывного обтекания ротора, увеличением вертикальных вибраций от второй гармоники аэродинамических сил на больших скоростях, необходимостью обеспечения достаточного зазора (между лопастями несущего и толкающего воздушного винтов) и с рядом других неблагоприятных явлений.

Как известно, авторотирующий НВ работает на положительных углах атаки (а> 0). При этом распределение местных углов атаки лопасти по диску НВ автожира существенно отличается от распределения при работе НВ вертолета. Рассмотрим природу этого явления.

Область больших углов атаки a r HB автожира в азимутах отступающей лопасти находится ближе к центру диска, в корневых, не несущих сечениях. При увеличении скорости полета эта область расширяется, а значения а г достигают срывных значений. Графики изолиний местных углов атаки (рис.2, V = 210 км/ч) позволяют определить границы областей, занятых срывным обтеканием, для различных значений общего шага лопастей НВ.

На несущем винте вертолета срывные явления возникают в концевых (наиболее нагруженных) сечениях лопасти, ограничивая максимальную скорость полета. На больших скоростях полета это приводит к увеличению уровня переменной составляющей напряжений в лонжероне лопасти, росту вибраций, тряске, ухудшению управляемости.

Таким образом, можно утверждать, что потенциально автожир способен достигать более высоких по сравнению с вертолетом скоростей полета.

Рис. 1. Общий вид автожира

Для численной оценки влияния области срыва на эксплуатационные свойства винтокрылого летательного аппарата предложен критерий, учитывающий относительную площадь диска, занятую срывом, и положение этой области по диску:

К ср=А срY ср², где A cp=A cp/S – относительная площадь диска НВ, занятая срывом;

А ср– реальная площадь зоны срыва;

S – площадь диска несущего винта;

Y ср= Y ср/R – относительный радиус области срыва;

Y ср– положение центра тяжести площади фигуры, очерчивающей область срыва;

R – радиус винта.

Ротор автожира – самонастраивающаяся система, что объясняет зависимость изменения частоты вращения НВ от режима полета (рис. 3). Поэтому обеспечить отсутствие явлений резонансов в элементах конструкции НВ автожира более сложно по сравнению с вертолетным НВ, где диапазон изменения частоты вращения гораздо уже.

Как известно, на больших скоростях полета возрастает переменная составляющая воздушной нагрузки, действующей на лопасть. На двухлопастном НВ вторая гармоника воздушной нагрузки имеет значительную величину, достигающую на максимальной скорости полета 20% от величины первой гармоники. Неуравновешенные вертикальные силы с обеих лопастей суммируются на втулке и вызывают вертикальные вибрации автожира с частотой 2n. Амплитудное значение виброперемещений быстро возрастает с увеличением скорости (рис. 4).

Один из критичных параметров, определяющих безопасность эксплуатации автожиров, – зазор (между лопастями несущего и толкающего воздушного винтов. При увеличении скорости возрастают коэффициенты махового движения лопастей и изменяется балансировочное положение автожира, зависящее от характера движения аппарата, положения центра тяжести, режима работы силовой установки и угла установки стабилизатора. Управляемый стабилизатор расширяет диапазон эксплуатационных центровок (0-300 мм от оси НВ). Балансировочные положения автожира рассчитаны с учетом обдувки стабилизатора струей толкающего винта. На рис. 5 приведены графики, иллюстрирующие изменение зазора по скорости для различных режимов полета, центровок автожира и положений стабилизатора.

Рис. 2. Распределение углов атаки по диску несущего винта

Рис. 3. Зависимость изменения частоты вращения несущего винта от режима полет>

Рис. 4. Зависимость амплитуды вибраций от режима полета

Рис. 5. Изменение зазора в зависимости от скорости горизонтального полета

Проверка достоверности методов исследования и идентификация созданных во время работы математических моделей проводились с использованием теоретических и экспериментальных данных, полученных в ВВИА им. Н.Е. Жуковского, ЦАГИ, вертолетных КБ. Управление инженерной базой математических моделей, созданных с использованием CAD-CAM технологий, осуществляется с помощью системы IMAN. Планирование производства и управление идет в режиме реального времени с помощью системы TIME LINE.

На сегодняшний день ОКБ легкой авиации успешно решило многие вопросы проектирования автожиров. Использование созданных специалистами конструкторского бюро методик позволило провести аэродинамические, прочностные расчеты устойчивости, управляемости, балансировки автожиров. Результатом проделанной работы стал запуск автожира в опытное производство. Однако это далеко не все, что предстоит сделать.