Энергетический анализ и выбор проектных параметров рулевого устройства одновинтового вертолета типа фенестрон Афшин Манучехрифар

Введение к работе

В настоящее время значительно возросло число строящихся и проектируемых одновинтовых вертолетов, использующих фенестрон совместно с килем в качестве альтернативы обычному рулевому винту.

Интерес к фенестрону вызван стремлением преодолеть недостатки, которыми обладает рулевой винт и прежде всего эксплуатационные. Преимуществами феиестрона являются:

- повышение безопасности полета и обслуживания вертолета на
земле благодаря корпусу феиестрона, который защищает винт феиестрона от
возможных ударов о различные препятствия вблизи земли и снижает
вероятность травмирования персонала, находящегося близи вертолета на
земле, работающими винтами,

увеличение живучести рулевого устройства и вертолета в целом,

увеличение ресурса винта феиестрона.

Актуальность проблемы. Первоочередной задачей проектирования феиестрона является выбор его проектных параметров. В известных работах V выбор параметров феиестрона основан на решении частных задач. При этом,

І в большей степени уделяется внимание рассмотрению аэродинамических характеристик феиестрона, исследованию устойчивости и управляемости

^v вертолета с данным рулевым устройством. В то же время, параметры феиестрона в существенной степени влияют на все характеристики вертолета,

, включая и показатели эффективности применения вертолета при выполнении различного рода работ.

Это обуславливает необходимость комплексного подхода к выбору проектных параметров феиестрона, который по возможности учитывал бы не только энергетические, но и весовые характеристики вертолета, а также затраты топлива на полет, которые в итоге определяют показатели

| эффективности применения вертолета с данным рулевым устройством.

I Цель работы заключается в создании методик расчета и выработке

| рекомендаций по выбору оптимальных проектных параметров рулевого 4 устройства вертолета типа фенестрон. Методика выбора проектных параметров феиестрона и киля разработана на основе комплексного подхода, учитывающего влияние этих параметров на энергетические, массовые, летно-технические характеристики вертолета и на показатель функциональной эффективности применения вертолета в целом.

Методы исследования. В работе используются аналитические методы исследования с привлечением результатов экспериментов. Научной базой работы являются методы расчета системы «винт в кольце», созданные на кафедре «Проектирования вертолетов» МАИ.'На основе этих методов разработаны методики алгоритмы и программы расчета для ЭВМ энергетических характеристик фенестрона как частого случая снстемьґ«винт в кольце». Также были разработаны методики для определения весовых, аэродинамических характеристик и показателей функциональной эффективности вертолета с фенестроном для решения задачи по выбору основных проектных параметров данного рулевого устройства.

Научная новизна работы. Научная новизна работы заключается в комплексном подходе к выбору параметров фенестрона на основе анализа их влияния на показатели энергетического совершенства, массовые и летно-технические характеристики вертолета с фенестроном. При этом автором работы решены следующие задачи:

1. На основе методов аэродинамического расчета системы «винт в кольце», созданных на кафедре «Проектирование вертолетов» МАИ, разработаны алгоритмы и программы расчета аэродинамических характеристик фенестрона с килем на режимах висения и горизонтального полета.

2. Проведен энергетический анализ данного рулевого устройства на указанных режимах. В результате анализа получены рекомендации

по выбору относительных размеров кольцевого канала (г_к -

относительный радиус скруглення входной кромки коллектора, а_д -

угол раствора диффузора) и параметров винта (о^- заполнение и

геометрия лопастей). Также получены рекомендации по выбору оптимальной величины разгрузки фенестрона килем на крейсерском режиме полета вертолета.

3. Разработана методика весового расчета и определения массы груза, перевозимого вертолетом с фенестроном и килем.

4. На примере типовой транспортной операции продемонстрирован процесс выбора параметров фенестрона с использованием показателя функциональной эффективности: массы груза, перевозимого вертолетом на заданную дальность. В результате получены рекомендации по выбору основных проектных параметров фенестрона (диаметра винта фенестрона, отнесенного к диаметру несущего винта вертолета О* /D_iie, и длины диффузора фенестрона,

отнесенной к радиусу винта фенестрона H_dIR._l) для вертолетов

различной весовой категории. 5. Проведено сравнение характеристик вертолета с фенестроном и вертолета с обычным рулевым винтом.

Основные положения работы, выносимые на защиту:

1. Результаты энергетического анализа фенестрона с килем на режиме висения и горизонтального полета вертолета.

2. Методики весового расчета и определения массы груза, перевозимого вертолетом с фенестроном и килем.

3. Методика расчета и выработка рекомендаций по выбору параметров фенестрона и киля.

4. Результаты сравнительного анализа характеристик вертолета с фенестроном и вертолета с обычным рулевым винтом.

Достоверность результатов работы определяется тем, что в основу созданных методик, алгоритмов и программ расчета характеристик фенестрона были положены методы расчета аэродинамических характеристик системы «винт в кольце», подтвержденные экспериментами. Результаты расчетов характеристик фенестрона по этим методам, представленным в диссертации, хорошо совпадают с результатами модельных экспериментов с системой «винт в кольце» как на режиме висения, так и на режимах работы фенестрона с горизонтальной скоростью (продувки модели с системой «винт в кольце в аэродинамической трубе МАИ). Достоверность научных выводов диссертации также подтверждается тем, что полученные рекомендации по выбору проектных параметров фенестрона совпадают с параметрами фенестронов реальных вертолетов, находящихся в эксплуатации.

Практическая ценность работы заключается в возможности использования ее результатов в конструкторских бюро вертолетостроения на этапах проектирования вертолетов с фенестроном, а также для исследований эффективности использования фенестрона на вертолетах различных весовых категорий. Материалы диссертации могут быть рекомендованы для использования в учебном процессе при обучении студентов вертолетной специальности.

Апробация работы проведена в виде представления полученных научных результатов на конференциях, в статьях и научных отчетах (см. раздел Литература).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и выводов. Диссертация содержит 163 стр. текста, 125 рис., 13 таблиц и список использованной литературы 43 наименования.