Ротор

Токио столичное полицейское управление EH101 (AW101)

Конструкция BERP Rotor Blade была разработана в рамках британской программы экспериментального ротора . Первоначальные лезвия BERP Rotor были разработаны в конце 1970-х до середины 1980-х годов в качестве совместной программы предприятия между Helicopters Westland и Королевским самолетом (RAE), а профессор Мартин Лоусон в качестве со-патентира. Цель состояла в том, чтобы увеличить способность вертолетов и максимальную скорость, используя новые конструкции и материалы.

Как это работает

По мере того, как объекты приближаются к скорости звука , ударные волны образуются в областях, где локальный поток ускоряется выше скорости звука. Обычно это происходит на изогнутых областях, таких как окна кабины, ведущие края крыла, и аналогичные области, где принцип Бернулли ускоряет воздух. Эти ударные волны излучают огромное количество энергии, которая должна быть поставлена ​​двигателями, которые представляются самолету в целом как большое количество дополнительного сопротивления, известного как волновое сопротивление . Это было начало волнового сопротивления, которое порождает идею звукового барьера .

У вертолетов есть дополнительная проблема, которую их роторы движутся по отношению к фюзеляжу при вращении. Даже при колебании кончики ротора могут двигаться со значительной частью скорости звука. По мере того, как вертолет ускоряется, его общая скорость добавляется к скорости кончиков, что означает, что лопасти на передней части ротора видят значительно более высокую воздушную скорость, чем задняя сторона, вызывая диссимметрию подъема . Это требует изменений в угле атаки лопастей, чтобы гарантировать, что подъемник похож на обеих сторон, несмотря на большие различия в относительном воздушном потоке.

Это способность ротора изменять свой схему подъема, которая устанавливает ограничение на прямую скорость вертолета; В какой-то момент прямая скорость означает, что лезвия, движущиеся сзади, находятся ниже скорости их киоска . Точка, в которой это происходит, может быть улучшена, сделав ротор быстрее, но затем сталкивается с дополнительной проблемой, что на высоких скоростях движущиеся передние лезвия приближаются к скорости звука и начинают страдать от волнового сопротивления и других негативных последствий.

Одним из решений проблемы волнового сопротивления является то же самое, которое было замечено на реактивных истребителях 1950 -х годов, использование крыла . Это уменьшает влияние волнового сопротивления без значительных негативных эффектов, за исключением очень низких скоростей. В случае бойцов это было проблемой, особенно при посадке, но в случае с вертолетами это не является проблемой, потому что кончики ротора существенно не замедляются, даже во время посадки. Такие сокрытия можно увидеть ряд типов вертолетов 1970-х и 80-х годов, в частности, Blackhawk UH-60 и AH-64 Apache .

Однако для обеспечения того, чтобы центр тяжести или аэродинамических центров по сравнению с эластичной осью лезвия (которые могут вводить нежелательные аэродинамические и инерционные связи) не испытываются, то наконечник должен быть настроен при сдвиге площади вперед. Это может быть сведено к минимуму, признав, что номер Маха варьируется вдоль лезвия, поэтому нам не нужно использовать постоянный угол развертки, тем самым сводя к минимуму количество сдвига вперед.

Методология, используемая при проектировании лезвия BERP, гарантирует, что эффективное число MACH, нормальное для лезвия, остается номинально постоянной над областью сочетания. Максимальный разверток, используемый в большей части лезвия BERP, составляет 30 градусов, а наконечник начинается с неразмерного радиуса R/R = COS 30 = 86% радиуса. Распределение площади этой области наконечника настроено, чтобы убедиться, что средний центр давления в среднем наконечника расположен на упругой оси лезвия. Это делается путем компенсации местоположения локальной оси 1/4- аккорда вперед при радиусе 86%.

Это смещение также приводит к разрыву в переднем крае (называемом выемкой), что приводит к другим интересным эффектам. Например, недавние расчеты с использованием кода CFD, основанного на уравнениях Навье-Стоукса , показали, что эта «Notch» действительно помогает еще больше уменьшить силу ударных волн на лезвии. Таким образом, неожиданный побочный продукт выемки сверх основного эффекта развертки состоит в том, чтобы помочь еще больше снизить эффекты сжимаемости.

Мы также должны признать, что геометрия с сожалением такого рода не обязательно улучшит производительность лезвия под большим углом атаки, соответствующей отступающей стороне диска. Фактически, опыт показал, что подстрекательское лезвие может иметь нижнюю характеристику сдерживания по сравнению со стандартным наконечником лезвия.

BERP Blade использует окончательную геометрию, которая выполняется как совет с высокими числами Маха и низкие углы атаки, но также позволяет наконечникам работать под очень высокими углами атаки без остановки. Этот последний атрибут был получен путем радикального увеличения развертки самой внешней части кончика (примерно 2%) до значения (70 градусов), где любой значительный угол атаки приведет к разделению потока переднего края.

Поскольку передний край настолько сильно охвачен, это передовое разделение края превращается в вихревую структуру, которая катится вокруг переднего края и в конечном итоге сидит над верхней поверхностью (как на самолете дельта -крыла). Этот механизм усиливается, сделав передний край аэродинамической площади в этой области относительно резким.

По мере того, как угол атаки увеличивается, этот вихрь начинает развиваться из точки дальше и дальше вперед вдоль переднего края, следуя геометрии плана в более умеренно охваченную область. Под достаточно высоким углом атаки вихрь будет инициировать ближе к нападению большей части переднего края возле области «Нотч».

Свидетельство показало, что также образуется сильный вихревой вихрь, который затягивается по всему лезвию. Этот вихрь действует как аэродинамический забор и замедляет область разделения потока от вторжения в область наконечника. Дальнейшее увеличение угла атаки не вносит незначительного изменения в структуре потока, пока не будет достигнут очень высокий угол атаки (в окрестностях 22 градусов!), Когда поток будет сильно отделен. Для обычной формы плана наконечника ожидается, что аналогичный распад бруттового потока произойдет при местном угле атаки около 12 градусов.

Таким образом, лезвию BERP удается сделать лучшее из обоих миров, уменьшив эффекты сжимаемости на развивающемся лезвии и задерживая начало отступающего прилавка лезвия. Чистым результатом является значительное увеличение конверта эксплуатационного полета.

Программы

Первоначальная программа, BERP I, изучала проектирование, производство и квалификацию лопастей композитного ротора. Это привело к созданию новых основных роторов и хвостовых лопастей ротора для Westland Sea King . В соответствии с первой, вторая программа, BERP II, проанализировала передовые аэродинамического покрытия секции для будущих лопастей ротора. Это подано в программу BERP III.

Конструкции BERP III имеют выемку к внешнему концу лезвия ротора, с большим количеством обморока от выемки до конца лезвия по сравнению с внутренним бортом над выемкой. BERP III завершился технологической демонстрацией на вертолете Westland Lynx . В 1986 году на вертолетах на 15 и 25 км, достигнув 400,87 км/ч (249,09 миль в час). После успешной технологической демонстрации лезвие BERP III вступило в производство.

BERP IV использует: новая аэродинамическая почта, пересмотренная форма наконечника лезвия и повышенный поворот лезвия. После 29 часов тестирования было обнаружено: «Улучшение производительности летательного ротора, снижение потребностей в мощности в падении и вперед полете, ... уменьшить вибрацию планера и вибрацию двигателя для диапазона веса взлета». Кроме того, «загрузка концентратора ротора была одинаковой или меньше, чем с лезвием BERP III, теперь установленным на вертолете EH101 ». Чтобы предотвратить эрозию переднего края, лезвие будет использовать резиновую ленту, а не полиуретан, используемый на морских морских королях Великобритании. Под тестированием было обнаружено, что он длится пять раз дольше, 195 минут против 39 мин. Программа закончилась в августе 2007 года

Применение технологии BERP

Текущие приложения:

• III:

Agustawestland AW101

Модернизированная Westland Super Lynx

• Pert iv:

Agustawestland AW101

Смотрите также

• Blue Edge Rotor Конструкция лезвия

Дальнейшее чтение

• Броклхерст, Алан. AIAA-1990-3008, «Экспериментальное и численное исследование британского лезвия экспериментального ротора». AIAA, 1990.

Внешние ссылки

• Британская экспериментальная программа ротора (PER) лезвие
• Векторы воздуха: Westland Scout, Wasp и Lynx
• «Самые быстрые лезвия в мире» , 27 декабря 1986 . года