на режимах висіння та “вихрового кільця”
ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ Й ВИСНОВКИ
- Робота містить подальший розвиток теорії несучого гвинта. Розроблено чисельний метод визначення розподілених та сумарних аеродинамічних характеристик несучого гвинта у широкому діапазоні умов його обтікання, включаючи критичні режими.
- Метод побудований на положеннях вихрової лопатевої теорії у нелінійній нестаціонарній постановці та теорії елемента лопаті. Розроблено методику врахування нелінійних за кутом атаки та числом Маха аеродинамічних характеристик профілів на аеродинаміку несучого гвинта у цілому. Отримано можливість досліджувати виникнення локальних за часом і простором відривних явищ на лопатях та їх вплив на аеродинамічні характеристики несучого гвинта.
- Розроблено універсальну концепцію побудови геометричних та кінематичних параметрів моделі НГ із шарнірним кріпленням лопатей, що дозволяє проводити параметричні дослідження з обрання раціональної побудови геометрії та кінематики несучого гвинта.
- Розроблено алгоритм та програму розрахунку аеродинамічних характеристик несучого гвинта у широкому діапазоні польотних режимів. Проведено комплекс досліджень щодо визначення раціональних параметрів розрахункового процесу із запропонованого методу. Шляхом порівняння якісної картини явища та кількісних аеродинамічних характеристик, отриманих у чисельних експериментах та фізичних експериментах інших авторів підтверджена працездатність розробленого методу та достовірність отримуваних результатів.
- Досліджено поведінку несучих гвинтів серійних вертольотів на основних критичних режимах їх обтікання, отримано якісну картину явищ, кількісні сумарні й розподілені аеродинамічні характеристики, визначено фізичну сутність обмежень, що накладаються на величину максимальної швидкості горизонтального польоту вертольота на різних висотах. Визначено умови потрапляння несучого гвинта у режим "вихрового кільця".
- Результати дисертаційної роботи впроваджені у Харківському університеті Повітряних Сил в якості науково-дослідної роботи та у навчальному процесі при підготовці фахівців льотних та інженерно-технічних спеціальностей; у ДКБ “Вертоліт” при ВАТ “Мотор-Січ” у формі науково-дослідної роботи з метою визначення діапазону швидкостей і висот усталеного горизонтального польоту модифікованого вертольота Мі-2.
ОПУБЛІКОВАНІ РОБОТИ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ
- Системи координат в задачах нелінійної нестаціонарної аеродинаміки несучого гвинта / Миргород Ю.І., Бердочник В.А., Бердочник А.Д. // Збірник наукових праць ХІ ВПС. – 2002. – Вип. 1(8). – С. 34-41
- Миргород Ю.І., Бердочник В.А. Аеродинамічні характеристики несучого гвинта на критичних режимах / Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологи. - Харьков: НАКУ, 2003. - Вып. 21. - С. 56-62.
- Бердочник В.А. Визначення аеродинамічної компоненти навантаження у задачах нелінійної нестаціонарної аеродинаміки несучого гвинта // Збірник наукових праць ХІ ВПС. – 2004. – Вип. 1(10). – С. 70-78.
- Бердочник В.А. Результати чисельного моделювання режиму "вихрового кільця" несучого гвинта вертольота // Вопросы проектирования и производства конструкций летательных аппаратов. Сб. науч. тр.– Х.: Нац. аэрокосм. ун-т "ХАИ", 2004.– Вып. 39(4).– С. 92-97
- Миргород Ю.І., Бердочник В.А. Математична модель розрахунку аеродинамічних характеристик несучого гвинта з урахуванням динаміки складного руху лопатей та ефектів локального зриву потоку // Виробництво та експлуатація авіаційної техніки: Матеріали V Міжнародної науково-технічної конференції “АВІА-2003”. Т3.– К.: НАУ, 2003.–С. 33.25-33.28
- Миргород Ю.І., Бердочник В.А. Чисельне моделювання роботи несучого гвинта на критичних режимах // Виробництво та експлуатація авіаційної техніки: Матеріали VІ Міжнародної науково-технічної конференції “АВІА-2004”. Т3.– К.: НАУ, 2004.–С. 33.29–33.32.
АНОТАЦІЯ
Бердочник В.А. Аеродинамічні характеристики несучого гвинта на критичних режимах обтікання. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.07.01 – Аеродинаміка і газодинаміка літальних апаратів. – Національний аерокосмічний університет імені М.Є.Жуковського, “ХАІ”, Харків, 2005.
Дисертацію присвячено створенню розрахункового методу визначення аеродинамічних характеристик несучого гвинта у широкому діапазоні режимів його обтікання, включаючи критичні. Абстрактна модель, що лежить в основі запропонованого методу, побудована на поєднанні положень вихрової лопатевої теорії гвинта у нелінійній нестаціонарній постановці для ідеального середовища та теорії елемента лопаті. Лопаті несучого гвинта представлені у вигляді нескінченно тонких непроникних поверхонь, що здійснюють складний рух відносно осі обертання та шарнірів під дією заданих і розрахованих сил. Вплив ефектів стисливості та в’язкості середовища враховано використанням аеродинамічних характеристик профілів, що складають лопать. Режим обтікання окремих перерізів лопатей може змінюватися в залежності від місцевих умов. Відривне обтікання реалізується моделюванням сходу вільних вихрових поверхонь (пелен) з передніх кромок окремих перерізів. Умовою відривного обтікання перерізів вважаються: потрапляння перерізу в зону оберненого обтікання або перевищення величин місцевих кутів атаки їх критичних значень для місцевого числа Маха. Використання теорії тонкої несучої поверхні дозволяє врахувати ефекти тривимірності течії рідини та нестаціонарності аеродинамічного навантаження.
Виконані методичні дослідження направлені на обґрунтування: раціональних параметрів дискретизації вихрової схеми несучих поверхонь та вихрового сліду; вибору просторового положення точок розрахунку місцевих кутів атаки; параметрів вихрової схеми перерізу, що може обтікатися як плавно, так і з відривом потоку. Шляхом порівняння якісної картини явища та кількісних аеродинамічних характеристик, отриманих у чисельних експериментах автора та фізичних експериментах інших авторів підтверджена працездатність розробленого методу та достовірність отримуваних результатів.
Досліджено поведінку несучих гвинтів серійних вертольотів на основних критичних режимах їх обтікання, отримано якісну картину явищ, кількісні сумарні й розподілені аеродинамічні характеристики. Визначено фізичну сутність обмежень, максимальної швидкості польоту вертольоту на різних висотах.
Ключові слова: аеродинаміка, аеродинамічні характеристики, чисельне моделювання, гвинтокрилі літальні апарати, несучий гвинт.
АННОТАЦИЯ
Бердочник В.А. Аэродинамические характеристики несущего винта на критических режимах обтекания. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.07.01 – Аэродинамика и газодинамика летательных аппаратов - Национальный аэрокосмический университет имени Н.Е.Жуковского, “ХАИ”, Харьков, 2005.
Диссертация посвящена созданию расчетного метода определения аэродинамических характеристик несущего винта в широком диапазоне режимов его обтекания, включая критические. Абстрактная модель, которая лежит в основе предложенного метода, построенная на объединении положений вихревой лопастной теории винта в нелинейной нестационарной постановке для идеальной среды и теории элемента лопасти. Лопасти несущего винта представлены в виде бесконечно тонких непроницаемых поверхностей, которые осуществляют сложное движение относительно оси вращения и шарниров под действием заданных и рассчитанных сил. Влияние эффектов сжимаемости и вязкости среды учтено использованием аэродинамических характеристик профилей, которые составляют лопасть. Режим обтекания отдельных сечений лопастей может изменяться в зависимости от местных условий. Отрывное обтекание реализуется моделированием схода свободных вихревых поверхностей (пелен) с передних кромок отдельных сечений. Условием отрывного обтекания сечения считаются: попадание его в зону обратного обтекания или превышение величины местного угла атаки его критического значения с учетом местного числа Маха. Использование теории тонкой несущей поверхности позволяет учесть эффекты трехмерности течения жидкости и нестационарности аэродинамической нагрузки.
Выполненные методические исследования направлены на обоснование: рациональных параметров дискретизации вихревой схемы несущих поверхностей и вихревого следа; выбора пространственного положения точек расчета местных углов атаки; параметров вихревой схемы сечения, которое может обтекаться как плавно, так и с отрывом потока. Путем сравнения качественной картины явления и количественных аэродинамических характеристик, полученных в численных экспериментах автора и физических экспериментах других авторов подтверждена работоспособность разработанного метода и достоверность получаемых результатов.
Исследовано поведение несущих винтов серийных вертолетов на основных критических режимах их обтекания, получена качественная картина явлений, количественные суммарные и распределенные аэродинамические характеристики. Определена физическая сущность ограничений, максимальной скорости полета вертолета на разных высотах.
Ключевые слова: аэродинамика, аэродинамические характеристики, численное моделирование, винтокрылые летательные аппараты, несущий винт.
ABSTRACT
Berdochnik V.A. Aerodynamic characteristics of helicopter rotor under critical conditions. –Manuscript.
The dissertation for obtaining of a scientific degree Candidate of Technical Science in speciality 05.07.01. – Aerodynamics and gas-dynamics of flight vehicles. – National Aerospace University named by Zhukovsky "KhAI", Kharkov, 2005.
Dissertation is devoted for creations of numerical method of resolve helicopter main rotor aerodynamic characteristics in the wide range of flow regimes, including critical.
Abstract model, which lies in the basis of this method, has been built on the union of positions of vortex blade theory in the nonlinear unsteady setting for an ideal medium and theory of blade element. The helicopter rotor blades are presented as infinitely thin impenetrable surfaces that realize a complex motion in relation to the axis of rotation and hinges under action of the set and calculated forces. Influence of compressibility and viscosity of medium is taken into account by the use of aerodynamic characteristics of airfoils, which compose a blade. The regime of flow of separate blades sections can be changed depending on local conditions. The separate flows are realized by simulation of free vortex sheets tails from the front edges of separate sections. The conditions of sections disrupted flow are considered: appearing them in the area of reverse flow or exceeding of volume of local angle of attack of critical value taking into account the local Mach number.
The use of theory of thin lifting surface allows taking into account the 3-D effects of flow and unstationarity of the aerodynamic loading.
The executed methodical researches are directed to the proof of: rational parameters of discreteness of lifting surfaces and vortex wake; choice of spatial position of points for computation of local angle of attack; parameters of section vortex scheme, which can flow both fluently, and with tearing of stream off.
The capacity of the developed method and authenticity of the results is confirmed by comparison of the phenomenon qualitative picture and quantitative aerodynamic characteristics, which have been received from the author's numerical experiments and physical experiments of other researchers.
Keywords: aerodynamics, aerodynamic characteristics, numerical modeling, rotorcraft, helicopter main rotor.
| 
