Содержание к диссертации
Введение
1. МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ В АЭРОДИНАМИКЕ ВОЗДУШНЫХ ЩИТОВ. ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1. Анализ применяемых методов исследования аэродинамических характеристик и поля индуктивных 11
1.2. Выбор направления исследования 18
2. ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
РАБОТЫ ВОЗДУШНОГО БИНТА МЕТОДОМ МАГДА .22
2.1. Необходимые и достаточные условия моделирования в методе МАГДА 22
2.2. Возможные схемы устройства для моделирования вращательного движения идеальной жидкости .27
2.3. Теоретическое обоснование схемы устройства для моделирования вращательного движения идеальной жидкости ...32
2.4. Электромагнитная модель вихревой структуры воздушного винта 47
2.5. Устройства для моделирования различных режимов работы воздушного винта .52
3. ТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ
ВОЗДУШНОГО ВИНТА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА МАГДА И ЕГО
ОСОБЕННОСТИ 69
3.1. Особенности технического устройства для моделирования вращательного движения идеальной жидкости 69
3.2. Электромагнитная модель вихревой структуры воздушного винта 74
3.3. Требования к моделям лопастей винта, исследуемых с помощью метода МАГДА ...4.76
3.4. Назначение и конструкция измерительных и контролирующих датчиков ;...77
3.5. Назначение и принцип работы технического устройства "Ротор" .^
4. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
И ПОЛЯ ИНДУКТИВНЫХ СКОРОСТЕЙ ВОЗДУШНОГО ВИНТА НА ОСНОВЕ
МЕТОДА МАГДА
4.1. Основные расчетные соотношения и порядок оценки аэродинамических характеристик воздушного винта на основе метода МАГДА 86
4.2. Определение исходных данных модели винта и его вихревой структуры 92
4.3. Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик модели двухлопастного воздушного винта. Сравнительный анализ полученных результатов.
4.4. Методика исследования поля индуктивных скоростей воздушного винта
4.5. Область применимости разработанного устройства и методики исследования аэродинамических характеристик и поля индуктивных скоростей воздушного винта
4.6. Анализ погрешностей измерений
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Акты о внедрении результатов исследований 122
- Анализ применяемых методов исследования аэродинамических характеристик и поля индуктивных
- Необходимые и достаточные условия моделирования в методе МАГДА
- Особенности технического устройства для моделирования вращательного движения идеальной жидкости
- Основные расчетные соотношения и порядок оценки аэродинамических характеристик воздушного винта на основе метода МАГДА
Анализ применяемых методов исследования аэродинамических характеристик и поля индуктивных
Современный этап отечественного вертолетостроения характеризуется интенсификацией научный исследований и реализацией ряда крупных программ по разработке и совершенствованию вертолетов различного назначения. Это в первую очередь относится к вертолетам Ми-8,Ми-18, Ми-24, тяжелому десантно-транспортному вертолету Ми-26, корабельному - Ка-252 и другим вертолетам.
Эти вертолеты, по данным летных испытаний, обладают мировым уровнем технического совершенства и занимают передовое положение по аэродинамическим и весовым качествам в сравнении с вертолетами форм ведущих капиталистических стран [і 5].
Но несмотря на значительный прогресс, достигнутый в вертоле-тостроении, вертолет обычной схемы не исчерпал своих возможностей. Неиспользованные резервы имеются, в частности, в таком важном элементе его конструкции, как несущий винт ( НВ).
НВ, создавая тягу, обеспечивает получение и подъемной и движущей сил, необходимых для выполнения заданного режима полета или маневра. Кроме того, НВ обеспечивает продольную и поперечную устойчивость и управляемость вертолета. Следовательно, чем выше аэродинамическое совершенство винта, тем выше летные характеристики и эффективность вертолета в целом.
Задача создания НВ, обладающего высокими аэродинамическими качествами в широком диапазоне скоростей полета, очень сложна. Это объясняется тем, что условия обтекания, а следовательно, и аэродинамические характеристики сечений лопастей изменяются как по их размаху, так и в зависимости от их азимутального положения при изменении режимов работы винта.Кроме того, на эти условия существенно влияет собственное поле индуктивных скоростей. Поэтому для решения такой задачи необходимо проведение глубоких исследований по выявлению особенностей изменения распределенных аэродинамических характеристик и поля индуктивных скоростей НВ.
Большую роль в таких исследованиях играет выбранный метод их проведения. Он должен быть, по возможности, простым, наглядным, доступным для широкого круга исследователей, экономичным и достаточно точным. Последнее особенно важно, т.к. ошибка в определении требуемой силы тяги на 1% приводит к изменению веса перевозимой нагрузки на 4 Ъ% ( для Ми-26 это составляет 600 750 кгс) [22] .
Наилучшие результаты, с точки зрения их достоверности, могут быть получены при натурных исследованиях винтов, устанавливаемых на экспериментальные вертолеты. Но этот метод чрезвычайно сложен, требует больших трудозатрат, времени, средств и сопряжен с повышенным риском для жизни экипажа. Поэтому он обычно используется на заключительном этапе исследований. На первом же этапе, как правило, используются различные методы моделирования К ним относятся.
class2 ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
РАБОТЫ ВОЗДУШНОГО БИНТА МЕТОДОМ МАГДА . class2
Необходимые и достаточные условия моделирования в методе МАГДА
Непротекание поверхности тела, то есть равенство нулю нормальной к поверхности тела составляющей векторов скорости и магнитной индукции.
Соответствие уравнений Пуассона для вихревого течения жидкости и электромагнитного поля говорит о том, что метод МАГДА позволяет моделировать трехмерные течения со свободными вихрями. Задачи определения поля скоростей вне обтекаемого тела будут автомодельны, так как эти поля описываются уравнениями Лапласа.
Сопоставлять численные решения уравнений, полученные с помощью аналогов, можно только в безразмерном виде, так как физические величины, входящие в них, разные.
При этом различная физическая сущность явлений и размерность единиц измерения не будет сказываться на результатах решения.
Измерив величины магнитной индукции в заданных точках поля на поверхности модели или вне ее можно расчитать распределение безразмерного коэффициента давления из соотношения.
Выражения С 2.1) - (2.3) полностью удовлетворяют условия моделирования потока на интеграторах ГМЩА, но не являются необходимыми и достаточными при моделировании работы НВ.
class3 ТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ
ВОЗДУШНОГО ВИНТА С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА МАГДА И ЕГО
ОСОБЕННОСТИ class3
Особенности технического устройства для моделирования вращательного движения идеальной жидкости
При теоретическом обосновании устройств для моделирования работы НВ на различных режимах его работы стало очевидным, что их основу составляет устройство "Ротор", т.к. интегратор МАГДА, предназначен только для моделирования внешнего потока. Поэтому для решения поставленной задачи необходимо глубоко и всесторонне обосновать назначение, конструкцию и принцип работы устройства "Ротор" на режиме висения[ 7 ] .
Во второй главе приведено теоретическое обоснование возможности моделирования вращательного движения идеальной жидкости с помощью специальных рамок с током.
Однако, если множество таких рамок расположить вокруг вертикальной оси так, что образуется замкнутый объем, то внутри такого устройства электромагнитное поле будет отсутствовать [is].
Для уточнения конструкции разрабатываемого устройства проведем анализ работы НВ на режиме висения.
При работе НВ на режиме висения ( установившийся режим) аэродинамические характеристики сечений лопасти одинаковы в любом ее азимутальном положении. Это объясняется тем, что лопасти геометрически подобны и имеют один и тот же установочный угол атаки. Следовательно, определение аэродинамических характеристик одной из них дает возможность исследовать условия работы всего винта.
Проведенный анализ показал, что для проведения исследований вполне достаточно моделировать вращательное движение жидкости зонально, т.е. в области исследуемой лопасти.
Для исследования характеристик многолопастных винтов применение зональной схемы моделирования вращательного движения будет справедливо лишь в случае, когда вихревая структура соответствует
К - лопастному винту. Это дает возможность учесть интерференционное взаимодействие лопастей, т.к. каждая лопасть исследуемого винта является моделью присоединенного вихря ( по схеме несущей поверхности) с переменной циркуляцией по ее длине.
На рис. 3.1 схематично представлено фронтальное изображение технического устройства с зональным моделированием вращательного движения жидкости ( винта). Оно состоит из каркаса (I), рамок с током (2), повернутых относительно продольной оси, и модели двухлопастного винта (3). Поскольку в нем размещается исследуемая модель, то назовем его рабочей кабиной.
Анализ данной схемы показывает, что для проведения исследований вполне достаточно моделировать вихрь в зоне лопасти, т.к. эта зона полностью перекрывает исследуемое пространство.
Достоинством зонального моделирования является:
1. Отсутствие необходимости моделировать вращательное движение жидкости С винта) вне исследуемой области, т.к. в данном случае оно теряет физический смысл.
2. Простота конструкции самой рабочей кабины.
3. Существенно облегчается доступ к исследуемой модели лопасти винта.
Конструктивно рабочая кабина, схематично изображенная на рис.3.2, выполнена следующим образом.
class4 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
И ПОЛЯ ИНДУКТИВНЫХ СКОРОСТЕЙ ВОЗДУШНОГО ВИНТА НА ОСНОВЕ
МЕТОДА МАГДА class4
Основные расчетные соотношения и порядок оценки аэродинамических характеристик воздушного винта на основе метода МАГДА
Для этого необходимо задаться количеством исследуемых сечений лопасти. В каждом сечении по верхней и нижней ее поверхности наметить точки, в которых будут производиться замеры. Лопасть размечается так, чтобы в середине каждой образовавшейся панели находилось исследуемое сечение, как это изображено на рис.4.1. Площадь каждой панели равна S =6-Ar.
Каждую панель разбиваем на элементарные площадки AS Aff-Аґ, в центре которой находится точка замера исследуемых величин.
2. Лопасть под необходимым углом устанавливается в рабочую кабину.
К комлевой и концевой кромкам каждой лопасти подсоединяются проводники, моделирующие вихревую структуру винта. При этом должен обеспечиваться надежный контакт, т.к. по лопастям протекает ток очень малой величины.
3. Производится отладка устройства "Ротор".
Для этого подается питание на его рабочую кабину. С помощью изменения силы тока, протекающего по рамкам, устанавливаем необходимую "частоту вращения" НВ. Контроль осуществляется с помощью измерительного индукционного датчика и цифрового вольтметра.
На заднюю кромку лопасти в исследуемом сечении устанавливаем датчик контроля граничных условий Чаплыгина-Жуковского. Подключается ток к модели вихревой структуры винта. Регулируя силу тока добиваются такого положения, когда система индикации покажет нулевое значение. Это значит, что суммарное электромагнитное поле от рабочей кабины вихревой структуры и лопасти будет являться аналогом плавного, безотрывного обтекания потоком профиля исследуемой лопасти.
4. Определяются распределенные характеристики лопасти.
Чтобы определить аэродинамические силы, действующие на лопасть, необходимо найти распределение давления по всем ее сечениям.
