ЛОПАСТЬ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА

Изобретение относится к вертолетостроению, а именно к конструкции лопастей несущего винта вертолета, устройству на лопастях несущего винта вертолета аэродинамических стабилизаторов. Целью изобретения является: повышение надежности вертолета, в результате выравнивания воздушно-вихревого потока, снижения вибрации, расширение его функциональных и эксплуатационных возможностей.
Лопасти несущего винта вертолета при вращении совершают сложные движения. Вращение лопастей происходит в возмущенном вихревом потоке при увеличенных числах Рейнгольца.
В полете вертолета возникают значительные перегрузки, объективной причиной которых являются перемещение воздушных масс в атмосфере. Относительно горизонтально летящего вертолета воздушные потоки условно разделяются на вертикальные (восходящие) и горизонтальные (нисходящие), встречные, попутные и боковые. Вертикальные потоки вызывают наибольшие по величине перегрузки. Значение скоростей вертикальных потоков зависит от состояния атмосферы и высоты полета вертолета. Воздушные потоки, возникающие в плоскости вращения несущих винтов вертолета, турбулентно-вихревые, которые должны быть выровнены в плоскости вращения несущего винта при набегании их на последующую лопасть, сохраняя при этом неизменной силу и надежность работы лопастей несущего винта вертолета в любых климатических зонах. В практике и теории серийного производства вертолетостроения выравнивание набегающего потока в зоне вращения лопастей несущего винта конструктивно не решено.
До настоящего времени конструктивно не решен вопрос снижения вибрации вертолетов, что отражается на безопасности и надежности полета вертолетов. За последнее время участились случаи падения вертолетов, одной из причин которых повышенная вибрация из-за попадания вертолета в усиленные воздушно-вихревые потоки, возникающие при вращении винта и повышенного срыва воздушного потока, уменьшения подъемной силы вертолета.
Известны саблевидные лопасти несущего винта вертолета с отклонением их оси назад, уменьшающие волновое сопротивление, но не нашедшие практического применения из-за больших изгибающих и крутящих моментов и воздушных центробежных сил, возникающих в следствии изогнутой оси лопасти.
Известен патент РФ №244895. Бюл.2, 1981 (Лепилкин А.М.): с целью уменьшения волнового сопротивления, изгибающих и крутящих моментов, лопасть несущего винта вертолета на конце до одной трети ее длины выполнена серповидной в плане, выпуклой стороной вперед по движению, сужающейся к концу 2,5-3,5 раза и с отклонением аэродинамической оси от прямолинейной оси основной части лопасти до 15° вперед и до 60° назад. Это изобретение можно принять за аналог предлагаемой полезной модели. Конструкция серповидной лопасти имеет следующие недостатки:
- сложность изготовления,
- уменьшение надежности конструкции лопасти из-за сужения хорды в концевой части (серповидность), что уменьшает подъемную силу лопасти из-за уменьшения площади концевой части лопасти. Известно изобретение патент РФ №811655, Бюл.№37, 07.10.1986 (Б.С.Сиротинский, Ю.А.Медников, В.Г.Зимовец, А.И.Кирюхин, В.Н.Колкин, В.Я.Осадчий), в котором предусмотрено изменение формы поперечного сечения лонжерона по радиусу лопасти. Лонжерон выполнен в форме перехода с круга на прямоугольник с плавным увеличением наружного периметра в 1,5-2 раза и увеличением толщены стенки в 7-9 раз. Указанная
конструкция позволяет получить снижение допустимых напряжений растяжения от центробежной силы, напряжений при свесе в лонжероне, благоприятные частоты собственных колебаний и улучшение весовых характеристик лопасти. Однако переход конструкции от капельного сечения на круглое и с круглого на прямоугольное технологически сложен в производстве, а увеличение длинны лопасти приводит к увеличенному свесу лопастей. Технические решения по патентам №244895 и №811655 указанные выше не используются в отечественном вертолетостроении в виду их сложности, а нашли применение с постоянным сечением хорды лонжерона, что объясняется простотой их обслуживания и изготовления и отсутствием применения композиционных материалов.
Основным источником срыва воздушного потока в концевой части лопастей несущего винта вертолета является пограничный слой, который образуется при перетекании воздушного потока от корневой части лопасти к ее концевой части. В пограничном слое, как ламинарном, так и турбулентном, происходят интенсивные вихревые движения и разбухание пограничного слоя, что приводит к срыву воздушного потока. Сходя с тела лопасти, эти вихри образуют вихревой след или спутную струю. Вихри, срывающиеся с лопастей, периодически ударяют по конструкции вертолета, что вызывает тряску вертолета и вибрацию отдельных его частей.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является усовершенствование конструкции несущего винта вертолета за счет устройства аэродинамических стабилизаторов, повышающих подъемную силу вертолетов и их надежность.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым техническим решением, является расширение функциональных и эксплуатационных возможностей вертолета. Указанный технический результат достигается тем, что: на каждой лопасти несущего винта вертолета в хвостовой части лопасти несущего винта устанавливаются по два аэродинамических стабилизатора воздушного потока, рис.1, на ширину лонжерона лопасти, по направлению
движущего потока при правом вращении винта под углом 15-20°, на расстоянии 50 мм., высотой 20-30 мм., с закруглением острых кромок. Соединение клеевое, то же, что применяется при изготовлении и ремонте лопасти. Аэродинамические стабилизаторы устанавливаются в концевой части лопастей несущего винта вертолета, в связи с тем, что срыв воздушного потока происходит в концевой части лопастей.
Выбор угла воздушного потока для аэродинамических стабилизаторов от 15 до 20° обусловлен сохранением плавного обтекания вдоль плоскостей аэродинамических гребней воздушным потоком при вращении лопастей несущего винта вертолета по окружности и уменьшением сопротивления при работе несущего винта вертолета, за счет угла наклона аэродинамических стабилизаторов. Увеличение угла наклона воздушного потока для аэродинамических стабилизаторов более 20° не целесообразно, так как воздушный поток, при вращении лопастей ударялся бы перпендикулярно в боковую поверхность стабилизаторов, что привело бы к увеличению сопротивления вращению лопастей несущего винта вертолета.
Установка аэродинамических стабилизаторов позволяет сохранить существующую конструкцию лопасти несущего винта вертолета с постоянной хордой, выравнивать воздушный вихревой поток, возникающий в зоне вращения воздушного винта вертолета, делая его более равномерным и плотным.
До установки аэродинамических стабилизаторов происходило рассеивание воздушного потока за счет рассекания его лопастью несущего винта вертолета, рассеивающий поток воздуха от лопасти несущего винта поступал на последующую лопасть, что приводило к срыву воздушного потока и уменьшению подъемной силы вертолета.
Аэродинамические стабилизаторы выравнивая поток, увеличивают подъемную силу вертолета за счет выравнивания вихревого потока в плоскости вращения винта, уменьшают углы взмаха лопастей вертолета, снижают вибрацию вертолета в целом, за счет уменьшения маховых
движений лопастей, что имеет особое значение при полетах вертолетов в разряженной атмосферной зоне.
Высота аэродинамических стабилизаторов 20-30 мм принята из расчета наименьшего сопротивления вращению лопастей несущего винта вертолета и предупреждения перетекания воздушного потока, сохраняя при этом весовой баланс лопасти.