Аэродинамический расчет вертолета
Бесплатный доступ
Целью аэродинамического расчета вертолета является определение летных свойств по его конструктивным параметрам, исследование вопросов его балансировки. Существует несколько способов проведения аэродинамического расчета вертолета: расчет продувочных поляр винта; теория, рассматривающая маховые движения лопастей, метод тяг и метод мощностей. В данной статье рассмотрен метод тяг и метод мощностей, которые были предложены Н.Е. Жуковским. Он является самым часто применяемым и удобным для аэродинамического расчета.
Аэродинамика, сопротивление, характеристики, вертолет
Короткий адрес: https://sciup.org/140287033
IDR: 140287033
Текст научной статьи Аэродинамический расчет вертолета
Фюзеляж является сложным телом, создающее аэродинамическое сопротивление в полете. Целью расчета аэродинамического сопротивления вертолета является составление сводки лобовых сопротивлений и расчет площади эквивалентной плоской пластинки, имеющей такое же, как у вертолета, аэродинамическое сопротивление при обтекании перпендикулярным к ней потоком воздуха (таблица 1) [2].
Таблица 1 – Сводка лобовых сопротивлений вертолета.
|
Наименование элементов вертолета |
Нахождение расчетной площади |
Расчетная площадь элементов S , ,m2 |
Коэффициент аэродинамического сопротивления cx i |
Произведение площади на коэффициент SiS cxi , м 2 |
|
Фюзеляж |
Площадь фюзеляжа |
16 |
0,035 |
0,16 |
|
Капоты редуктора |
Площадь поперечного сечения капота |
0,33 |
0,2 |
0,06 |
|
Капоты двигателя |
0,8 |
0,095 |
0,2 |
|
|
Несущий винт с втулкой |
Площадь ометаемая винтом |
133,43 |
0,002 |
0,262 |
|
Рулевой винт с втулкой |
11,93 |
0,003 |
0,013 |
|
|
Полозковое шасси |
Площадь шасси |
0,042 |
0,2 |
0,008 |
|
Хвостовое оперение |
Площадь оперения |
1,68 |
0,011 |
0,017 |
|
Площадь эквивалентной пластинки |
0,43 |
|||
|
^ э = Z c xi S t , м2 |
Далее строим твердотельную ЗД-модель вертолета и продуваем его в аэродинамической трубе для получение аэродинамических характеристик.
С учетом всех габаритных размеров чертежа нашего вертолета создадим ЗД-модель в программе Siemens NX (рисунок 1).
Рисунок 1 - ЗД-модель вертолета
Создаем проект аэродинамического расчета в ПК ANSYS . Общий вид окна ANSYS Workbench готового проекта представлен на рисунке 2.
Рисунок 2 – Общий вид окна ANSYS Workbench
Далее создаем общую газовую оболочку в виде квадрата с вырезанным в нем вертолетом и строим сетку.
Рисунок 3 – Сетка на общей газовой модели
Экспортируем данную модель в модуль CFX ПК ANSYS и вводим входные данные. В домен общей газовой оболочки мы добавляем входные параметры boundary , а именно вход газового потока со скоростью 216
км/ч, выход газового потока 200 км/ч на передней и задней стенке нашего куба. Всем остальным стенкам присваиваем значение opening.
После создания всех входных параметров и связей окно раздела Setup будет выглядеть следующим образом. Результат на рисунке 4.
Рисунок 4 – Окно раздела Setup модуля CFX
Закрываем данное окно и запускаем раздел Solution двойным нажатием клавиши. В появившемся окне нажимаем Start . Перед нами появятся графики Imbalance, Momentum and Mass , которые представлены на рисунке 5 и 6.
Рисунок 5 – График Momentum and Mass
Рисунок 6 – График Imbalance
После завершения всех итераций переходим в раздел Result и создаем с помощью кнопки Streamline визуальное отображение распределения температуры и давления по нашему вертолету.
Рисунок 7– Распределение давления по поверхности вертолета
Рисунок 8 – Распределение температуры по поверхности вертолета
В раздел « Expressions » вводим выражения для вычисления Cn и CR :
ForceY
= Sq
CR =
ForceX
Sq
Далее изменяя угол атаки α перезапускаем расчёт. Результаты аэродинамических характеристик фюзеляжа вертолета приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Аэродинамические характеристики фюзеляжа.
|
Угол атаки α, град |
Коэффициент нормальной силы с n |
Коэффициент продольной силы C R |
Коэффициент подъёмной силы C y |
Коэффициент силы лобового сопротивления C x |
|
45 |
0,198 |
0,537 |
0,553 |
-0,141 |
|
30 |
0,143 |
0,55 |
0,587 |
-0,096 |
|
20 |
0,122 |
0,557 |
0,581 |
-0,021 |
|
10 |
0,096 |
0,514 |
0,513 |
-0,0004 |
|
5 |
0,064 |
0,510 |
0,501 |
-0,014 |
|
0 |
-0,046 |
0,362 |
0,467 |
-0,029 |
|
-5 |
-0,084 |
0,292 |
0,307 |
-0,254 |
|
-10 |
-0,265 |
0,273 |
0,381 |
-0,553 |
|
-20 |
-0,395 |
0,231 |
0,386 |
-0,344 |
|
-30 |
-0,466 |
1,436 |
2,442 |
0,541 |
|
-45 |
-0,952 |
1,28 |
2,356 |
0,769 |
Строим график зависимости аэродинамических коэффициентов от угла атаки.
График 1 - Зависимость аэродинамических коэффициентов от угла атаки
Заключение. В данной статье выполнен аэродинамический расчет вертолета. Составлена сводка лобовых сопротивлений и произведен расчет площади эквивалентной плоской пластинки, имеющей такое же, как у вертолета, аэродинамическое сопротивление. Так же были получены аэродинамические характеристики фюзеляжа вертолета и представлена визуальная картинка продувки в аэродинамической трубе на основе которой получены данные о распределении температуры и давления по конструкции вертолета.
Список литературы Аэродинамический расчет вертолета
- Проскурин В.Д. Расчет параметров вертолета на этапе предварительного проектирования. Оренбург, 2014. - 147 с.
- Шайдаков В. И. Аэродинамический расчет вертолета. М.: МАИ, 1988.
- Торенбик Э. Проектирование дозвуковых самолетов [Текст]: пер. с англ. / Э. Торенбик. - М.: Машиностроение, 1983. - 648 с.
- Юрьев, Б. Н. Аэродинамический расчет вертолетов: учеб. для вузов / Б. Н. Юрьев. - М.: Гос. изд-во оборон. пром., 1956. - 560 с.
