Геометрические и другие характеристики несущего

ВИНТА

1. Диаметр винта

Диаметр несущего винта вертолета Ми-8 с его максималь­ным взлетным весом 12 000 кг относительно небольшой, всего 21,288 м. Применить винт такого малого диаметра стало воз­можным в основном благодаря увеличению располагаемой мощ­ности и увеличению коэффициента заполнения несущего винта. Потребный диаметр несущего винта вертолета определяется по следующей формуле:

Как видно из формулы, диаметр несущего винта у вертолета заданного веса может быть уменьшен только за счет увеличения удельной нагрузки. Судя по удельной нагрузке вертолета Ми-8, для его диаметра винта максимальный взлетный вес 12 000 кг не является пределом, он может быть увеличен, что и планиру­ется в дальнейшем.

На вертолете Ми-8 используются лопасти несущего винта вертолета Ми-4. Производство их оставлено на прежней про­мышленной базе, что дало огромный экономический эффект. Диаметр же несущего винта вертолета Ми-8 больше диаметра винта Ми-4 на. 288 мм за счет увеличения размеров втулки.

2. Форма лопасти в плане

Лопасть вертолета Ми-8 прямоугольной формы в плане с хордой, равной 0,52 м (рис. 10), Лопасть состоит из лонжерона, выполненного из дуралюминового сплава, и двадцати одного отдельного отсека с сотовыми заполнителями. На отсеках № 16

² 2426 33

и 17 установлены триммерные пластины шириной 40 мм, являю­щиеся в основном средством для изменения моментных харак­теристик лопастей. Триммерные пластины используются при ре-

3 4 5 6 7 в 9 10 «11 12 13 /4 15 16 17 18 19 20 21 22

ттТт

»Г 23

Рис. 10. Общий вид лопасти в плане:

1—22—номера сечений лопасти; 23—лонжерон; 24—противообледенитель; 25—триммерные

пластины

гулировке соконусности несущего винта для устранения вож­дения ручки управления.

Прямоугольная форма в плане в аэродинахмическом 'отноше­нии считается хуже других, но она проста в производстве, экс­плуатации и ремонте, поэтому за последнее время получила са­мое широкое применение.

3. Профиль лопасти

Профиль лопасти является важной геометрической характе­ристикой несущего винта. На вертолете Ми-8 по длине лопасти подобраны различные профили для улучшения аэродинамиче­ских характеристик несущего винта, для улучшения летных свойств вертолета и обеспечения безопасности полета.

От 1-го.до 3-го сечения (см. рис. 11) применен профиль МАСА-230, от 4-го до 22-го сечения — профиль МАСА-230М (мо­дифицированный). Отсек 3 (от 3-го до 4-го сечения) является пе­реходным профилем от МАСА-230 к НАСА-230М.

У профиля лопасти ЫАСА-230М Л1_кр=0,72 при угле атаки ну­левой подъемной силы. При увеличении углов атаки (с_у) М_кр уменьшается и при наивыгоднейшем угле атаки, при котором ^ = 0,6, М_кр = 0,64. При М_кр = 0,64 критическая скорость в стан­дартной атмосфере над уровнем моря составит: У^ = а-М^ = = 341• 0,64= 218м/с, где а = 341 м/с — скорость звука в стан­дартной атмосфере над уровнем моря.

Следовательно, концам лопастей можно задавать скорость менее 218 м/с, при которых не будет появляться скачков уплот­нения и волнового сопротивления. При оптимальных оборотах несущего винта 192 об/мин, что соответствует по счетчику обо­ротов ИТЭ-195%, окружная скорость конца лопасти составит:

10,644 = 213,26 м/с.

Как видно, эта скорость близка к критической. При оборотах несущего винта больше оптимальных (допускаются до 103%)

_и |_В поступательном полете скорость обтекания лопастей в азимуте 90° будет больше указанной. При полете на больших высотах критическая скорость будет уменьшаться за счет уменьшения скорости звука. В указанных условиях лопасти будут обтекаться со сверхкритическими скоростями, при этом по­явятся скачки уплотнения и дополнительное волновое сопротив-пение, что и учитывается при аэродинамическом расчете потреб­ных мощностей для полета вертолета, так называемым явлени­ем «сжимаемости». Так, например, на крейсерской скорости 200 км/ч и при оптимальных оборотах несущего винта истинная скорость обтекания конца лопасти в азимуте 90° составит:

6 м/с.

4. Геометрическая закрутка лопастей

У лопасти вертолета Ми-8 геометрическая закрутка выпол­нена по линейному закону и составляет 5° (рис. 11).

Закрутка лопасти по линейному закону и на такую большую величину существенно улучшила аэродинамические свойства ее и летные характеристики вертолета: более равномерно распреде­ляется подъемная сила по длине лопасти, получен общий при­рост тяги несущего винта, уменьшена потребная мощность для вращения винта, увеличена максимальная скорость полета вер­толета за счет сдвига срыва потока с концов лопастей на боль­шие скорости.

О ^! Ц1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 г % 0,1 0,2 0,3 0,4 ОД $6 0,1 0,8 0,9 г

Рис. 11. Геометрическая закрутка Рис. 12. Относительная толщина
лопасти вертолета Ми-8 профиля лопасти

5. Толщина лопасти

У лопасти вертолета Ми-8 как абсолютная, так и относитель­ная толщина от корня к концу уменьшается. Уменьшение тол­щины лопасти к ее концу улучшает аэродинамические свойства винта в целом за счет увеличения критической скорости и М_кр концевых частей лопасти. Это, в свою очередь, снижает потреб­ный крутящий момент несущего винта по причине уменьшения волнового сопротивления.

Относительная толщина профиля с в комле 13%, на участке от г=О,23О до г = 0,2676 с=12%,на участке от г = 0,3051 до

2* , 3₅

конца с= 11,38%, остальные участки имеют переходную толщи­ну профиля (рис. 12).

6. Количество лопастей

По предварительному замыслу конструктора предполагалось применить для вертолета Ми-8 четырехлопастной винт вертоле­та Ми-4. Исследования показали, что несмотря на увеличенную располагаемую мощность на этот винт, достаточной тяги он не развил. Появилась необходимость увеличить коэффициент за­полнения за счет добавления одной лопасти. Так появился пя-тилопастный несущий винт вертолета Ми-8 с отличными тяговы-' ми характеристиками.

7. Удельная нагрузка на ометаемую винтом площадь

Величина удельной нагрузки влияет на вертикальную ско­рость на режиме авторотации и на величину тяги, развиваемую винтом, на единицу подведенной к нему мощности. Вертикаль­ная скорость на авторотации пропорциональна величине удель­ной нагрузки. Следовательно, целесообразно иметь меньшую удельную нагрузку. С другой стороны, уменьшение удельной на­грузки приводит к увеличению тяги несущего винта на единицу мощности, подведенной к винту, так как Т/М=1/]/' р, отсюда Т =

Несущие винты вертолетов имеют относительно малую удель­ную нагрузку, поэтому эти винты развивают большую удельную тягу на единицу мощности, и она достигает 4—6 кгс на одну ло­шадиную силу мощности, в то время как самолетные винты, имея большую удельную нагрузку, развивают небольшую удель­ную тягу: около 1,5 кгс на одну лошадиную силу мощности. Реактивные двигатели, имеющие еще большую удельную нагруз­ку, чем самолетные винты, ввиду малого проходного сечения для воздуха развивают еще меньшую удельную тягу — около 0,25 кгс на одну лошадиную силу.

Следовательно, и с этой стороны выгодно назначить винтам малую удельную нагрузку на ометаемую площадь. Но если ид­ти по пути уменьшения удельной нагрузки, необходимо для дан­ного максимального взлетного веса вертолета иметь винт боль­шего диаметра, что увеличит его вес и уменьшит весовую отдачу вертолета. На этом основании конструктор установил для вер­толета Ми-8 довольно большую удельную нагрузку на ометае­мую площадь и она составляет: для нормального взлетного ве­са р= 11100/356,7= 31кгс/м², для максимального взлетного веса /7 = 12000/356,7 = 34 кгс/м². Но полученная удельная нагрузка еще не доходит до своего верхнего предела 40—45 кгс/м², уста­новленного для несущих винтов, поэтому у вертолета Ми-8 име-

резерв на увеличение максимального взлетного веса при том же диаметре винта.

8. Удельная нагрузка на мощность

Удельная нагрузка на мощность определяется делением мак­симального взлетного веса вертолета на максимальную мощ­ность двигателей, установленных на вертолет,

^м=т^-[кгс/л. с].

Так как вертолет имеет несущий винт с малой удельной нагруз­кой, и винт развивает большую удельную тягу на единицу мощ­ности, вертолеты имеют большую удельную нагрузку на мощ­ность' чем вертикально взлетающие аппараты на других систе­мах силовых установок (несущие винты малого диаметра, реактивные двигатели и др.). Удельная нагрузка на мощность у современных вертолетов достигает больше 4 кгс/л. с. У вертоле­та Ми-8 удельная нагрузка на мощность равна

· 12000 , ,

Ям^-------------------------------- = 4 кгс/л. с.

^6м 3000 '

9. Энергетическое качество вертолета (коэффициент летучести, качество Ренара или число Эверинга)

Удельные нагрузки на ометаемую площадь винтом и на мощ­ность являются основными параметрами вертолета, определяю­щими его свойства с точки зрения экономичности. Конструктор всегда стремится увеличить оба эти параметра до оптимальных величин, тем самым получить большее энергетическое качество вертолета. Но увеличивать эти параметры не удается, так как увеличение удельной нагрузки на ометаемую площадь приводит к уменьшению тяги, развиваемой винтом на единицу мощности, подведенной к винту, что требует уменьшения удельной нагрузки на мощность.

Энергетическое качество вертолета (коэффициент летучести) определяется произведением удельной нагрузки на мощность на

число 1 / —•

-■•- ~ —удельная нагрузка на ометаемую несущим винтом пло­щадь;

Д относительная плотность воздуха, равная $_н/ро-сок ^еМ ^^ольше энергетическое качество вертолета, тем он более V ершенен. Энергетическое качество современных вертолетов в

стандартной атмосфере на уровня моря достигнуто более 20. Например, энергетическое качество вертолетов Ми-4 и Ми-2 со­ставляет 20, 24, вертолетов Ми-8 и Ми-6 — 23 и больше.

10. Коэффициент заполнения несущего винта

Коэффициент заполнения несущего винта вертолета Ми-8 со­ставляет 0,0777. Такой большой коэффициент заполнения дал возможность создать большую тягу при умеренном диаметре! винта и тем самым в полете удерживать лопасти на небольших установочных углах, при которых углы атаки ближе к наивыгод­нейшим на всех режимах полета, что позволило увеличить к. п. д/ винта и отодвинуть срыв потока с концов лопастей на большие] скорости.

Хотя коэффициент заполнения несущего винта вертолета Ми-8 I большой, но он еще далек до верхнего предела для одновинто-ного вертолета. Кроме того, в настоящее время ведутся исследо­вания по увеличению коэффициента заполнения за счет комле­вой части лопастей, что дает, прирост тяги на вертикальных режимах полета, тем самым появится возможность увеличить по­лезную нагрузку вертолета.

11. Угол установки лопасти (шаг винта)

Как и на других одновинтовых вертолетах конструкции М. Л. Миля, на вертолете Ми-8 в кабине пилотов на приборной доске установлен электрический указатель общего шага несуще­го винта УШВ-1только для левого пилота. Диапазон изменения общего шага по указателю от 1° до 14°. Величина общего шага несущего винта, отмечаемая прибором,—число условное и не соответствует фактическому установочному углу лопастей, на­пример, даже в сечении, равном 0,7 /?. В этом сечении фактиче­ский установочный угол при минимальном шаге составляет 2° 40', а при максимальном шаге — 15°. На других сечениях ус­тановочные углы будут другие за счет закрутки лопасти. Такое несоответствие углов по указателю с фактическим не создает не­удобств в пилотировании, а, наоборот, упрощает пользование об­щим шагом несущего винта.

Ход ручки- общего шага от ее нижнего до верхнего положе­ния составляет 56°. Общий максимальный поворот корректора газа составляет 90^я, что позволяет повернуть корректор с ле­вого положения в правое не перекладывая руку.

12. Вес лопасти и несущего винта

Вес несущего винта одновинтового вертолета в практике со­временного вертолетостроения составляет 9—15% от максималь­ного взлетного веса вертолета. У вертолета Ми-8 вес лопает:! составляет 140 кг, комплект из пяти лопастей весит 70О кг,

тулка винта весит 610,5 кг, общий вес несущего винта равен Ш0 5 кг. Вес несущего винта вертолета Ми-8 составляет около 11 о/'от его максимального взлетного веса. Как видно, относи-

ельный вес винта вертолета Ми-8 имеет среднее значение, что указывает на возможность применения еще больших по весу и диаметру винтов для одновинтовых вертолетов, что и подтверж­дается на примере вертолета Ми-6.