Диссимметрия подъема


отступающая сторона лезвия	выдвижная сторона лезвия

Диссимметрия подъема ^{[ 1 ]}^: 2–20^{[ 2 ]} (также известный как асимметрия подъемной силы ^{[ 3 ]}^: 342^{[ 4 ]} или асимметричный лифтинг ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}) в винтокрылых летательных аппаратов аэродинамике означает неравную подъемную силу на противоположных сторонах несущего диска. Это явление затрагивает одновинтовые вертолеты и автожиры , летящие вперед.

Лопасть несущего винта, движущаяся в том же направлении, что и самолет, называется наступающей лопастью , а лопасть, движущаяся в противоположном направлении, называется отступающей лопастью. Если смотреть сверху, роторы большинства американских вертолетов вращаются против часовой стрелки; Французские и российские вертолеты поворачиваются по часовой стрелке. ^{[ 3 ]}^: 141

Балансировка подъемной силы на диске несущего винта важна для устойчивости вертолета. Величина подъемной силы, создаваемой аэродинамическим профилем , пропорциональна квадрату его воздушной скорости (скорости). В режиме висения лопасти несущего винта имеют одинаковую скорость и, следовательно, одинаковую подъемную силу. Однако при полете вперед наступающая лопасть имеет более высокую скорость полета, чем отступающая, что создает неравномерную подъемную силу по диску несущего винта. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}^: 1–104

Анализ

Рассмотрим одновинтовой вертолет в неподвижном воздухе. Для неподвижного (зависающего) вертолета, лопасти которого длиной r метров вращаются со скоростью ω радиан в секунду, кончик лопасти движется со скоростью r ω метров в секунду. Когда лопасти вращаются, скорость их кончиков относительно воздуха остается постоянной.

Теперь представьте себе вертолет, летящий вперед со скоростью v метров в секунду. Скорость законцовки лопасти в точке А на диаграмме относительно воздуха равна сумме скорости законцовки лопасти и скорости поступательного полета вертолета: r ω+ v . Но скорость кончика лопасти в точке В относительно воздуха равна разности скорости ее вращения и скорости поступательного полета: r ω- v .

Поскольку подъемная сила, создаваемая аэродинамическим профилем, увеличивается с увеличением его относительной воздушной скорости, на движущемся вперед вертолете кончик лопасти в положении А создает большую подъемную силу, чем в точке B. Таким образом, диск несущего винта создает большую подъемную силу с правой стороны, чем с правой стороны. левая сторона (для вертолета американского типа). Этот дисбаланс и есть «диссимметрия подъемной силы».

Эффекты

Диссимметрия подъемной силы приводит к тангажу назад, а не крену. ^{[ 1 ]}^: 2–20

На очень высоких скоростях движения отступающая лопасть имеет недостаточную воздушную скорость для поддержания подъемной силы, это состояние называется срывом отходящей лопасти . Это заставляет вертолет перекатываться на удаляющуюся сторону и подниматься вверх. Эта ситуация, если ее не распознать сразу, может привести к серьезной потере управляемости самолета. Срыв отступающих лопастей является фактором, определяющим максимальную поступательную скорость вертолета, непревышаемую скорость (VNE ₎ .

На очень высоких скоростях вперед движущаяся лопасть может достичь сверхзвуковой скорости . Это еще один фактор, определяющий невозможность превышения скорости.

Контрмеры

Асимметрия подъемной силы устраняется за счет уменьшения угла атаки наступающей лопасти и увеличения угла атаки отступающей лопасти. Это достигается взмахами лезвий и циклическим оперением.

Взмах лопастей является основным средством борьбы с асимметрией подъемной силы. ^{[ 1 ]}^: 2–14 Лопасти несущего винта предназначены для взмахов: движущаяся лопасть поднимается вверх и развивает меньший угол атаки из-за изменения относительных векторов ветра, тем самым создавая меньшую подъемную силу, чем жесткая лопасть. И наоборот, отступающая лопасть опускается вниз, развивает больший угол атаки из-за изменения относительных векторов ветра и создает большую подъемную силу. Взмахи приводят к откидыванию назад — наклону диска ротора назад.

Асимметрии подъемной силы также противодействует циклическое флюгирование, то есть изменение угла наклона лопастей несущего винта при их вращении вокруг ступицы.

Существует предел, до которого изменение угла атаки может компенсировать асимметрию подъемной силы. Это накладывает ограничение на максимальную скорость движения вертолета.

Двойные роторы

В вертолетах с соосными несущими винтами два диска несущего винта вращаются в противоположных направлениях. Несимметрия подъемной силы одного диска ротора компенсируется несимметрией подъемной силы другого диска ротора. ^{[ нужна ссылка ]}

Вертолеты с тандемными винтами, такие как CH-47 Chinook, по-прежнему страдают от асимметрии подъемной силы, поскольку несущие винты смещены друг относительно друга. Вертолеты с тандемными винтами оснащены системами автоматического циклического флюгирования. На малых скоростях движения лопастей компенсируют асимметрию подъемной силы. По мере увеличения скорости полета, обычно выше 70 узлов, эти системы обеспечивают более горизонтальное положение фюзеляжа, что снижает нагрузки на механизмы привода несущего винта. ^{[ 8 ]}^: 1–112

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с «2. Аэродинамика полета». Справочник по полетам на вертолете (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. 2012 . Проверено 17 января 2022 г.
^ Краучер, Фил (2007). Профессиональные исследования пилотов вертолетов . Лулу.com. п. 2-21. ISBN 9780978026905 . Проверено 18 января 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б Уоткинсон, Джон (2004). Искусство вертолета . Оксфорд: Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 9780080472034 .
^ Кейт-Лукас, защитник (29 мая 1958 г.). «Самолет вертикального взлета: некоторые проблемы проектирования». Новый учёный .
^ Лейшман, Дж. Гордон (2006). Основы аэродинамики вертолета (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 699. ИСБН 9780521858601 .
^ Разрешение НАСА на 1967 финансовый год: слушания, Восемьдесят девятый Конгресс, вторая сессия, S. 2909 . Комитет Сената Конгресса США по аэронавтике и космическим наукам. 1966. с. 485.
^ Справочник по полетам на вертолете (изд. FAA-H-8083-21A). ФАУ. 2012. стр. 2-18–2-19.
^ Jump up to: ^а ^б «1». Основы полета FM 3-04.203 (PDF) . Министерство армии США. Май 2007.

Внешние ссылки

Статья Пола Кантрелла

[FAA-1] Jump up to: ^а ^б ^с «2. Аэродинамика полета». Справочник по полетам на вертолете (PDF) . Федеральное управление гражданской авиации. 2012 . Проверено 17 января 2022 г.

[Croucher-2] Краучер, Фил (2007). Профессиональные исследования пилотов вертолетов . Лулу.com. п. 2-21. ISBN 9780978026905 . Проверено 18 января 2022 г.

[Watkinson-3] Jump up to: ^а ^б Уоткинсон, Джон (2004). Искусство вертолета . Оксфорд: Эльзевир Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 9780080472034 .

[New_Scientist-4] Кейт-Лукас, защитник (29 мая 1958 г.). «Самолет вертикального взлета: некоторые проблемы проектирования». Новый учёный .

[Leishman-5] Лейшман, Дж. Гордон (2006). Основы аэродинамики вертолета (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета. п. 699. ИСБН 9780521858601 .

[NASA-6] Разрешение НАСА на 1967 финансовый год: слушания, Восемьдесят девятый Конгресс, вторая сессия, S. 2909 . Комитет Сената Конгресса США по аэронавтике и космическим наукам. 1966. с. 485.

[7] Справочник по полетам на вертолете (изд. FAA-H-8083-21A). ФАУ. 2012. стр. 2-18–2-19.

[FoF-8] Jump up to: ^а ^б «1». Основы полета FM 3-04.203 (PDF) . Министерство армии США. Май 2007.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]