Глава II. Особенности аэродинамики несущего винта
1. ОТЛИЧИЕ АЭРОДИНАМИКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА ОТ АЭРОДИНАМИКИ КРЫЛА САМОЛЕТА
Аэродинамика несущего винта вертолета имеет ряд особенностей, отличающих ее от аэродинамики крыла самолета.
Принципиальной отличительной особенностью работы несущего винта является то, что тяга его (или его подъемная сила) может создаваться при любой скорости полета вертолета, вплоть до нулевой, в то время как крыло самолета может создавать необходимую подъемную силу только при скорости полета выше какого-либо минимального значения Vмин .
При уменьшении скорости полета самолета необходимо увеличивать угол атаки крыла, но эта возможность очень ограничена, так как увеличение угла атаки более 15—17° приводит к срыву потока, т. е. к нарушению плавного обтекания крыла. При дальнейшем увеличении угла атаки крыло уже не может создавать необходимую подъемную силу и самолет с потерей скорости теряет управляемость и беспорядочно падает.
Несущий винт вертолета создает необходимую тягу (подъемную силу) при любой скорости полета и не боится потери поступательной скорости вертолета, если скорость вращения (обороты винта) не менее минимально допустимого значения, соответственного режиму полета.
Несущий винт может работать на любых углах атаки, от 0° до 360°, в зависимости от скорости и направления полета вертолета.
Другой особенностью аэродинамики несущего винта является то, что в поступательном полете (горизонтальном или наклонном), когда имеет место косая обдувка несущего винта, лопасти его работают в условиях несимметричного поля скоростей обтекающего их воздушного потока.
Несимметрия поля скоростей, возрастающая с увеличением скорости полета, приводит к ограничению максимальной скорости полета вертолета из-за опасности срыва потока в зоне разности скоростей, где углы атаки сечений лопасти становятся большими и достигают критических значений.
Увеличение скорости вращения винта, которое могло бы несколько оттянуть возникновение срыва потока, ограничено возникновением волнового сопротивления, появляющегося вследствие приближения к звуковой скорости на концах лопастей, которое в свою очередь усугубляет несимметрию условий их обтекания (рис. 45).
Рис. 45. Предельные значения числа оборотов несущего винта при изменении скорости по срыву потока и волновому сопротивлению для различных высот полета
Отличия условий работы несущего винта от условий работы обычного воздушного винта (пропеллера) и от условий работы крыла самолета не позволяют непосредственно распространить теорию воздушного винта и теорию крыла на все режимы работы несущего винта вертолета. Однако теория несущего винта в целом, представляя собой самостоятельную теорию, базируется на аэродинамике крыла самолета и на аэродинамике воздушного винта. При рассмотрении различных режимов работы несущего винта элементы лопастей его уподобляются элементам крыла.
2. Несущий винт
Обычно анализ аэродинамики несущего винта начинают с рассмотрения сил, действующих на лопасть.
Лопасть несущего винта можно сравнить с крылом самолета с той лишь разницей, что она обтекается не прямолинейным поступательным воздушным потоком, а потоком, возникающим в результате вращательного движения ее.
После того как выявлены основные закономерности для сил, действующих на лопасть при различных режимах полета, следует перейти к общему анализу аэродинамических характеристик всего несущего винта. Площадь, ометаемая лопастями при вращении, принимается как несущая поверхность, подобная крылу самолета, создающая помимо подъемной силы еще и тягу, которая сообщает движение всему вертолету.