Прочность ротора

Прочность ротора – безразмерная величина, используемая при проектировании и расчете винтокрылых аппаратов , воздушных винтов и ветряных турбин . Прочность ротора является функцией соотношения сторон и количества лопастей в несущем винте и широко используется в качестве параметра для обеспечения геометрического подобия в экспериментах с винтокрылыми аппаратами. Он обеспечивает меру того, насколько близка система подъемного ротора к идеальному приводному диску в теории импульса . Он также играет важную роль в определении скорости жидкости на диске ротора при создании подъемной силы и, следовательно, производительности ротора; количество нисходящей волны вокруг него и уровни шума, создаваемые ротором. Он также используется для сравнения эксплуатационных характеристик роторов разных размеров. Типичные значения коэффициента жесткости несущего винта вертолетов лежат в диапазоне от 0,05 до 0,12. ^{[ 1 ]}

Определения

Прочность ротора – это отношение площади лопаток несущего винта к площади роторного диска. ^{[ 2 ]}

Для ротора с $N$ лопасти, каждая радиуса $R$ и аккорд $c$ , прочность ротора $\sigma$ является:

$\sigma \equiv {\frac {A_{b}}{A_{d}}}={\frac {NcR}{\pi R^{2}}}={\frac {Nc}{\pi R}}$

где $A_{b}$ площадь лезвия и $A_{d}$ это площадь диска.

Для лопастей непрямоугольной формы в плане прочность часто рассчитывается с использованием эквивалентной взвешенной формы. ^{[ 3 ]} как

$\sigma _{e}\equiv {\frac {1}{R}}\int _{0}^{R}w(r)\ \sigma (r)dr$

где:

$w$ — весовая функция, соответствующая сечению лопатки
$\sigma$ - твердость, соответствующая сечению лопатки
$r$ - радиальная длина сечения лопатки

Весовая функция определяется параметром аэродинамических характеристик, который предполагается постоянным по сравнению с эквивалентным винтом, имеющим прямоугольную форму лопастей. Например, если коэффициент тяги ротора предполагается постоянным, весовая функция будет иметь вид:

$w(r)=3r^{2}$

и соответствующий взвешенный коэффициент твердости известен как коэффициент твердости, взвешенный по тяге . ^{[ 2 ]}

Если мощность ротора или коэффициент крутящего момента считаются постоянными, функция взвешивания имеет вид:

$w(r)=4r^{3}$

и соответствующий взвешенный коэффициент прочности известен как коэффициент прочности, взвешенный по мощности или крутящему моменту . Этот коэффициент твердости аналогичен коэффициенту активности, используемому при проектировании пропеллера, а также используется при анализе ветряных турбин. Однако в конструкции вертолетов он применяется редко. ^{[ 2 ]}

Геометрическое значение

Грубое представление о том, как выглядит геометрия ротора или пропеллера, можно получить, исходя из коэффициента твердости ротора. Роторы с более короткими и/или большим количеством лопастей имеют больший коэффициент прочности, поскольку они покрывают большую часть диска ротора. В винтокрылых машинах, таких как вертолеты, обычно используются лопасти с очень низким коэффициентом прочности по сравнению с винтами самолетов и морских винтов.

Ссылки

^ Ландгребе, Антон Дж. (1971). «Аналитическое и экспериментальное исследование характеристик зависания несущего винта вертолета и характеристик геометрии следа» . Технический отчет USAAMRDL . 71–24: 15–16. ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Лейшман, Дж. Гордон (2006). Основы аэродинамики вертолета . Кембриджская аэрокосмическая серия. ISBN 978-0-521-85860-1 .
^ Гессов, А.; Майерс, Г.К. младший (1967). Аэродинамика вертолета . Нью-Йорк: Фредерик Унгар. ISBN 978-0-8044-4275-6 .

[Landgrebe_1971-1] Ландгребе, Антон Дж. (1971). «Аналитическое и экспериментальное исследование характеристик зависания несущего винта вертолета и характеристик геометрии следа» . Технический отчет USAAMRDL . 71–24: 15–16. ^{[ мертвая ссылка ]}

[Leishman-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Лейшман, Дж. Гордон (2006). Основы аэродинамики вертолета . Кембриджская аэрокосмическая серия. ISBN 978-0-521-85860-1 .

[Gessow-3] Гессов, А.; Майерс, Г.К. младший (1967). Аэродинамика вертолета . Нью-Йорк: Фредерик Унгар. ISBN 978-0-8044-4275-6 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]