CC BY
127
УДК 629.7.02
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СООСНОЙ И КЛАССИЧЕСКОЙ СХЕМ РОТОРА АВТОЖИРА
В. Г. Маханьков, М. Н. Драганюк, Д. В. Твердохлебов, А. А. Высоцкий Научный руководитель - В. С. Фаворский
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассматривается понятие автожира, его преимущества перед другими ЛА, преимущества соосной схемы расположения винтов по сравнению с одновинтовой и наработки в этом направлении.
Ключевые слова: автожир, летательный аппарат, соосная схема.
COMPARATIVE ANALYSIS AERODYNAMICS COAXIALLY AND CLASSICAL ROTOR SYSTEMS OF AUTOGYROS
V. G. Makhankov, M. N. Draganyuk, D. V. Tverdohlebov, A. A. Vysotskiy Scentific Supervisor - V. S. Favorskiy
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article deals with the autogyro, its advantages over other aircraft, the benefits of coaxial rotor system compared to single-rotor system and developments in this direction.
Keywords: gyroplane, aircraft, coaxially rotor.
Автожир был изобретен 1919 году испанским инженером Хуаном де ла Сиерва и незаслуженно забыт на долгие годы, так и не раскрыв своего потенциала. И только в последнее время идея автожира вновь начала «оживать», находя новые применения в различных областях. Несмотря на длинную жизнь данного летательного аппарата (ЛА) его конструкция практически не претерпела изменений. Конструкция автожира с соосным несущим ротором не нова. Ее пытался реализовать все тот же Хуан де ла Сиерва, однако соосная схема претерпела неудачу в виду общего несовершенства конструкции автожира на тот момент. В дальнейшем была проведена большая работа по доработке конструкции автожира [1].
Автожир представляет собой летательный аппарат тяжелее воздуха. С точки зрения конструкции автожир можно назвать самолетом с вращающейся несущей поверхностью, так как последней является авторотирующий (свободно вращающийся) винт-ротор большого диаметра и малого геометрического шага, расположенный над фюзеляжем так, что ось его нормальна (или близка к нормали) оси фюзеляжа. Авторотирует винт-ротор от воздействия потока воздуха, возникающего при движении машины. Необходимая тяга для сообщения автожиру поступательного движения создается винтомоторной группой, ничем не отличающейся от винтомоторной группы самолета [2].
Состояние устойчивой авторотации несущего винта является абсолютно необходимым условием при всех возможных летных режимах автожира, потому что необходимая подъемная сила развивается только на авторотирующем винте. Кроме того, лопасти ротора, при наличии шарнирного крепления к втулке, могли при отсутствии достаточной скорости вращения закинуться вверх под действием подъемной силы, ввиду недостаточной величины распрямляющей их центробежной силы [3].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
В настоящее время конструкция одновинтовой схемы автожира достаточно хорошо проработана и активно применяется при изготовлении новой техники. Автожир становится все более востребованным ЛА ввиду того, что имеет такие преимущества как:
1) короткий разбег для взлета (10-50 м);
2) возможность вертикальной посадки, или посадки с очень малым пробегом, а также безопасная посадка с выключенным двигателем;
3) низкая крейсерская скорость (для определенных нужд);
4) относительно простая конструкция.
Автожир как объект исследования был выбран нами по причине простоты конструкции, которая позволяет изготавливать его в условиях низкой оснащенности, что может стать одной из причин усиления его позиции в рядах ЛА, в случае удачного завершения проекта.
Первоочередная цель работы добиться выхода на режим устойчивой авторотации сосной схемы. Хуан де ла Сиерва пытался использовать такую схему для компенсации переворачивающего момента, однако винты вращались с раз угловой скоростью, вследствие чего добиться устойчивой авторотации не удалось и развитие автожиров пошло по другому пути, а соосная схема была заброшена.
Теоретически, применение сосной схемы на автожире имеет ряд преимуществ по сравнению с одновинтовой схемой, таких как:
возможность применения винтов меньшего диаметра;
возможность увеличения максимальной скорости.
Для достижения поставленных целей, был определен следующий план необходимых работ:
1. Проектирование и конструировании лопастей; Анализ лопастей в среде SolidWorks Flow Simulation (рис. 1).
2. Выбор технологии изготовления лопастей для испытаний (на 3Б-принтере (с последующей доработкой с помощью лавсана, ацетоновой бани, термоусадкой), из композитных материалов, из дерева).
3. Проектирование и изготовление конструкции для проведения испытаний различных конфигураций ротора в аэродинамической трубе.
4. Испытания в аэродинамической трубе:
- испытания классической схемы;
- испытание сосной схемы с такими же винтами;
- испытание классической схемы с такими же выходными характеристиками;
- определить фактические преимущества и недостатки сосной схемы относительно классической.
В ходе испытаний необходимо выяснить:
- условия выхода на режим авторотации;
- поддержание режима авторотации при различных углах атаки;
- влияние винтов друг на друга, их аэродинамическое взаимодействие;
- необходимо выяснить, как при увеличении скорости изменяется подъемная сила на винтах, линейно ли.
Рис. 1. Газодинамический анализ лопасти
В настоящее время была выполнена работа по конструированию и изготовлению лопастей, модель которых представлена на рис. 2.
Рис. 2. Элементы конструкции винта изготовленные на 3D-принтере
Лопасти, изготовленные на 3Б-принтере, имели недостаток в виде значительной шероховатости поверхности, что недопустимо для проведения аэродинамических испытаний. Данный недостаток был решен путем использования покрытия поверхности несущего винта термоусадочным материалом. Следующими шагами работы будут проведение оптимизации конструкции несущего винта-ротора и проведение аэродинамических испытаний.
Библиографические ссылки
1. Братухин И. П. Аввтожиры. Теория и расчет. М. : Госмашиздат, 1934. 110 с.
2. Жабров А. А. Автожир, плаер, самолет, геликоптер. М., 1947. 192 с.
3. Membrana [Электронный ресурс]. URL: http://www.membrana.ru/particle/3274 (дата обращения 24.04.2016).
© Маханьков В. Г., Драганюк М. Н., Твердохлебов Д. В., Высоцкий А. А., 2016
