CC BY
61
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц АГ И Том V 1974
№ 3
УДК 533.6.013.2+629.735.45.035.62
НЕСТАЦИОНАРНЫЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ НА ПОВЕРХНОСТИ ЛОПАСТИ МОДЕЛИ ТЯЖЕЛО НАГРУЖЕННОГО НЕСУЩЕГО ВИНТА
В. А. Головкин, В. М. Калявкин
Приведены результаты экспериментального исследования в аэродинамической трубе распределения мгновенного давления по верхней и нижней' поверхностям дренированной по всему размаху лопасти модели тяжело нагруженного несущегр винта на режиме горизонтального полета. Показано, что несущие свойства видта сохраняются и при наличии значительной области срыва вследствие специфики аэродинамических характеристик профиля лопасти винта в около-срывной областй, значительно отличающихся от характеристик профиля в установившемся плоском потоке.
Обтекание поперечного сечения лопасти несущего винта, работающего в косом потоке, характеризуется сложным взаимодействием пространственных, нестационарных и срывных явлений, исследование которых представляет важную задачу аэродинамики несущего винта. Для экспериментального исследования может быть использован метод измерения мгновенного давления на поверхности лопасти [1—4]'. ; , '• .
В данной работе путе)М измерения1 мгновенного давления на поверхности 'лопасти проведено исследование несущих свойств винтй и условий работы профиля сечений лопасти на режимах, соответствующих глубокому срыву потока с лопастей. Измерение давления проводилось как по верхней, так и по нижней поверхностям в ряде сечений, расположенных вдоль размаха лопасти.
Объектом испытаний являлась трехлоиастная модель винта с жесткими» прямоугольными в плане лопастями, имеющими в сечении профиль КАСА-0012 с хордой 6 = 0,12 м. Число оборотов несущего винта п == 6^0 об/мин. Среднее по азимуту для сечения г = 0,717 значение числа Яе = 5,2410®. Угол атаки модели винта в испытаниях о = — 8°. Коэффициент, ст/о, характеризующий нагрузку на I лопасть, бы^1 равен 0,2 (зд^Сь ст-т коэффициент силы тяги, а—заполнение несу-I щего винта); Давление, измеряемое' в дочках на поверхности лопаст-и, преобра-' зовывалось индуктивными, датчиками ,в ёл^ктросигналы, которые через усилительную аппаратуру записывались на ленту осциллографа. Подключение датчиков к дренажным трубкам осуществлялось таким Образом, что в каждой второй исследуемой точке поверхности лопасти давление измерялось дважды различными датчиками (повторные измерения на фигурах Ьбозначеды кружочками со штрихом)*.
* Искажения, вносимые вращением лопасти и каналом дренажа, исключались с помощью специальных поправок. .
Были определены зависимости коэффициента давления р =■?—-^2 от коор-
• _ _ Р^/2
динаты х = х/Ь, где х — расстояние в долях хорды от носка профиля до рассматриваемой точки; р — плотность воздуха; р0 — постоянное давление; ^„—полная скорость в нормальном сечении лопасти. Необходимые при определении величины \Рп расчеты вертикальной составляющей индуктивной скорости и махового движения лопасти проведены по методу, разработанному В. М. Каляв-киным.
На фиг. 1 и 2 приведены эпюры р = 1 (х) при различных значениях азимутального положения лопасти для одного из 12 исследованных сечений на относительном радиусе г = 0,717. На азимутах от ф = 36° до ф = 216° эпюры имеют плавный характер, свойственный безотрывному обтеканию сечения лопасти, без ярко выраженных «полочек* и „горбов", которые указывали бы на срыв потока
(1=0,202і 7=0,717
-1,0
1,0
<р=0іЗЄ0°
с«ґ0.8
<р=36в ся і=0,Ч8
<р=72 с» Г 0,35
Ч>=108°
Су 1=0,35
ж
ЁЖ
4>=т° с» 1=0,62
у.
Ч-
0,6
л,
0,2
0,6
П2
о эпюры верхней поВерхности лоласти • » нишей » , ”
(р =180°
<р=216
С#іт1,Ч5
у252°
Сщш1М
у*288° сиі =1,07
<р-32Ч С у 1*0,85
і,о
І*
Тб
у 0,6'
0,2.
.%6
Фиг. 1
р
'0,1
О
ш=0іЗВ0‘ *-
' ТГ
*%2
<р*36°
и
о,в
в!
ф‘72
с.1‘0,26
ЕС
0,6
ш=108й
Си 1-0,2
0,6
Ч
0,2
<р=т
Су/*0,55
1
0,6
о зпмры верхней поверхности л опис ти • » ним ней ” »
Р
-1,0
О
1,0
ц)*т’
Су1*1>14
<р=216
Суг2,1і
(р-252°
Сц‘2,М
<р-288Ч
СуГЩ
Суі -1,58
■
0,2
і
Й=
і І£
0,2-
Ж
0,2
Ж
0,2,
У.
Фиг. 2
с поверхности лопасти. Однако в секторе, ометаемом лопастями винта от ф=252° до ф = 360°, характер эпюр говорит о том, что сечение лопасти находится в срыве. Об этом свидетельствуют значительные различия в величинах р в соседних точках профиля, разброс результатов повторных измерений в одной и той же точке поверхности, наличие упомянутых выше „горбов" и „полочек". Для (л = 0,352 при ф=216° (см. фиг. 2) можно отметить некоторые признаки, характеризующие предсрывное состояние течения около профиля сечения лопасти: заметная разность давления вблизи хвостика при значении х, близком к единице, и нестабильность в повторных измерениях давления на интервале 0,02<\к<С0,1.
На азимуте ф = 252° наблюдается существенная перестройка эпюр давления на верхней поверхности лопасти, что свидетельствует о достаточно развитом срыве потока. По эпюрам на азимутах ф = 288° и 324° для = 0,352 видно, что отсутствует характерный для плавного обтекания ярко выраженный пик давления на верхней поверхности лопасти вблизи носка профиля. Эго указывает на то, что область срыва потока в данном сечении, по-видимому, начинается непосредственно у носка профиля. Для (д. = 0,202 и тех же азимутов (см. фиг. 1) срыв потока с лопастей проявляется в меньшей степени, чем при ц= 0,352. Об этом можно судить по следующему признаку: в носовой части верхней поверхности лопасти менее заметны нарушения в характере эпюр по сравнению с безотрывным обтеканием.
В зоне срыва разность значений р на верхней и нижней поверхностях остается довольно значительной вплоть до значений х, близких к единице. При безотрывном обтекании (от ф = 36° до ф = 180°) эта разность давления плавно убывает до нуля при х->1.
На фиг. 3 приведены эпюры р—/(х) для профиля NACA-0012, обтекаемого установившимся плоским потоком, и для сечения лопасти винта, работающего в косом потоке ((л = 0,202; 4' = 0). Из сравнения эпюр видно, что на распределение аэродинамической нагрузки по хорде существенно влияют эффекты нестацио-нарности и пространственности, характерные для обтекания сечения лопасти винта.
Интегрированием экспериментальных эпюр р=/(х) были получены зависимости коэффициента нормальной силы по азимуту для различных значений г (фиг. 4). Из зависимостей, приведенных на фиг. 4, видно, что существует довольно обширная область, в которой коэффициент су1 превосходит величину СуШах профиля в плоском установившемся потоке. Например, при г = 0,717 и = 0,352 эта область простирается примерно от 185° до ф ~ 350°, а для р — 0,202 от
Р
-3,0
-2,0'
4,0
О
1,0 _
— зпюра р^(х.)Ал9 про филя в ллоспа параллельном потопе эл/орар*?(х)/ля . V сечения л ала с лги винта
Фиг. 3
ф =: 200° до я: 270°. Максимальное значение коэффициента суі = 4,6 достигается
при г = 0,482 и ф = 270°.
Из графиков фиг. 5 видно, что погонная нагрузка на лопасти существенно зависит от ее азимутального положения. Максимальное значение достигается
в предсрывной зоне (ф = 200° для г = 0,717), а в области срыва величина'погон-ной нагрузки соизмерима с величиной К] на азимуте ф — 90° (для г == 0,717 У1 = 130 Н/м при ф = 280° и У] = 100 Н/м при = 90°).
Учитывая, что в испытаниях коэффициент силы тяги несущего винта на всех исследованных режимах выдерживался примерно постоянным (ст = 0,0173), из результатов работы можно сделать вывод, что несущие свойства модели винта сохраняются и при наличии значительной области срыва потока с лопастей.
ЛИТЕРАТУРА
1. Himmelskamp Н. Profuliintersuchungen an einem umlaufenden propeller. Mitteilungen aus dem Max—Planck—Institut fiir str6mingsforschung, G6ttingen, 1950.
2. Баскин В. Э., Вильдгрубе Л. С., Вождаев Е. С., Майкапар Г. И. Теория несущего винта. Под редакцией А. К. Мартынова, М., .Машиностроение*, 1973.
3. Антропов В. Ф., Бураков Г. Б., Дьяченко А. С., Липатов В. Р., Мартынов А. К., Новоселов П. М., Степанов А. В. Экспериментальные исследования по аэродинамике вертолета. Под ред. А. К. Мартынова, М., .Машиностроение”, 1972.
4. Павлов Л. С. Экспериментальное исследование неустано-вившегося обтекания профиля сечения лопасти при больших производных угла атаки по времени. Сб. работ по аэродинамике и динамике вертолета. Труды ЦАГИ, вып. 1373, 1972.
Рукопись поступила 28/ VI 1973 г.
