A HELIKOPTER FÜGGÉSI ÉS FÜGGŐLEGES EMELKEDÉSI ÜZEMMÓDJÁNAK VIZSGÁLATA

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A HELIKOPTER FÜGGÉSI ÉS FÜGGŐLEGES EMELKEDÉSI ÜZEMMÓDJÁNAK VIZSGÁLATA"

Marika Siposné
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szolnoki Tudomános Közlemének XIII. Szolnok, 009. Dr. BÉKÉSI LÁSZLÓ 1 A HELIKOPTER VONÓEREJÉNEK CSÖKKENÉSE A SÁRKÁNYSZERKEZET MEGFÚVÁSA MIATT A helikopter repülésekor a függés és a függőleges emelkedés fontos üzemmódok. A helikopter aerodinamikai számításainál általában a sárkánszerkezet káros ellenállását nem eszik figelembe, pedig ez az érték a helikopter felszálló súlának akár 10%-a is lehet. A forgószárn által létrehozott indukált sebesség tengeliránú leáramlásában léő sárkánszerkezeti elemek aerodinamikai ellenállással rendelkeznek. A cikkben a szerző az említett ellenállás értékének kiszámításáal foglalkozik, alkalmaza a helikopter forgószárnon keletkező onóerő kiszámításához a lapelem-elméletet. A HELIKOPTER FÜGGÉSI ÉS FÜGGŐLEGES EMELKEDÉSI ÜZEMMÓDJÁNAK VIZSGÁLATA A helikopter repülési üzemmódjai közül a függés és a függőleges emelkedés eg sor fontos repüléstechnikai jellemzőt határoz meg, például: adott üzemeltetési körülmének között a maimális repülési súlt; a statikus repülési csúcsmagasságot; az egenletes függőleges, maimális emelkedési sebességet. A forgószárn által létrehozott indukált sebesség tengeliránú leáramlásában léő sárkánszerkezeti elemek aerodinamikai ellenállással rendelkeznek. Íg a forgószárn szükséges onóerejét (egúttal a hajtóműek teljesítménét) meg kell nöelni, pontosan annial, amenni a sárkánszerkezet elemeinek aerodinamikai ellenállása. A helikopter aerodinamikai számításainál az esetek többségében a forgószárn által megfúott sárkánszerkezet káros ellenállásától eltekintenek, azaz nem eszik figelembe. Uganakkor ez az érték a helikopter felszálló súlának akár 10%-a is lehet. 1 ZMNE, BJKMK Repülő és légédelmi Intézet, bekesi.laszlo@zmne.hu Szaklektorált cikk. Leada: 009. szeptember 15. Elfogada: 009. december 10. 1

A [;3] irodalmakban a sárkánszerkezet függőleges megfúásának figelembeételéhez eg úgneezett ekialens lemezt ettek, amel függőleges állandó sebességű megfúásban an.

2 A [;3] irodalmakban a sárkánszerkezet függőleges megfúásának figelembeételéhez eg úgneezett ekialens lemezt ettek, amel függőleges állandó sebességű megfúásban an. Függési illete egenletes sebességű függőleges emelkedési üzemmódra leírható: ( T), G = T T = T 1 (1) G a helikopter súlereje; T a forgószárn onóereje; T = T a függőleges megfúás miatt, a forgószárn onóerő iszonított értéke. T Általános esetben eg-forgószárnas helikopterre: T = F = F + F F, () káros törzs + szárn stabilizátor F törzs a helikopter törzsének káros ellenállása; F szárn a helikopter szárnának káros ellenállása; F stabilizátor a helikopter stabilizátorának káros ellenállása. T F stabilizátor F törzs G F szárn 1.ábra. A helikopter függési üzemmódján a forgószárn hatása a sárkán szerkezeti elemeire

3 A forgószárn onóerő eszteség számítása során feltételezzük, hog a teljes nomás az indukált sebességű tengeliránú leáramlásban nem áltozik, azaz a Bernoulli egenlettel felírható: ρ p + = const., (3) p az indukált sebességű leáramlás tetszőleges pontjában a statikus nomás; az indukált sebesség nagsága; Miel a függőleges leáramlásban az indukált sebesség nem túl nag, azaz a Mach-szám M = < 0,4 és a leegő sűrűsége állandó, azaz a zaartalan áramlás sűrűségéel azonosnak a ehető íg: ρ df p c da = +, (4) p = p a p f az adott da elemi felület alsó és felső részén léő statikus nomások különbsége; c a kiálasztott elem ellenállási erőténezője. A helikopter sárkánszerkezetének ékon felületein (mint a szárn és a stabilizátor), amelek kicsi iszonított astagsággal rendelkeznek, a nomásokat az alsó és felső felületeken egenlő nagságúaknak ehetjük, azaz p a = pf. A sárkán más elemeinél, ahol a iszonított astagság jelentős értékű, az alsó és felső felületek nomásait egük körnezeti nomás értékűnek. Ekkor az adott elem astagságának figelembeételéel kapjuk: ( ρ ρ ) p = K, (5) a K a forgószárn által megfúott sárkánszerkezeti elem formáját és astagságát figelembe eő egüttható; Indukált sebesség i Y ω f A forgószárn forgási síkja 0 i A sárkán sematizált modellje X H t df da Z. ábra. A helikopter sárkánszerkezetének a számításhoz szükséges körüláramlása függéskor 3

4 A K egüttható értéke nullától (a ékon testeknél) egészen egig (a nagon astag testeknél) 0 K 1 áltozhat ( ) A leáramlás szabálos részén a statikus nomás egenlő a körnezeti nomással íg a (4) egenlet az (5) figelembeételéel a köetkező alakot eszi fel: = i 1 ρ df = c da + K, (6) c kétszeres indukált sebesség. Általában a helikopter sárkánszerkezet elemei a forgószárn forgássíkjától H t táolságra H t helezkednek el, amelnek mértékegség nélküli iszonított értéke H t = = 0,...0, 3. R A helikopter sárkánszerkezet elemeinek ellenállási erőténezői ( c ) azok geometriai formájától és a Renolds-számtól függenek. Gakorlatilag az ellenállási erőténező értéke ( c ) áltozhat 0,4-től (azok az elemek, amelek formája a hengerhez közeli, illete hasonló) egészen 1 1,-ig (stabilizátor, szárn). A égrehajtott számítások azt mutatják, hog (6) kifejezés szögletes zárójelben léő része 0,9-től 1,15-ig áltozik, azaz közel an az eghez. Íg ennek figelembeételéel az elemi ellenállási erő számítására alkalmas képlet a köetkező alakot eszi fel: ρ df = da c (7) A teljes ellenállás kiszámításához integrálnunk kell az előző egenletet. A forgószárn által létrehozott indukált sebesség meghatározásához a éges számú lapáttal rendelkező forgószárn örénelméletét kell alkalmazni. A forgószárnon keletkező aerodinamikai erőket és nomatékokat a lapelem-elmélet segítségéel határozzuk meg. A kiálasztott lapelemre elemi aerodinamikai erők hatnak, meleket a köetkezőképpen határozhatunk meg: ρ w df = h c, ρ w df = h c, (8) c és c A forgószárn lapát-elem aerodinamikai felhajtóerő és ellenállási erő ténezői. 4

ω 0 df w ψ r df dr h 3. ábra. A forgószárn lapátelemre ható aerodinamikai erők A izsgált lapátelem aerodinamikai erőténezői ( és ) ( M) és a Renolds-számtól ( R ) e függenek.

5 ω 0 df w ψ r df dr h 3. ábra. A forgószárn lapátelemre ható aerodinamikai erők A izsgált lapátelem aerodinamikai erőténezői ( és ) ( M) és a Renolds-számtól ( R ) e függenek. c az állásszögtől, a Mach-számtól c Az elemi onóerő és elemi kerületi erőt az ismert összefüggések segítségéel határozhatjuk meg. df dt df R ϕ α r ω W =r ω+ α = β df dq 4. ábra. A forgószán lapelem-elmélete A 4. ábrából: dt = df cosβ df sinβ, dq = df cos β + df sin β. (9) 5

6 A forgószárn alatt az indukált sebesség mértékegség nélküli iszonított értékét a köetkező összefüggés segítségée határozhatjuk meg: ( r u) 4 u ϑ = +, (10) iszonított függőleges emelkedési sebesség (függési üzemmódban egenlő zérussal); r az adott lapelem iszonított sugara; u az indukált sebesség tangenciális összeteője. Az indukált sebesség tangenciális összeteőjét a forgószárn örénelméleténél alkalmazott Biot Saart összefüggés segítségéel tudjuk kiszámítani: u z d Γ l () r = I ( ρ, β) d ρ r d ρ z l a forgószárn lapátok száma; ρ iszonított sugár; Γ az r keresztmetszetben a mértékegség nélküli cirkuláció., (11) A (11) egenletben leírt integrál kiszámítására a [4,5] irodalmakban található megoldás. A forgószárn által megfúott sárkánszerkezet miatti onoerőcsökkenés konkrét számítására a [7, 8] irodalmakban találunk példát. Alapul eg KT-11 tipusú helikoptert ettek, 900 kg. felszálló tömeggel. A sárkánszerkezetet az 5. ábra szerint modellezték. A gakorlati számítások alapján [6] lehetőség adódott eg empirikus képlet felállítására, amel segítségéel a sárkánszerkezet megfúása miatti forgószárn-onóerő eszteség számítható. T = δ 1 (1) Ahol: δ gakorlati ténező, amel figelembe eszi a helikopter függésekor a onóerő csökkenést amiatt, hog a sárkánszerkezet megfúásba kerül a forgószárn által.; Eg háromlapátos forgószárnat ée, amel σ = 0,04475 kitöltési ténezőel rendelkezik, a az előbbi ténező értéke δ = 1,09, azaz a forgószárn iszonított onóerő esztesége,9%. 6

1 3 4 5 6 7 A helikopter sárkánszerkezetének etülete a ízszintes síkra - 1,0-0, 8-0,6-0,4-0, 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 r -0,05-0,05-0,075 V ind.

7 A helikopter sárkánszerkezetének etülete a ízszintes síkra - 1,0-0, 8-0,6-0,4-0, 0,0 0, 0,4 0,6 0,8 r -0,05-0,05-0,075 V ind., m/sec - A forgószárn indukált sebessége -A sárkánszerkezet körüláramlási sebessége 5. ábra. A KT11 helikopter számítási rajza és a tengeliránú sebességeloszlás 6. ábra. A KT11 helikopter 7

8 FELHASZNÁLT IRODALOM [1] FAIL R.A and Ere R.C.W., Downwash measurements behind a 1-ft diameter helicopter rotor in int he 4-ft wind tunnel// R & M, N. 810 [] ПЕЙН П.Р. Динамика и аэродинамика вертолета. - М.: Оборонгиз, с. [3] ВИЛЬДГРУБЕ Л.С. Вертолеты. Расчет интегральных аэродинамических характеристик и летно-технических данных. - М.: Машиностроение, с. [4] МАЙКОПАР Г.И., Лепелкин А.М., Халезов Д.В. Аэродинамический расчет винтов по лопастной теории// Труды ЦАГИ.- М.: ЦАГИ, Вып.59. -С [5] КОВАЛЕВ Е. Д., Удовенко В.А. Расчет аэродинамических характеристик воздушных винтов численными методами// Авиация общего назначения. - X.: НАКУ "ХАИ", С [6] СПЕРАНСКИЙ С.Д. Взаимное влияние несущего винта и фюзеляжа одновинтового вертолета на режиме висения// Технические отчеты ЦАГИ. - М.: ЦАГИ, Вып С [7] ДЖОГАН О.В. "Ангел"- изделие 11// Авиация общего назначения. - X.: НАКУ "ХАИ", С [8] НАЗАРЕНКО А.И. В Украине "Ангелы" летают// Авиация общего назначения. - X.: НАКУ "ХАИ", С DECREASE OF HELICOPTER ROTOR THRUST CAUSED BY THE ROTOR GENERATED AIRFLOW AROUND THE AIRFRAME Hoer and ertical ascend is important mode of helicopter fling. At the aerodnamic calculations the parasite drag of airframe is usuall not taken into consideration although it can be as much as 10 % of the maimum take-off load. Elements of airframe structure, touched b rotor downwind from the induced elocit, hae aerodnamic drag. In this paper the author deal with the calculation of aboe mentioned drag using the blade element theor to calculate the rotor thrust. 8

Hasonló dokumentumok

A MULTIMÉDIA ALKALMAZÁSA AZ AERODINAMIKA ÉS REPÜLÉSMECHANIKA TANTÁRGYAK OKTATÁSÁBAN

A MULTIMÉDIA ALKALMAZÁSA AZ AERODINAMIKA ÉS REPÜLÉSMECHANIKA TANTÁRGYAK OKTATÁSÁBAN Békési László Zrínyi Miklós Nemzetvédelmi Egyetem Bolyai János Katonai Műszaki Főiskolai Kar Repülőgép sárkány-hajtómű