СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ ОКРУЖНОСТИ ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ И УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЛОПАСТИ С ЦЕЛЬЮ УВЕЛИЧЕНИЯ ЕЕ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО КРИТИЧЕСКОГО УГЛА АТАКИ
METHOD OF DETERMINING INITIAL CIRCUMFERENCE OF FRONT EDGE OF AERODYNAMIC PROFILES AND IMPROVEMENT OF BLADE IN ORDER TO INCREASE ITS NEGATIVE CRITICAL ANGLE OF ATTACK

Настоящее изобретение относится к области аэродинамических профилей лопастей и, в частности, лопастей, предназначенных для движущего воздушного винта летательного аппарата.
Настоящее изобретение относится к способу усовершенствования лопасти с целью увеличения ее отрицательного критического угла атаки по абсолютной величине, а также к такой усовершенствованной лопасти и к винту, оснащенному такими усовершенствованными лопастями. Эта усовершенствованная лопасть предназначена для оснащения винта, который должен создавать аэродинамическую силу в двух противоположных направлениях, а именно одну силу в переднем направлении летательного аппарата и одну силу в заднем направлении летательного аппарата. В частности, эта усовершенствованная лопасть предназначена для движущего воздушного винта летательного аппарата или для рулевого винта винтокрылого летательного аппарата.
Классически, лопасть простирается в продольном направлении по своему размаху от первого конца к второму концу. Следует отметить, что термин «продольный» следует понимать как определяющий направление размаха лопасти. Кроме того, лопасть расположена в поперечном направлении от передней кромки к задней кромки вдоль хорд лопасти.
Лопасть содержит, в частности, наружное покрытие, включающее в себя первый слой на уровне ее спинки и второй слой на уровне ее корытца, а также последовательные поперечные сечения. Каждое поперечное сечение образовано аэродинамическим профилем, содержащим два полупрофиля, а именно полупрофиль корытца и полупрофиль спинки.
NACA
ОА
ОА
Существующие аэродинамические профили, часто используемые для лопастей винтов летательных аппаратов, принадлежат, например, к семействам  или к семействам , при этом семейства  описаны, например, в документах FR 2626841 и FR 2765187.
Лопасть предназначена для крепления на вращающейся ступице винта на уровне своего первого конца при помощи ножки лопасти, при этом ее второй конец является так называемым свободным концом. Эта вращающаяся ступица винта приводит во вращение каждую лопасть. Понятно, что по отношению к винту лопасть проходит радиально от первого конца к второму концу. Винт содержит по меньшей мере две лопасти.
Под действием воздушного потока, создаваемого при вращении винта, каждая лопасть винта развивает аэродинамическую силу, обычно называемую тягой. Эта аэродинамическая сила может, в частности, меняться в зависимости от аэродинамического угла атаки лопасти, а именно от угла между воздушным потоком и прямой, соединяющей переднюю кромку и заднюю кромку этого аэродинамического профиля и соответствующей хорде лопасти. Для винта этот угол атаки обычно изменяют путем воздействия на ось изменения шага лопасти. Эта ось изменения шага проходит по существу в продольном направлении вдоль размаха лопасти. В дальнейшем термин «угол атаки» будет использован для более простого обозначения аэродинамического угла атаки лопасти.
Начиная от порогового угла атаки лопасти, называемого «критическим углом атаки», наблюдается срыв потока воздушных струй, в частности, на уровне передней кромки или задней кромки лопасти. Этот срыв потока может привести к аэродинамическому срыву потока с лопасти, соответствующему резкому падению ее тяги. Кроме того, срыв потока воздушных струй создает завихрения, которые становятся причиной увеличения коэффициента лобового сопротивления лопасти и вибраций.
Винт может быть несущим винтом винтокрылого летательного аппарата, обеспечивающим подъемную силу летательного аппарата и даже его поступательное движение. Винт может быть также рулевым винтом винтокрылого летательного аппарата. Винт может быть также движущим воздушным винтом летательного аппарата с неподвижной несущей поверхностью или винтокрылого летательного аппарата, при этом каждая лопасть развивает аэродинамическую силу, обеспечивающую поступательное движение летательного аппарата. Летательный аппарат может содержать, например, один или два и даже четыре движущих воздушных винта.
Обычно во время вращения винта каждая лопасть винта развивает аэродинамическую силу в основном, и даже только, в одном направлении, чтобы создавать, например, для несущего винта тягу, противодействующую весу винтокрылого летательного аппарата. В случае движущего воздушного винта эта аэродинамическая сила позволяет летательному аппарату двигаться вперед и достигать высоких скоростей движения.
Однако в некоторых конкретных случаях можно менять направление этой аэродинамической силы на обратное, например, для движущего воздушного винта, чтобы замедлить движение летательного аппарата в основном во время его приземления. Однако этот частный случай работы является переходным и даже второстепенным.
Таким образом, каждая лопасть выполнена с возможностью развивать аэродинамическую силу оптимально только в одном направлении, при этом каждая лопасть работает с положительным углом атаки. Для этого, как правило, увеличивают кривизну аэродинамических профилей лопасти.
Кривизна является характеристикой аэродинамического профиля, равной расстоянию между, с одной стороны, хордой аэродинамического профиля и, с другой стороны, линией половины толщины или «средней линией» этого аэродинамического профиля, то есть линией, находящейся на равном удалении от полупрофилей корытца и спинки относительно каждой нормали к средней линии. Расстояние между хордой и средней линией измеряют перпендикулярно к хорде, и, следовательно, положительное увеличение кривизны соответствует положительному увеличению упомянутого расстояния. В частности, кривизна является нулевой, когда аэродинамический профиль является симметричным. С другой стороны, наоборот, аэродинамический профиль с не равной нулю кривизной является несимметричным аэродинамическим профилем.
Результатом положительного увеличения кривизны аэродинамических профилей лопасти является увеличение положительного критического угла атаки этой лопасти. Положительный угол атаки лопасти может быть увеличен во время ее вращения, вследствие чего происходит увеличение развиваемой лопастью аэродинамической силы и ее аэродинамических характеристик.
При этом отмечается, что механическая мощность, необходимая для приведения во вращение винта, содержащего такие лопасти с выгнутыми аэродинамическими профилями, с целью создания заданной аэродинамической силы при положительном угле атаки, уменьшается по сравнению с лопастями с не выгнутыми аэродинамическими профилями, в частности, приближаясь к максимальной аэродинамической силе, которую может развивать эта лопасть.
Такие лопасти описаны, например, в документе FR 2765187. Согласно этому документу, положение максимальной кривизны аэродинамического профиля вдоль его хорды можно также корректировать в зависимости от относительной толщины аэродинамического профиля.
С другой стороны, увеличение кривизны аэродинамических профилей приводит к обратному эффекту уменьшения по абсолютной величине и, следовательно, к увеличению по алгебраической величине отрицательного критического угла атаки лопасти. Однако это увеличение отрицательного критического угла атаки не является проблемой, так как лопасть работает в основном и даже только при положительном угле атаки.
Известны также несколько документов, в которых описаны лопасти, образованные аэродинамическими профилями, позволяющими улучшить аэродинамические характеристики этих лопастей.
Например, в документе US 2007/0187549 описан усовершенствованный аэродинамический профиль для получения лопасти винта вертолета, предпочтительно, для вертолета, содержащего два винта противоположного вращения и тяговый воздушный винт, позволяющий вертолету лететь на высоких скоростях поступательного движения. Такой усовершенствованный аэродинамический профиль адаптирован для высокоскоростных воздушных потоков и замедляет образование ударной волны на высоких скоростях движения.
Кроме того, в документе US 2008/0145219 описана лопасть винта вертолета, содержащая один или несколько генераторов вихревых колец. Каждый генератор вихревых колец позволяет лопасти быть более устойчивой с точки зрения углов атаки и числа Маха, прежде чем проявится срыв потока. Кроме того, аэродинамический профиль такой лопасти может иметь адаптированный и даже регулируемый радиус передней кромки для оптимизации ее характеристик.
Наконец, известен документ ЕР 2410186, в котором описан центробежный насос, лопатки которого содержат утолщение на уровне их передней кромки, образованное путем увеличения радиуса этой кромки лопатки.
Винтокрылый летательный аппарат, называемый также «автожиром», может летать как на высоких скоростях движения во время полетов на крейсерской скорости, так и на очень низких скоростях движения и осуществлять полеты в режиме висения. Классически винтокрылый летательный аппарат содержит фюзеляж, по меньшей мере один несущий винт, устройство компенсации крутящего момента и силовую установку.
Устройство компенсации крутящего момента обеспечивает функцию компенсации крутящего момента винта, противодействуя крутящему моменту в режиме рыскания, создаваемому в основном при вращении несущего винта летательного аппарата. Устройство компенсации крутящего момента представляет собой, например, вспомогательный винт, расположенный на заднем конце хвостовой балки летательного аппарата. Этот вспомогательный винт компенсации крутящего момента позволяет создавать через аэродинамическую силу, развиваемую его лопастями, момент, противодействующий крутящему моменту винта.
Известен также гибридный вертолет, который представляет собой винтокрылый летательный аппарат, содержащий по меньшей мере один несущий винт, фюзеляж, силовую установку и вспомогательное тяговое устройство, а также, как правило, несущую поверхность, состоящую, например, из двух крыльев, расположенных с двух сторон от фюзеляжа. Вспомогательное тяговое устройство образовано одним или двумя движущими воздушными винтами, например, двумя движущими воздушными винтами, расположенными с двух сторон от фюзеляжа.
Это вспомогательное тяговое устройство может образовать устройство компенсации крутящего момента гибридного вертолета, в частности, когда это вспомогательное тяговое устройство содержит два движущих воздушных винта, расположенные с двух сторон от фюзеляжа. В этом случае движущие воздушные винты развивают дифференциальные аэродинамические силы, способствующие созданию момента, противодействующего крутящему моменту. В частности, во время полета в режиме висения первый движущий воздушный винт, расположенный с одной стороны от фюзеляжа, создает аэродинамическую силу в переднем направлении винтокрылого летательного аппарата, тогда как второй движущий воздушный винт, расположенный с другой стороны от фюзеляжа, создает аэродинамическую силу в заднем направлении винтокрылого летательного аппарата.
Этот второй движущий воздушный винт должен обеспечивать аэродинамическую силу в переднем направлении винтокрылого летательного аппарата во время поступательных полетов винтокрылого летательного аппарата и аэродинамическую силу в заднем направлении винтокрылого летательного аппарата в режиме висения, тогда как первый движущий воздушный винт всегда развивает аэродинамическую силу в переднем направлении винтокрылого летательного аппарата, независимо от фазы полета винтокрылого летательного аппарата. Чтобы поменять направление аэродинамической силы этого второго движущего воздушного винта на противоположное, каждая лопасть второго движущего воздушного винта должна перейти от положительного угла атаки для поступательных полетов к отрицательному углу атаки для полетов в режиме висения, тогда как каждая лопасть первого движущего воздушного винта всегда имеет положительный угол атака, независимо от фазы полета винтокрылого летательного аппарата.
Как было указано выше, каждая лопасть движущего воздушного винта рассчитана таким образом, чтобы оптимально развивать аэродинамическую силу только в одном направлении, при этом каждая лопасть имеет положительный угол атаки. Предпочтительно каждая лопасть первого и второго движущих воздушных винтов выполнена с возможностью развивать большую аэродинамическую силу в переднем направлении гибридного вертолета и содержит, например, несимметричные аэродинамические профили, обеспечивающие высокие аэродинамические характеристики при положительных углах атаки.
Следовательно, в режиме висения каждая лопасть второго движущего воздушного винта развивает аэродинамическую силу в заднем направлении гибридного вертолета с не оптимизированными для этого аэродинамическими профилями. В частности, каждая лопасть второго движущего воздушного винта может работать с отрицательным углом атаки, близким к отрицательному критическому углу атаки лопасти. В этом случае обычные несимметричные аэродинамические профили имеют не оптимальные аэродинамические характеристики, поскольку кривизна аэродинамических профилей не адаптирована для этих отрицательных углов атаки.
К тому же этот второй движущий воздушный винт требует большей механической мощности для своего приведения во вращение и, в частности, большей мощности, чем для первого движущего воздушного винта, создающего по существу идентичную аэродинамическую силу, но действующую только в переднем направлении винтокрылого летательного аппарата.
Решением для повышения аэродинамических характеристик лопасти при отрицательных углах атаки является уменьшение кривизны аэродинамических профилей лопасти и даже ее изменение на обратную. Однако это решение вступает в противоречие с искомыми характеристиками при поступательном полете, как было указано выше.
NACA
Использование лопастей с симметричными аэродинамическими профилями, например, принадлежащими к семейству , позволило бы получить по существу идентичное аэродинамическое поведение лопасти под действием воздушного потока при положительном угле атаки или при отрицательном угле атаки за счет возможной адаптации закрутки лопасти. Однако использование лопастей с такими симметричными аэродинамическими профилями не позволяет получать большие аэродинамические силы как в переднем, так и в заднем направлении винтокрылого летательного аппарата, независимо от угла атаки лопасти, и к тому же потребовало бы большей механической мощности для приведения во вращение этих лопастей, чтобы обеспечивать необходимые аэродинамические силы.
В этих условиях настоящим изобретением предложен способ усовершенствования лопасти, позволяющий преодолевать вышеупомянутые ограничения и изменять аэродинамические профили существующей лопасти, чтобы добиваться аэродинамических характеристик, лучших, чем аэродинамические характеристики этой существующей лопасти. В соответствии с этим способом отрицательный критический угол атаки этой измененной лопасти увеличивается по абсолютной величине, что позволяет измененной лопасти развивать большую аэродинамическую силу в противоположном направлении при отрицательном угле атаки, не уменьшая при этом аэродинамической силы, развиваемой при положительном угле атаки.
Таким образом, эта измененная лопасть позволяет добиваться повышенных аэродинамических характеристик в двух противоположных направлениях в зависимости от потребности и одновременно минимизировать мощность, необходимую для вращения этих измененных лопастей, в том числе при отрицательных углах атаки.
Объектами настоящего изобретения являются также лопасть, усовершенствованная при помощи этого способа, а также винт, содержащий по меньшей мере две усовершенствованные таким образом лопасти, и винтокрылый летательный аппарат, содержащий два таких движущих воздушных винта, один из которых является этим винтом.
Лопасть простирается в продольном направлении по размаху от первого конца к второму концу и в поперечном направлении от передней кромки к задней кромке. Лопасть содержит последовательные поперечные сечения, при этом каждое поперечное сечение образовано аэродинамическим профилем, при этом каждый аэродинамический профиль образован, в частности, двумя полупрофилями, включая полупрофиль спинки и полупрофиль корытца, при этом оба полупрофиля включают в себя соответственно участок передней кромки, промежуточный участок и конечный участок. Для каждого профиля участок передней кромки начинается на передней кромке, конечный участок заканчивается на задней кромке, и промежуточный участок находится между участком передней кромки и конечным участком.
Эта лопасть соединена с вращающейся ступицей винта на уровне первого конца лопасти через ножку лопасти. Эта ножка лопасти выполняет в основном конструктивную функцию, и ее участие в аэродинамических характеристиках винта является вторичным. Следовательно, в рамках изобретения считается, что лопасть состоит только из профилированной части, которая обеспечивает для каждой лопасти винта основную долю аэродинамических сил винта.
Согласно изобретению, способ усовершенствования лопасти содержит первый этап определения первоначальной окружности передней кромки для по меньшей мере одного из двух полупрофилей по меньшей мере одного аэродинамического профиля, при этом первоначальная окружность передней кромки связана с одним полупрофилем, при этом первый этап определения включает в себя следующие подэтапы:
- определение сегмента прямой, соединяющего переднюю кромку и заднюю кромку аэродинамического профиля,
- создание окружности построения, проходящей через переднюю кромку аэродинамического профиля, при этом центр окружности построения находится на сегменте прямой, при этом окружность построения вписана в полупрофиль,
- увеличение радиуса окружности построения, при этом центр окружности построения перемещают на сегменте прямой, и окружность построения всегда проходит через переднюю кромку, пока окружность построения не пересечется с полупрофилем, то есть окружность построения больше не вписана внутри полупрофиля, и
- определение первоначальной окружности передней кромки полупрофиля, при этом первоначальная окружность передней кромки является наибольшей окружностью построения, вписанной внутри полупрофиля, при этом центр первоначальной окружности передней кромки является центром этой наибольшей окружности построения, вписанной внутри полупрофиля, и находится на сегменте прямой, при этом радиус первоначальной окружности передней кромки является радиусом этой наибольшей окружности построения, вписанной внутри полупрофиля.
Действительно, как правило, полупрофили спинки и корытца характеризуются координатами точек, позволяющими производить их построение. Кроме того, участки передней кромки этих двух полупрофилей могут иметь круглую форму и могут быть образованы соответственно участком окружности, при этом радиус и координаты центра каждой окружности известны из определения полупрофилей спинки и корытца, что описано в документе ЕР 0911257. Участки этих окружностей, которые образуют первоначальные окружности передней кромки двух полупрофилей, соответственно совпадают с участками передней кромки этих двух полупрофилей аэродинамического профиля, при этом соответствующие радиусы первоначальных окружностей передней кромки равны радиусам участков передней кромки полупрофилей. В этом случае первоначальные окружности передней кромки двух полупрофилей имеют, как правило, один и тот же центр и один и тот же радиус.
Если участки передней кромки полупрофилей спинки и корытца не являются участками окружностей, по меньшей мере одну из этих первоначальных окружностей передней кромки двух полупрофилей можно определить апостериори в ходе первого этапа заявленного способа, чтобы характеризовать участок передней кромки. Таким образом, первоначальную окружность передней кромки полупрофиля спинки и/или полупрофиля корытца рассчитывают путем геометрического построения на основании соответственно участков передней кромки этих полупрофилей спинки и корытца. Как правило, рассчитанные таким образом первоначальные окружности передней кромки полупрофилей спинки и корытца являются разными, в частности, в случае аэродинамических профилей, имеющих не равную нулю кривизну. Предпочтительно знание первоначальной окружности передней кромки полупрофиля и ее радиуса позволяет легко характеризовать этот полупрофиль, чтобы, например, идентифицировать, с одной стороны, аэродинамические профили, которые можно считать поливалентными, то есть с широким диапазоном работы, но с умеренными аэродинамическими характеристиками, и которые связаны с большими радиусами окружности передней кромки, и, с другой стороны, аэродинамические профили с небольшими радиусами окружности передней кромки, соответствующие ограниченным диапазонам работы и имеющие высокие аэродинамические характеристики.
Таким образом, первый этап заявленного способа позволяет рассчитать первоначальную окружность передней кромки только одного из двух полупрофилей, образующих каждый аэродинамический профиль лопасти, а именно полупрофиля спинки или полупрофиля корытца, и рассчитать значение радиуса первоначальной окружности передней кромки.
Первый этап заявленного способа позволяет также рассчитать две первоначальные окружности передней кромки обоих полупрофилей, образующих каждый аэродинамический профиль лопасти, и рассчитать значения их радиусов.
Знание первоначальной окружности передней кромки полупрофиля и ее радиуса позволяет также предусмотреть изменения этого полупрофиля. Для этого заявленный способ содержит второй этап изменения по меньшей мере одного полупрофиля по меньшей мере одного аэродинамического профиля, при этом второй этап изменения включает в себя следующие подэтапы:
- замена участка передней кромки по меньшей мере одного полупрофиля участком первоначальной окружности передней кромки, связанной с этим по меньшей мере одним полупрофилем,
- увеличение радиуса первоначальной окружности передней кромки этого по меньшей мере одного полупрофиля, при этом центр первоначальной окружности передней кромки перемещают на сегменте прямой, чтобы получить новую окружность передней кромки этого по меньшей мере одного полупрофиля, участок которой образует новый участок передней кромки этого по меньшей мере одного полупрофиля, и
- определение нового промежуточного участка этого по меньшей мере одного полупрофиля, заменяющего промежуточный участок этого по меньшей мере одного полупрофиля и соединяющего новую окружность передней кромки этого по меньшей мере одного полупрофиля с конечным участком этого по меньшей мере одного полупрофиля, чтобы увеличить отрицательный критический угол атаки лопасти.
Во время этого второго этапа можно изменить только один из двух полупрофилей каждого аэродинамического профиля, а именно полупрофиль спинки или полупрофиль корытца. Во время этого второго этапа можно также изменить оба полупрофиля каждого аэродинамического профиля.
В рамках изобретения замена участка передней кромки полупрофиля первоначальной окружностью передней кромки в дальнейшем облегчает изменение этого полупрофиля, в частности, путем изменения радиуса этой первоначальной окружности передней кромки и получения новой окружности передней кромки. При этом новый участок передней кромки образован участком новой окружности передней кромки, причем этот последний участок предпочтительно образован как максимум первой четвертью этой новой окружности передней кромки, причем эта первая четверть начинается на передней кромке и находится со стороны этого полупрофиля напротив передней кромки. Положение собственно передней кромки каждого аэродинамического профиля остается неизменным, и новый участок передней кромки этого полупрофиля проходит через эту переднюю кромку.
Что касается промежуточного участка полупрофиля, то его заменяют новым промежуточным участком, соединяющим новый участок передней кромки полупрофиля, то есть участок новой окружности передней кромки, с конечным участком полупрофиля, причем этот конечный участок является неизменным. Этот новый промежуточный участок является касательным к новому участку передней кромки и к конечному участку полупрофиля.
с
с
Касание этого нового промежуточного участка изменяется постепенно, и он предпочтительно не имеет ни одной точки перегиба. Новый промежуточный участок начинается на новой окружности передней кромки, то есть на новом участке передней кромки, в исходной точке, находящейся на первом минимальном поперечном расстоянии, то есть параллельно относительно поперечного направления, от передней кромки, составляющем, например, от 0,5% до 5% хорды  аэродинамического профиля. Можно напомнить, что хорда  равна расстоянию между передней кромкой и задней кромкой аэродинамического профиля. Кроме того, положение исходной точки нового промежуточного участка на новой окружности передней кромки может быть задано тем, что производная многочлена, определяющего этот новый промежуточный участок, является положительной, что позволяет избежать появления точки перегиба на этом новом промежуточном участке. Этот новый промежуточный участок определен, например, многочленом 3-го порядка.
с
Кроме того, новый промежуточный участок соединяется с конечным участком на втором поперечном расстоянии от передней кромки, например, равном не более 25% хорды  аэродинамического профиля.
Кроме того, при изменении обоих полупрофилей спинки и корытца радиусы новых окружностей передней кромки полупрофилей спинки и корытца могут быть разными для некоторых аэродинамических профилей измененной лопасти и даже для всех аэродинамических профилей измененной лопасти. Предпочтительно радиус новой окружности передней кромки полупрофиля корытца меньше или равен радиусу новой окружности передней кромки полупрофиля спинки для каждого аэродинамического профиля лопасти.
Действительно, как правило, радиус передней кромки полупрофиля корытца меньше или равен радиусу передней кромки полупрофиля спинки для выгнутого аэродинамического профиля, который позволяет получить хорошие характеристики при положительной тяге.
е
с
Например, радиус новой окружности передней кромки полупрофиля спинки составляет от 110% до 160% радиуса первоначальной окружности передней кромки этого полупрофиля спинки, и радиус новой окружности передней кромки полупрофиля корытца составляет от 100% до 280% радиуса первоначальной окружности передней кромки этого полупрофиля корытца. Предпочтительно, радиус новой окружности передней кромки полупрофиля спинки составляет от 110% до 140% радиуса первоначальной окружности передней кромки этого полупрофиля спинки, и радиус новой окружности передней кромки полупрофиля корытца составляет от 115% до 220% радиуса первоначальной окружности передней кромки этого полупрофиля корытца. На эти значения может влиять относительная толщина каждого аэродинамического профиля лопасти, то есть соотношение между его максимальной толщиной  и его хордой .
Кроме того, первое отношение радиуса новой окружности передней кромки к радиусу первоначальной окружности передней кромки этого полупрофиля предпочтительно не является одинаковым для каждого аэродинамического профиля лопасти.
е
с
е
Кроме того, предпочтительно толщина  аэродинамического профиля является неизменной для каждого аэродинамического профиля лопасти, но при этом хорда  может слегка измениться. Можно напомнить, что толщина  аэродинамического профиля равна максимальному расстоянию между двумя полупрофилями, образующими аэродинамический профиль, то есть между полупрофилем корытца и полупрофилем спинки, перпендикулярно к средней линии этого аэродинамического профиля.
Предпочтительно, аэродинамические характеристики этой измененной лопасти, в которой были изменены аэродинамические профили, оказываются улучшенными при отрицательных углах атаки по сравнению с аэродинамическими характеристиками лопасти до изменения. Действительно, это увеличение радиуса первоначальной окружности передней кромки одного или обоих полупрофилей, образующих каждый аэродинамический профиль лопасти, позволяет изменить воздушный поток на этих полупрофилях измененной лопасти, в частности, при отрицательных углах атаки, и, следовательно, увеличить по абсолютной величине, то есть уменьшить по алгебраической величине отрицательный критический угол атаки измененной лопасти. Положительный критический угол атаки измененной лопасти тоже уменьшился в результате изменения полупрофилей. Вместе с тем, зона использования лопасти относится к положительным углам атаки, которые остаются меньше положительного критического угла атаки измененной лопасти.
Cz
Таким образом, аэродинамические характеристики лопасти при положительном угле атаки по существу не изменились, если не считать смещения положительного критического угла атаки. Таким образом, измененная лопасть может развивать аэродинамическую силу в противоположном направлении при отрицательном угле атаки без уменьшения аэродинамической силы, развиваемой при положительном угле атаки. В частности, крутизна кривой, связывающей коэффициент подъемной силы  лопасти с ее углом атаки, является по существу идентичной для лопасти, измененной при помощи заявленного способа, и для не измененной лопасти.
Следовательно, винт, оснащенный такими лопастями, измененными при помощи заявленного способа, предпочтительно может создавать аэродинамическую силу в обратном направлении, при этом лопасти этого винта имеют отрицательный угол атаки, и позволять уменьшить мощность, необходимую для вращения винта, по сравнению с винтом, оснащенным не измененными лопастями, который должен производить такую же аэродинамическую силу в обратном направлении. Это уменьшение мощности, необходимой для вращения винта, предпочтительно получают только посредством изменения зоны передней кромки аэродинамических профилей лопасти, при этом диаметр винта и число его лопастей остаются неизменными.
Эта усовершенствованная лопасть предназначена, в частности, для движущих воздушных винтов летательных аппаратов и, в частности, для движущих воздушных винтов гибридных вертолетов, при этом такой винт является движущим воздушным винтом.
Так, гибридный вертолет, оснащенный двумя движущими воздушными винтами, содержит первый движущий воздушный винт, оснащенный не измененными лопастями, и второй движущий воздушный винт, оснащенный лопастями, измененными при помощи заявленного способа, причем этот второй движущий воздушный винт предназначен для создания аэродинамический силы в обратном направлении во время полета гибридного вертолета в режиме висения. Заявленный способ усовершенствования лопасти позволяет, таким образом, улучшить характеристики устройства компенсации крутящего момента гибридного вертолета в режиме висения, причем это устройство компенсации крутящего момента образовано движущими воздушными винтами.
Мощность, развиваемая силовой установкой гибридного вертолета для приведения во вращение этого второго движущего воздушного винта, уменьшилась, и сэкономленную мощность можно использовать, например, для увеличения полезной нагрузки гибридного вертолета. Это уменьшение мощности, необходимой для вращения второго движущего воздушного винта, может обеспечить оптимизацию силовой установки и, следовательно, уменьшение общей массы летательного аппарата.
Кроме того, отодвигание границы срыва потока при отрицательном угле атаки позволяет также увеличить запас управляемости гибридного вертолета и, следовательно, повысить безопасность его полетов.
NACA
ОА
ОА3
ОА4
Этот способ предназначен для применения к лопастям, последовательные поперечные сечения которых образованы существующими аэродинамическими профилями, которые могут быть как симметричными, так и несимметричными. Например, этими существующими аэродинамическими профилями могут быть часто используемые профили, определенные в соответствии с семействами  или с семействами , в частности, в соответствии с семействами  и .
Заявленный способ усовершенствования лопасти можно также применять в случае, когда участки передней кромки полупрофилей образованы участком первоначальной окружности передней кромки, и в этом случае первый этапом можно пренебречь.
Заявленный способ усовершенствования лопасти может также содержать третий этап перемещения передней кромки для каждого аэродинамического профиля лопасти, при этом третий этап включает в себя следующие подэтапы:
- перемещение передней кромки каждого аэродинамического профиля лопасти на третье расстояние перпендикулярно к сегменту прямой от полупрофиля корытца к полупрофилю спинки, при этом перемещают также первоначальные участки передней кромки или, в случае необходимости, новые участки передней кромки обоих полупрофилей аэродинамического профиля, и
- образование новых промежуточных участков двух полупрофилей, соединяющих соответственно первоначальные участки передней кромки или новые участки передней кромки обоих полупрофилей с конечными участками этих двух полупрофилей.
Для каждого полупрофиля новый промежуточный участок передней кромки соединяет перемещенный таким образом участок передней кромки или новый участок передней кромки, заменивший ранее участок передней кромки во время второго этапа способа, с конечным участком полупрофиля, причем этот конечный участок является неизменным.
Предпочтительно этот третий этап заявленного способа предназначен для усовершенствования лопасти с выгнутыми, то есть несимметричными аэродинамическими профилями.
Это перемещение передней кромки каждого аэродинамического профиля «к полупрофилю спинки» приводит к изменению средней линии каждого аэродинамического профиля лопасти в зоне передней кромки. Таким образом, это перемещение передней кромки каждого аэродинамического профиля приводит к изменению кривизны каждого аэродинамического профиля лопасти, но без изменения направления этой кривизны на обратное (сохранение направления кривизны), которая оказывается уменьшенной. Это изменение положения передней кромки каждого аэродинамического профиля измененной лопасти и изменение ее средней линии позволяют опять изменить воздушный поток на обоих полупрофилях измененной лопасти, в частности, при отрицательных углах атаки. Следовательно, отрицательный критический угол атаки измененной лопасти увеличивается по абсолютной величине, то есть уменьшается по алгебраической величине, и уменьшается положительный критический угол атаки измененной лопасти, оставаясь при этом за пределами зоны использования лопасти.
Таким образом, аэродинамические характеристики этой измененной лопасти улучшились, и измененная таким образом лопасть может развивать аэродинамическую силу в противоположном направлении при отрицательном угле атаки без уменьшения аэродинамической силы, развиваемой при положительном угле атаки.
с
с
Третье расстояние составляет, например, от 0,5% до 2% хорды  аэродинамического профиля, чтобы избежать значительного изменения аэродинамического поведения измененной лопасти и, в частности, аэродинамических характеристик при положительных углах атаки. Предпочтительно третье расстояние составляет от 1% до 1,5% длины хорды .
с
с
В результате этого перемещения передней кромки каждого аэродинамического профиля условия соединения между новым промежуточным участком и, с одной стороны, новой окружностью передней кромки и, с другой стороны, конечным участком идентичны условиям, указанным для второго этапа заявленного способа, для каждого полупрофиля. В частности, касания нового промежуточного участка каждого полупрофиля изменяются постепенно и предпочтительно не содержат ни одной точки перегиба. Точно так же, новый промежуточный участок начинается на новой окружности передней кромки в исходной точке, находящейся на первом минимальном поперечном расстоянии от передней кромки, составляющем, например, от 0,5% до 5% хорды  аэродинамического профиля, и соединяется с конечным участком на втором поперечном расстоянии от передней кромки, равном, например, не более 25% хорды .
Заявленный способ усовершенствования лопасти может также содержать четвертый этап изготовления лопасти, предназначенный для изготовления лопасти, образованной описанными выше измененными аэродинамическими профилями. Эти аэродинамические профили можно изменять только на втором этапе или на втором и третьем этапах.
Объектом настоящего изобретения является также измененная лопасть, называемая также «усовершенствованной лопастью» в этом тексте, образованная аэродинамическими профилями, измененными на описанных выше этапах способа усовершенствования лопасти. Эту лопасть выполняют, используя эти измененные аэродинамические профили.
Ниже, в качестве примера, представлены координаты в системе координат (u,v) для точек, образующих аэродинамический профиль ОА312 и измененный при помощи описанного способа аэродинамический профиль ОА312. Начало этой системы координат (u,v) расположено на передней кромке не измененного аэродинамического профиля ОА312, а ее ось абсцисс u проходит вдоль первоначальной хорды этого не измененного аэродинамического профиля ОА312.
OA 312 первоначальный
OA 312 измененный
u
v
u
v
10,993086970,986183320,979281410,972384810,965496930,958619320,951750040,944885880,93802390,931162310,924300360,917437850,910574730,903710980,896846420,889980830,883113850,876245470,869375730,862504310,8556310,848756090,841879510,835000990,828120760,821238930,814355380,807470170,800583430,793695180,786805460,779914230,773021540,766127620,75923270,752336880,745440140,738542570,731644380,724745530,717845960,710945820,704045330,697144540,690243470,683342140,676440680,669539030,662637150,655735020,648832750,641930340,635027710,628124840,621221730,614318340,607414670,600510770,593606670,586702420,579797940,572893140,565988080,559082860,552177550,545272060,538366380,531460560,524554550,517648350,5107420,503835480,496928810,4900220,483115110,47620810,469300960,462393760,455486540,448579280,441671970,434764640,42785730,420949950,414042610,407135290,4002280,393320740,386413530,379506390,372599310,365692310,358785420,351878620,344971910,338065280,331158740,324252320,317345980,310439750,303533720,296627810,289721930,282816210,275910650,269005250,262100030,255195030,248290250,241385820,234482040,227577950,220673960,21377020,206866660,199963260,193060120,186157170,179254450,172352030,165449860,158548010,151646280,144745060,137844130,130944120,124044740,117146370,110248930,103352690,096458030,089565340,082675020,075788070,068905280,062028160,055158250,048298070,041450670,034622090,027823280,021075980,014430140,008062240,002513100,001819620,005447340,00999230,015001320,020340350,025908940,031660440,037556440,043570010,049680970,055873180,062134570,068455750,074828210,081243870,088204160,094726310,101275130,107845770,11443560,12104190,127662180,13429440,140936830,147587920,154246250,160910730,16758050,174254760,180932670,187613620,194297130,200982850,207670420,214359480,221049880,227741530,234434460,241128750,247824580,254522050,261221160,267921780,274623690,281326620,288030280,294734380,301438660,308142670,314845910,321548030,328248710,33494760,341644340,34833870,355030650,361720320,368407960,375093860,381778330,388461650,395144120,401825980,408507480,415188760,421869940,428551110,435232360,441913680,448595060,455276440,461957720,468638810,475319640,48200010,48868010,495359560,502038420,508716610,515394080,522070740,528746550,535421390,54209520,548767930,555439530,562109940,568779140,57544710,582113760,588779040,595442920,602105350,608766340,615425890,622083930,628740380,635395170,64204820,648699350,655348530,661995640,668640670,675283540,681924130,68856230,695197970,701831080,708461610,715089520,721714760,728337340,734957290,741574660,748189510,754801940,761412040,768019920,77462570,78122950,787831440,79443180,80103080,807628730,814225810,820822160,827417750,834012240,840605220,847197150,853788580,860379990,866972750,873568460,880167460,886770050,893377210,899989630,906608190,913233130,919864120,92650210,933147440,939799550,94646050,953132180,959815070,966508010,973207050,979907650,986606480,993304051
-0,001786945-0,001988992-0,002215004-0,002488529-0,002873193-0,003391046-0,004031037-0,004755215-0,005526345-0,006316667-0,007110455-0,007901099-0,008686784-0,009467167-0,010242006-0,011009672-0,011767963-0,012513652-0,013246371-0,013966138-0,014669695-0,015354588-0,016023159-0,016674371-0,017304736-0,017916223-0,018509382-0,019082246-0,0196348-0,020167853-0,020681173-0,021174303-0,021645881-0,022095488-0,022525939-0,022940139-0,023338955-0,023721549-0,02408907-0,024444449-0,024787018-0,025114649-0,025430132-0,025737764-0,026038752-0,026333082-0,026621348-0,026906334-0,027186863-0,027461505-0,027729962-0,027994805-0,028255812-0,028510995-0,028759645-0,029001421-0,029235398-0,02946073-0,02967868-0,029890434-0,030097182-0,030296257-0,030483864-0,030661313-0,030832784-0,031000383-0,031160688-0,031312521-0,031457535-0,031593224-0,03171937-0,031836384-0,031943495-0,032039745-0,032126268-0,032205957-0,032273796-0,032327242-0,032371823-0,032412711-0,032447356-0,032471172-0,032485408-0,032490617-0,032487809-0,032477885-0,032459292-0,032432138-0,032396333-0,032352989-0,03229981-0,032239735-0,032170758-0,03209116-0,032004481-0,031910779-0,031811182-0,031705226-0,031592553-0,031474775-0,0313505-0,031215712-0,031074903-0,030932258-0,030782557-0,030625583-0,030461628-0,030290046-0,030110199-0,029921872-0,02972115-0,029499344-0,029287343-0,029071792-0,028849395-0,02861994-0,028386759-0,028145708-0,0278991-0,027646379-0,027385671-0,027118338-0,026842676-0,026564226-0,026273412-0,025975833-0,02565757-0,025325923-0,024973975-0,024604117-0,024212558-0,023794076-0,023344476-0,022859797-0,022329426-0,021747557-0,021102161-0,020384111-0,019578361-0,018670616-0,017630536-0,016411105-0,01493538-0,013049858-0,010384561-0,00629096700,0063988460,0119638550,0168423240,0212205120,0252027190,0288512950,0322065050,03530010,0381586290,0408026260,0432502970,0455151760,0476074060,0495378260,05131950,0530859680,0546003910,055995330,0572820310,0584655750,059555050,0605565050,0614756890,0623187610,0630903570,0637955980,0644386340,0650233440,0655538440,0660337110,0664657450,0668537510,0672007790,0675097540,0677839340,0680257160,0682375010,0684216750,0685806060,0687153890,0688276920,0689193770,0689919110,0690465120,0690841220,0691055930,069111290,0691020850,0690790570,0690425810,0689923950,0689292570,0688545130,0687673540,068667520,0685555370,0684318610,0682958950,0681466730,067984720,0678099910,0676215040,0674190680,0672033680,0669741780,0667307880,0664735080,0662024440,0659172060,0656176510,0653035940,0649748670,0646312770,0642724510,0638979280,0635072430,0631003380,0626771490,0622370690,0617796080,0613043280,0608109880,06029920,0597688360,0592199210,0586524640,0580665920,057462620,0568410880,0562020660,0555456810,0548720310,0541814480,0534745080,0527516240,0520128090,0512581570,0504877570,0497016080,0488995170,0480813840,0472472580,0463975340,045532450,0446517610,0437550440,0428423310,0419138610,0409697980,0400101670,039034880,038044120,037038220,0360175290,0349824060,0339332660,0328706390,0317950610,0307070780,029607260,0284962340,0273754520,0262460840,0251096330,0239672080,0228194530,0216660480,0205051370,0193342060,0181559840,0169734620,0157892730,0146109670,0134476860,0123014110,0111743210,0100726070,0090011450,0079666090,0069719150,0060167250,0051096160,0042564820,0034561870,0027315040,0021127850,0016293110,0013111210,00117560,0012096160,0013681880,0015774220,001786945
10,9931966710,9863940680,9795930550,9727970170,9660092830,9592315380,9524621670,9456980870,9389364110,9321752840,9254138680,9186519130,9118893710,9051262350,8983623570,8915975320,8848314280,8780639440,8712951530,8645248390,8577526940,8509788990,8442035710,8374264020,8306474660,8238669850,8170848690,8103010960,803515790,7967290190,7899408090,7831511540,776360030,7695675870,7627740830,7559796730,7491843780,7423882120,7355913370,7287938680,7219957240,7151969080,7083976340,7015980530,6947981920,6879980510,6811977020,6743972240,6675965480,6607956310,65399450,6471932480,6403918360,6335902030,6267883390,6199862340,6131838630,6063812160,5995783470,5927752980,58597210,579168670,5723649270,5655609310,5587567950,5519525650,5451481650,5383435790,5315388520,524733940,5179288530,5111236090,5043182090,4975126530,4907069670,4839012020,4770953190,4702893080,4634832260,4566771210,4498709860,4430648060,4362585960,4294523710,4226461430,4158399190,409033710,4022275250,3954213760,3886152660,3818092170,3750032280,3681973030,3613914870,3545857640,3477801250,3409745720,3341691010,3273637330,3205584580,3137532680,3069482370,3001433830,2933385820,2865338620,2797293080,2729249040,2661206710,2593166190,2525127990,2457091680,23890610,2321033440,2253002810,2184974510,2116948210,204892390,19809010,1912880830,1844862350,1776846360,1708833060,1640822540,1572814640,1504808430,1436806960,1368808870,1300819910,1232837020,116486420,1096900410,1028948590,0961012390,0893095340,0825201660,0757340860,068952050,0621755090,0554059110,0485690150,0418570930,0353617780,028898380,0225651340,0165178410,0107670860,0055640920,0013785760,00005310,0023591470,0065402170,0115842710,0170551970,0227736370,0287822610,0347145850,041042690,047645040,0535205720,0600054570,0664704090,0728601380,0795664180,0862529720,0925234950,0994646450,1063297610,1128427660,1196958220,1268215350,1334491620,1403598050,1470785440,153944520,1608326090,1676668310,1743909940,1809634260,1878920450,1944841370,201362190,2081613190,2149619940,2217639370,2285669080,23537070,2421751410,2489801130,2557854920,262591180,2693970950,2762031730,2830093590,2898156090,2966218810,3034281390,3102343560,3170405020,3238465470,3306524770,3374582730,3442639020,3510693410,3578745750,3646795850,3714843240,3782887610,3850928820,3918966440,3986999950,4055029180,4123053980,4191073780,4259088250,4327097210,4395100250,4463096950,453108690,4599069690,4667044910,4735012010,4802970390,4870919370,4938858430,5006787170,5074704820,5142610550,5210503550,5278383150,5346248520,5414098990,5481934040,5549753130,5617555840,568534190,5753111320,5820863710,5888598710,5956315950,6024015320,6091697020,6159361060,6227007060,6294634710,6362243730,6429833670,6497403890,6564953860,663248330,6699992340,676748080,6834947820,6902392490,6969814560,7037213950,7104590450,7171943630,7239273020,7306578640,7373860670,744111930,750835480,7575567640,7642758440,7709927810,7777076550,7844205270,7911315690,7978410060,8045490620,8112559790,8179619120,8246668790,8313706930,8380727960,8447732940,8514728510,8581718780,8648714170,8715732990,8782782670,884986460,8916988220,8984161420,9051393210,9118688610,9186043950,9253466540,9320963810,9388528540,9456178630,9523937170,9591811020,9659789310,9727835230,9795897440,9863941940,9931971641
-0,001786945-0,001985598-0,002207676-0,002474188-0,002846444-0,00334798-0,003969973-0,004677375-0,00543364-0,006211139-0,00699338-0,007773122-0,008548178-0,009318091-0,010082772-0,010840856-0,011590451-0,012328409-0,013053601-0,013766489-0,01446477-0,015145064-0,015808721-0,016456549-0,017084812-0,01769373-0,018285182-0,018857594-0,019410013-0,01994328-0,020457552-0,020952474-0,02142717-0,02188035-0,022313335-0,022729319-0,023130246-0,023515873-0,023885831-0,024242526-0,024587732-0,024919355-0,025236924-0,025544526-0,025845254-0,026139602-0,026427388-0,026710228-0,026989947-0,027264813-0,027533653-0,027797017-0,028057231-0,028313241-0,028563323-0,028807008-0,029043913-0,029273006-0,029493794-0,029707604-0,0299156-0,030118688-0,030313852-0,03049775-0,030672048-0,030840795-0,031005743-0,03116348-0,031313011-0,031455938-0,031589825-0,031714422-0,031830168-0,031936351-0,032032039-0,032117987-0,032197353-0,032265929-0,032320316-0,032365091-0,032405942-0,032441642-0,032467215-0,032483086-0,032490197-0,032489133-0,032481255-0,032465258-0,032440931-0,03240799-0,032367826-0,032318475-0,032261403-0,03219708-0,032122196-0,032039251-0,031949679-0,031853825-0,031752274-0,031644051-0,031530134-0,031411284-0,031283611-0,031146822-0,031007455-0,030864197-0,030713192-0,030555618-0,030390859-0,030218702-0,030037765-0,02984953-0,029642347-0,029424966-0,029217381-0,029002322-0,02878103-0,028553712-0,028322196-0,028082795-0,027838658-0,027587677-0,027329498-0,02706411-0,026792042-0,02651589-0,026228166-0,02593271-0,025616805-0,025288199-0,024939313-0,024573293-0,024185659-0,023771588-0,023327169-0,022848405-0,022325075-0,021751715-0,021116713-0,020411465-0,01959531-0,018331146-0,016646922-0,014519503-0,011936864-0,008896071-0,005266414-0,0009002090,0046603010,0110635180,0174289690,0227601380,0273576990,0313988580,0350200990,0383777710,0413574720,0442436160,0469860690,0492255860,0514994840,0535747280,0554471690,0572261520,0588097230,060116740,0613483930,0623165210,0629600940,0633751750,0643475420,0648589480,0652105420,0654702250,0656901490,0658854350,0660681070,0662481310,0664345850,0666548870,0669022990,0672192930,0675310270,0678070030,0680497060,0682616540,0684453870,0686032350,0687363140,0688465140,0689357220,0690054360,0690568680,0690910110,069108630,0691101540,0690966570,069069130,069027660,0689721030,0689037820,0688233430,0687297780,068623260,0685043950,0683732990,0682288760,0680708240,0678997240,067714870,0675154670,0673019890,0670748040,0668331440,0665768910,0663064350,0660214670,0657217340,065407090,0650773350,0647323030,0643716540,0639949290,0636016060,0631915060,0627646540,0623204960,0618584790,0613781310,0608791860,0603612550,0598241550,0592679170,0586925490,0580981780,0574851180,0568539380,0562047270,0555376140,0548527060,0541503590,053431180,0526955770,0519435550,0511752190,0503906490,0495898130,0487725020,0479386210,0470882730,0462218850,0453396040,0444410750,0435259190,0425942620,0416463370,0406822810,0397020550,0387056260,0376932680,036665340,0356222170,0345642920,0334920560,0324060960,0313069630,0301952920,02907160,0279370260,0267929990,0256409050,0244821950,0233178020,0221478660,0209713350,0197851030,0185898330,0173893010,0161858120,014985180,0137976960,0126277620,0114764670,0103497290,0092529360,0081926540,0071735230,0061947940,0052635020,0043880120,0035661590,0028178620,0021751160,00166850,0013296650,0011788620,0012046740,0013619980,0015740080,001786945
Объектом настоящего изобретения является также винт, предназначенный для летательного аппарата, причем этот винт содержит по меньшей мере две описанные выше усовершенствованные лопасти, причем эти усовершенствованные лопасти образованы аэродинамическими профилями, измененными на этапах способа усовершенствования лопасти. Этот винт является, например, движущим воздушным винтом летательного аппарата и, в частности, вторым движущим воздушным винтом гибридного вертолета, причем этот второй движущий воздушный винт развивает аэродинамическую силу в переднем направлении гибридного вертолета во время поступательных полетов и аэродинамическую силу в заднем направлении в режиме висения.
Объектом настоящего изобретения является также винтокрылый летательный аппарат, содержащий фюзеляж, по меньшей мере один несущий винт и по меньшей мере два движущих воздушных винта. По меньшей мере один из движущих воздушных винтов летательного аппарата является вышеупомянутым винтом и содержит по меньшей мере две усовершенствованные лопасти, образованные аэродинамическими профилями, измененными при помощи описанного выше способа усовершенствования лопасти.
Изобретение и его преимущества будут более очевидны из нижеследующего подробного описания с иллюстративными примерами выполнения, представленными со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг 1 и 2 - гибридный вертолет.
Фиг. 3 - лопасть.
Фиг. 4 - блок-схема способа усовершенствования лопасти.
Фиг. 5 - схема построения первоначальной окружности передней кромки полупрофиля.
Фиг. 6-9 - три измененных аэродинамических профиля лопасти.
Фиг. 10 - кривые изменения коэффициента подъемной силы лопасти в зависимости от ее угла атаки.
Фиг. 11 - кривые, показывающие, как изменяются характеристики изменений аэродинамического профиля в зависимости от его относительной толщины.
F
Р
Фиг. 12 - две кривые, связывающие тягу  и потребляемую лопастью мощность .
Элементы, показанные на разных фигурах, имеют одни и те же обозначения.
На фиг. 1 и 2 в проекции сверху показан гибридный вертолет 60, а также детальные виды лопасти 1 каждого движущего воздушного винта 64,65 гибридного вертолета 60. На фиг. 1 гибридный вертолет 60 находится в поступательном полете, тогда как на фиг. 2 гибридный вертолет 60 находится в режиме висения.
Гибридный вертолет 60 является винтокрылым летательным аппаратом, содержащим фюзеляж 61, несущий винт 62, два крыла 66,67, расположенные с двух сторон от фюзеляжа 61, хвостовую балку 68 и два движущих воздушных винта 64,65. Два движущих воздушных винта 64,65 расположены с двух сторон от фюзеляжа 61, соответственно на конце крыла 66,67.
На фиг. 3 показана лопасть 1, причем эта лопасть 1 может входить в состав несущего винта 62 или в состав движущего воздушного винта 64,65. На фиг. 3 показана система координат (X,Y,Z), образованная продольным направлением Х, поперечным направлением Y и вертикальным направлением Z, причем эти три направления являются перпендикулярными между собой. Продольное направление Х проходит по существу параллельно относительно оси изменения шага лопасти 1 и даже совпадает с этой осью.
Лопасть 1 проходит в продольном направлении Х по размаху от первого конца 3 к второму концу 4 и в поперечном направлении Y от передней кромки 5 к задней кромке 6. Лопасть 1 содержит последовательные поперечные сечения в поперечной плоскости, параллельной относительно поперечного Y и вертикального Z направлений, при этом каждое поперечное сечение образовано аэродинамическим профилем 10, содержащим, в частности, два полупрофиля 11,21, а именно полупрофиль 11 спинки и полупрофиль 21 корытца. Полупрофиль 11 спинки и полупрофиль 21 корытца содержат соответственно участок 12,22 передней кромки, начинающийся от передней кромки 5, конечный участок 14,24, заканчивающийся на задней кромке 6, и промежуточный участок 13,23, находящийся между участком 12,22 передней кромки и конечным участком 14,24.
Как правило, аэродинамические профили 10 этих поперечных сечений изменяются в зависимости от своего положения по размажу на лопасти 1 и, следовательно, могут быть разными, чтобы адаптироваться к воздушному потоку, обдувающему каждое поперечное сечение во время вращения лопасти 1.
На фиг. 3 показана также линия половины толщины или «средняя линия» 17 аэродинамического профиля 10. Эта средняя линия 17 равноудалена от полупрофилей 21 корытца и 11 спинки в направлении, перпендикулярном к средней линии 17. Можно отметить, что аэродинамические профили 10 лопасти 1 являются несимметричными и имеют кривизну, при этом средняя линия 17 является изогнутой. На фиг. 3 для разных аэродинамических профилей 10 показан также сегмент 16 прямой, соединяющий переднюю кромку 5 и заднюю кромку 6. Этот сегмент 16 прямой соответствует хорде аэродинамического профиля 10.
NACA
ОА
ОА312
На фиг. 4 показана блок-схема способа усовершенствования первоначальной лопасти для получения измененной лопасти, называемой «усовершенствованной лопастью», и этот способ содержит несколько этапов. Этот способ предназначен для применения к лопастям, последовательные поперечные сечения которых образованы существующими аэродинамическими профилями, например, принадлежащими к семействам  или к семействам . Используемый и измененный на фиг. 8 аэродинамический профиль 10 является аэродинамическим профилем .
Этот способ усовершенствования лопасти 1 предназначен, в частности, для аэродинамических профилей 10, в которых участки 12,22 передней кромки полупрофилей 11,21 не являются участками окружностей.
Этот способ усовершенствования лопасти 1 содержит первый этап 51 определения первоначальной окружности 15,25 передней кромки по меньшей мере одного полупрофиля 11,21 каждого аэродинамического профиля 10, причем эту первоначальную окружность 15,25 передней кромки рассчитывают на основании участка 12,22 передней кромки полупрофиля 11,21.
Во время этого первого этапа 51 первоначальную окружность 15 передней кромки полупрофиля 11 спинки и первоначальную окружность 25 передней кромки полупрофиля 21 корытца можно рассчитать соответственно на основании участков 12,22 передней кромки полупрофиля 11 спинки и полупрофиля 22 корытца.
Этот первый этап 51 определения первоначальной окружности 15,25 передней кромки применяют к полупрофилю 11 спинки аэродинамического профиля 10, показанного на фиг. 5. Этот первый этап 51 содержит несколько подэтапов 511-514.
Во время первого подэтапа 511 определяют сегмент 16 прямой, соединяющий переднюю кромку 5 с задней кромкой 6 аэродинамического профиля 10, причем этот сегмент 16 прямой соответствует хорде аэродинамического профиля 10.
В
Затем, на втором подэтапе 512 создают окружность 27 построения, причем эта окружность 27 построения проходит через переднюю кромку 5, при этом центр  этой окружности 27 построения находится на сегменте 16 прямой. Кроме того, окружность 27 построения вписана в полупрофиль 11 спинки. Окружность 27 построения может быть также касательной к участку 12 передней кромки полупрофиля 11 спинки в частном случае, когда направление касания участка 12 передней кромки на уровне передней кромки 6 перпендикулярно к сегменту 16 прямой.
В
Bʺ
Во время третьего подэтапа 513 увеличивают радиус окружности 27 построения, при этом центр  окружности 27 построения перемещают на сегменте 16 прямой, и окружность построения проходит через переднюю кромку 5. Радиус окружности 27 построения увеличивают, таким образом, пока окружность 27 построения не пересечется с полупрофилем 11 спинки. Окружность 27ʺ построения с центром  представляет собой первую окружность 27 построения, пересекающую участок 12 передней кромки.
B'
На четвертом подэтапе 514 по наибольшей окружности 27' построения, вписанной внутри полупрофиля 11 спинки, определяют первоначальную окружность 15 передней кромки полупрофиля 11 спинки. Центром первоначальной окружности 15 передней кромки является центр  этой наибольшей окружности 27' построения, который находится на сегменте 16 прямой. Радиусом первоначальной окружности 15 передней кромки является радиус этой наибольшей окружности 27' построения. На самом деле в ходе осуществления третьего подэтапа 513 наибольшая окружность 27' построения соответствует окружности 27 построения, определенной путем итерации, предшествующей окружности 27ʺ построения, которая является первой окружностью 27 построения, пересекшейся с участком 12 передней кромки и соответствующей также первой окружности 27 построения, которая не вписалась в полупрофиль 11 спинки.
Этот первый этап 51 определения первоначальной окружности 15,25 передней кромки по меньшей мере одного полупрофиля 11,21 можно также применить к полупрофилю 21 корытца аэродинамических профилей 10 лопасти 1. Этот первый этап 51 можно также применить одновременно для полупрофиля 11 спинки и для полупрофиля 21 корытца аэродинамических профилей 10 лопасти 1.
Таким образом, первоначальную окружность 15,25 передней кромки можно определить по центру, находящемуся на сегменте 16 прямой, и по радиусу. Эта первоначальная окружность 15,25 передней кромки позволяет, таким образом, характеризовать участок 12,22 полупрофиля 11,21 аэродинамического профиля 10 лопасти 1.
Затем этот способ усовершенствования лопасти 1 содержит второй этап 52 изменения по меньшей мере одного полупрофиля 11,21 каждого аэродинамического профиля 10 лопасти 1.
r
r1
На этом втором этапе 52 первоначальную окружность 15,25 передней кромки полупрофиля 11,21 изменяют для каждого аэродинамического профиля 10 лопасти 1, увеличивая ее радиус , при этом положение передней кромки 5 не меняется. Новую окружность 35,45 передней кромки определяют по новому радиусу и по центру, находящемуся на сегменте 16 прямой, как и центр первоначальной окружности 15,25 передней кромки, но смещенному в сторону задней кромки 6. Новый участок 32,42 передней кромки полупрофиля 11,21 образован участком этой новой окружности 35,45 передней кромки.
Применение этого второго этапа 52 состоит в изменении полупрофиля 11 спинки аэродинамического профиля 10, как показано на фиг. 6. Этот второй этап 52 содержит несколько следующих подэтапов 521-523.
Во время первого подэтапа 521 участок 12 передней кромки полупрофиля 11 спинки заменяют участком первоначальной окружности 15 передней кромки, определенной ранее на первом этапе 51 и связанной с этим полупрофилем 11 спинки.
На втором подэтапе 522 радиус первоначальной окружности 15 передней кромки этого полупрофиля 11 спинки увеличивают, и ее центр перемещают на сегменте 16 прямой, чтобы получить новую окружность 35 передней кромки этого полупрофиля 11 спинки. При этом участок этой новой окружности 35 передней кромки образует новый участок 32 передней кромки этого полупрофиля 11 спинки.
Во время третьего подэтапа 523 определяют новый промежуточный участок 33 этого полупрофиля 11 спинки, чтобы заменить первоначальный промежуточный участок 13 и соединить новую окружность 35 передней кромки с конечным участком 14 этого полупрофиля 11 спинки.
Этот новый промежуточный участок соединяет тангенциально новый участок 32 передней кромки с конечным участком 14, который является неизменным, при этом новый участок 32 передней кромки проходит через переднюю кромку 5 и является касательным к первоначальной окружности 15 передней кромки на уровне передней кромки 5. Новый промежуточный участок 33 не должен содержать ни одной точки перегиба, и его касание изменяется постепенно.
Этот второй этап 52 можно также применять, чтобы изменить полупрофиль 21 корытца аэродинамического профиля 10. Этот второй этап 52 можно также применять, чтобы изменить полупрофиль 11 спинки и полупрофиль 21 корытца аэродинамического профиля 10. Такое изменение полупрофиля 11 спинки и полупрофиля 21 корытца показано на фиг. 7, при этом первоначальная окружность 15 передней кромки полупрофиля 11 спинки и первоначальная окружность 25 передней кромки полупрофиля 21 корытца являются идентичными и совпадают. Вместе с тем, первоначальную окружность 15 передней кромки полупрофиля 11 спинки и первоначальную окружность 25 передней кромки полупрофиля 21 корытца изменяют по-разному, и новая окружность 35 передней кромки полупрофиля 11 спинки и новая окружность 45 передней кромки полупрофиля 21 корытца отличаются друг от друга.
dp
dn
dp
В результате этого изменения по меньшей мере одного полупрофиля 11,21 каждого аэродинамического профиля 10 лопасти 1 воздушный поток на полупрофилях 11,21 лопасти 1 изменяется и приводит к уменьшению по алгебраической величине положительного α и отрицательного α критических углов атаки лопасти 1. Вследствие этого аэродинамические характеристики измененной лопасти 1 улучшаются при отрицательных углах атаки α без ухудшения ее аэродинамических характеристик при положительных углах атаки α, при этом зона использования лопасти 1 при положительных углах атаки α остается меньше положительного критического угла атаки α измененной лопасти 1.
Измененная таким образом лопасть 1 оказывается оптимизированной для оснащения винта 63, который может развивать аэродинамическую силу в двух противоположных направлениях, соответственно при положительном угле атаки и при отрицательном угле атаки. Этот винт 63 может представлять собой, например, один из движущих воздушных винтов 64,65 гибридного вертолета 60, показанного на фиг. 1 и 2.
Действительно, во время поступательного полета, показанного на фиг. 1, оба движущих воздушных винта 64,65 гибридного вертолета 60 обеспечивают по существу идентичные аэродинамические силы в переднем направлении гибридного вертолета 60. Лопасти 1 этих движущих воздушных винтов 64,65 имеют положительные углы атаки α, как показано на фиг. 1.
С другой стороны, во время полета в режиме висения, показанного на фиг. 2, два движущих воздушных винта 64,65 создают противоположные аэродинамические силы, при этом первый движущий воздушный винт 64, расположенный слева от фюзеляжа 61, развивает аэродинамическую силу в переднем направлении гибридного вертолета 60, тогда как второй движущий воздушный винт 65, расположенный справа от фюзеляжа 61, развивает аэродинамическую силу в заднем направлении гибридного вертолета 60. Лопасти 1 первого движущего воздушного винта 64 имеют положительный угол атаки α, как показано на фиг. 2, тогда как лопасти 1 второго движущего воздушного винта 65 имеют отрицательный угол атаки α.
F
F
F
Р
dn
Таким образом, каждая измененная лопасть 1, входящая в состав второго движущего воздушного винта 65, позволяет ему обеспечивать аэродинамическую силу , необходимую для полета в режиме висения при отрицательном угле атаки α, который более удален от отрицательного критического угла атаки α измененной лопасти 1, чем в случае не измененной лопасти. Это сопровождается мощностью, необходимой для приведения во вращение второго движущего воздушного винта 65, которую можно уменьшить по сравнению с движущим воздушным винтом с не измененными лопастями 1, как показано на фиг. 12, чтобы развивать эту аэродинамическую силу , необходимую для полета в режиме висения при отрицательном угле атаки α. На фиг. 12 показаны две кривые 18,19, связывающие аэродинамическую силу  лопасти 1 по оси абсцисс с мощностью , потребляемой этой лопастью 1, по оси ординат. Первая кривая 18 соответствует не измененной лопасти 1, а вторая кривая 19 соответствует измененной лопасти 1.
Р
F
F
А
A
G
Например, можно отметить, что при одной и той же мощности , потребляемой лопастью 1, точка А первой кривой 18 соответствует первой аэродинамической силе , меньшей, чем вторая аэродинамическая сила , соответствующая точке G второй кривой 19.
F
P
Р
A
A
'
А
Отмечается также, что при одной и той же аэродинамической силе , генерируемой на уровне лопасти, лопасть 1 с измененными аэродинамическими профилями 10 будет потреблять мощность , соответствующую точке A' на второй кривой 19 и меньшую, чем мощность , потребляемая лопастью 1 с не измененными аэродинамическими профилями 10 и соответствующая точке А на первой кривой 18.
е
с
с
с
Во время применения этого второго этапа 52 толщина  аэродинамического профиля 10 является неизменной для каждого аэродинамического профиля 10 лопасти 1, тогда как его хорда  может слегка измениться. Кроме того, новый промежуточный участок 33,43 полупрофиля 11,21 начинается соответственно на новой окружности 35,45 передней кромки этого полупрофиля 11,21 на первом минимальном поперечном расстоянии от передней кромки, составляющем от 0,5% до 5% хорды  аэродинамического профиля 10. Новый промежуточный участок 33,43 полупрофиля 11,21 соединяется соответственно с конечным участком 14,24 этого полупрофиля 11,21 на втором поперечном расстоянии от передней кромки 5, меньшем или равном 25% хорды .
d
Изменение аэродинамических профилей 10 лопасти 1 на этом втором этапе 52 оказывается достаточным, чтобы улучшить аэродинамические характеристики лопасти 1. Вместе с тем, способ усовершенствования лопасти 1 может также содержать третий этап 53 перемещения передней кромки 5 для каждого аэродинамического профиля 10 лопасти 1. На этом третьем этапе 53 переднюю кромку 5 каждого аэродинамического профиля 10 лопасти 1 перемещают от полупрофиля 21 корытца в сторону полупрофиля 11 спинки на третье расстояние  перпендикулярно к сегменту 16 прямой, вследствие чего изменяются полупрофили 11 спинки и 21 корытца. Этот третий этап 53 содержит два подэтапа 531,532.
Как показано на фиг. 8 и 9, это перемещение передней кромки 5 аэродинамического профиля 10 следует за увеличением радиусов первоначальных окружностей 15,25 передней кромки полупрофиля 11 спинки и полупрофиля 21 корытца аэродинамического профиля 10. Вместе с тем, это перемещение передней кромки 5 может следовать за предварительным изменением только одного из двух полупрофилей 11,21. На фиг. 9 показан аэродинамический профиль 10 полностью, тогда как на фиг. 8 показана только зона этого аэродинамического профиля 10 вблизи передней кромки 5, как на фиг. 6 и 7. На фиг.8 можно отметить, что первоначальные окружности 15,25 передней кромки полупрофиля 11 спинки и полупрофиля 21 корытца аэродинамического профиля 10 имеют разные радиусы и разные центры.
d
Во время первого подэтапа 531 переднюю кромку 5 аэродинамического профиля 10 перемещают на третье расстояние  перпендикулярно к сегменту 16 прямой от полупрофиля 21 корытца к полупрофилю 11 спинки. Перемещают также новый участок 32 передней кромки полупрофиля 11 спинки, так же, как и новый участок 42 передней кромки полупрофиля 21 корытца.
Во время второго подэтапа 532 определяют новый промежуточный участок 33, связанный с полупрофилем 11 спинки, и новый промежуточный участок 43, связанный с полупрофилем 21 корытца. Новый промежуточный участок 33, связанный с полупрофилем 11 спинки, соединяет новый участок 32 передней кромки этого перемещенного полупрофиля 11 спинки с конечным участком 14 спинки этого полупрофиля 11 спинки, при этом конечный участок 14 является неизменным. Точно так же, новый промежуточный участок 43, связанный с полупрофилем 21 корытца, соединяет новый участок 42 передней кромки этого перемещенного полупрофиля 21 корытца с конечным участком 24 спинки этого полупрофиля 21 корытца, при этом конечный участок 24 является неизменным.
Новый промежуточный участок 33 полупрофиля 11 спинки и новый промежуточный участок 43 полупрофиля 21 корытца являются при этом касательными соответственно к новому участку 32 передней кромки полупрофиля 11 спинки и к новому участку 42 передней кромки полупрофиля 21 корытца, а также соответственно к конечному участку 14 полупрофиля 11 спинки и к конечному участку 24 полупрофиля 21 корытца. Новый промежуточный участок 33 полупрофиля 11 спинки и новый промежуточный участок 43 полупрофиля 21 корытца по-прежнему не имеют ни одной точки перегиба, так как их касание изменяется постепенно.
d
с
c
с
c'
d
с
с
Это перемещение передней кромки 5 вследствие третьего этапа 53 приводит к изменению средней линии 17 аэродинамического профиля 10 в зоне передней кромки 5. Третье расстояние  составляет, например, от 0,5% до 2% хорды  аэродинамического профиля 10. Это перемещение передней кромки 5 приводит также к небольшому увеличению хорды  аэродинамического профиля 10. Это небольшое увеличение хорды  составляет примерно несколько сотых процента, при этом новую хорду  аэродинамического профиля 10 определяют по следующему отношению: . Например, для третьего расстояния , меньшего или равного 2% хорды  аэродинамического профиля 10, это увеличение хорды  меньше 0,02%.
с
Это незначительное увеличение хорды  является лишь следствием перемещения передней кромки 5 аэродинамического профиля 10 на третьем этапе 53 и не имеет прямого влияния на улучшение аэродинамических характеристик аэродинамического профиля 10. Действительно, причиной улучшения этих аэродинамических характеристик аэродинамического профиля 10 являются комбинированные изменения передней кромки 5, то есть увеличение по меньшей мере одного радиуса первоначальной окружности 15,25 передней кромки полупрофиля 11 спинки и/или 21 корытца и ее перемещение.
dp
dn
Это перемещение передней кромки 5, независимо от того, следует ли оно за изменением аэродинамических профилей 10 только для ее полупрофиля 11 спинки, только для ее полупрофиля 21 корытца или по ее полупрофилям 11 спинки и 21 корытца, приводит к более значительному уменьшению положительного α' и отрицательного α' критических углов атаки измененной лопасти, чем в случае лопасти 1, в которой осуществили изменение только радиуса первоначальной окружности 15,25 передней кромки одного или обоих полупрофилей 11,21, что изменяет воздушный поток на полупрофилях 11 спинки и 21 корытца измененной лопасти 1.
dp
dn
Cz
Cz
На фиг. 10 графически показано это уменьшение положительного α и отрицательного α критических углов атаки лопасти 1, аэродинамические профили 10 которой были изменены на двух этапах 52-53 способа усовершенствования лопасти 1. На этом графике показано изменение коэффициента подъемной силы  лопасти 1 в зависимости от угла атаки α лопасти по отношению к воздушному потоку на лопасти 1, с одной стороны, согласно первому графику 7 для не измененной лопасти 1 и, с другой стороны, согласно второму графику 8 для измененной лопасти. Угол атаки α показан на оси абсцисс, а коэффициент подъемной силы  - на оси ординат.
dp
dn
dp
dn
Отмечается, что положительный α' и отрицательный α' критические углы атаки лопасти, измененной на двух этапах 52-53, показанные на втором графике 8, меньше, чем положительный α и отрицательный α критические углы атаки не измененной лопасти, показанные на первом графике 7.
dn
dn
Отмечается также, что при отрицательном угле атаки α, по существу равном -5°, не измененная лопасть работает близко к своему отрицательном критическому углу атаки α, при этом соответствующая точка А не находится на линейной части первого графика 7, тогда как точка G, соответствующая этому же отрицательном углу атаки α, по существу равному -5°, находится на линейной части второго графика 8 измененной лопасти 1, которая, таким образом, работает с углом атаки, более удаленным от ее отрицательного критического угла атаки α'.
Рс
F
F
Следовательно, аэродинамические характеристики измененной лопасти являются более высокими, чем аэродинамические характеристики не измененной лопасти, как было указано выше и показано на фиг. 12, и при одной и той же потребляемой мощности  эта измененная лопасть 1 может развивать более значительную аэродинамическую силу , чем не измененная лопасть. Точно так же, такая измененная лопасть 1 требует меньше потребляемой мощности, чем не измененная лопасть, для своего приведения во вращение, чтобы развивать необходимую аэродинамическую силу . Например, для второго воздушного винта 65 гибридного вертолета 60 средней грузоподъемности с использованием таких лопастей, измененных на двух этапах 52-53, полученная экономия мощности может составлять примерно 100 киловатт.
r
r
r'
r
1
1
На изменения, применяемые к аэродинамическим профилям 10 лопасти 1 на каждом из этапов 52-53, может также влиять относительная толщина этих аэродинамических профилей 10, как показано на втором графике на фиг. 11. На этом втором графике показана первая огибающая 55 изменения первого соотношения между радиусом  новой окружности 35 передней кромки полупрофиля 11 спинки и радиусом  первоначальной окружности 15 передней кромки этого полупрофиля 11 спинки в зависимости от изменений относительной толщины аэродинамического профиля 10. На этом втором графике показана вторая огибающая 56 изменения второго соотношения между радиусом  новой окружности 45 передней кромки полупрофиля 21 корытца и радиусом  первоначальной окружности этого полупрофиля 21 корытца в зависимости от изменений относительной толщины аэродинамического профиля 10. Относительная толщина аэродинамического профиля 10 показана на оси абсцисс, а первое и второе соотношения - на оси ординат.
Изменения этих соотношений показаны на фиг. 11 для аэродинамических профилей 10, относительная толщина которых составляет от 7,5% до 12%, при этом заявленный способ усовершенствования лопасти 1 можно применять для лопастей, образованных этими аэродинамическими профилями 10. Вместе с тем, этот способ усовершенствования лопасти 1 можно также применять к лопастям 1, образованным аэродинамическими профилями, имеющими другую относительную толщину.
Можно отметить, что на первое соотношение, касающееся новой окружности 35 передней кромки полупрофиля 11 спинки, изменение которого представлено первой огибающей 55, мало влияет увеличение относительной толщины аэродинамического профиля 10 в отличие от второго соотношения, касающегося новой окружности 45 передней кромки полупрофиля 21 корытца, изменение которого представлено второй огибающей 56 и которое стремится к уменьшению, когда относительная толщина аэродинамического профиля увеличивается.
d
d
с
На втором графике показана также третья огибающая 57 изменения третьего расстояния  перемещения передней кромки 5 в зависимости от изменений относительной толщины аэродинамического профиля 10. Относительная толщина аэродинамического профиля 10 представлена на оси абсцисс, а третье расстояние , выраженное в процентах хорды , - на оси ординат. Отмечается, что ширина этой третьей огибающей 57 стремится к уменьшению, когда относительная толщина аэродинамического профиля 10 увеличивается, при этом среднее значение этой третьей огибающей 57 является по существу постоянным.
Наконец, способ усовершенствования лопасти 1 может также содержать четвертый этап 54 изготовления лопасти 1, образованной аэродинамическими профилями 10, измененными во время предыдущих этапов. Эти аэродинамические профили 10 можно изменить только на втором этапе 52 или на втором и третьем этапах 52,53.
Естественно, в настоящее изобретение можно вносить различные изменения в том, что касается его осуществления. Хотя были описаны несколько вариантов осуществления, понятно, что все вероятные варианты невозможно идентифицировать избыточно. В частности, этот способ усовершенствования лопасти 1 можно применять к аэродинамическим профилям 10, в которых участки 12,22 передней кромки полупрофилей 11,21 образованы участком первоначальной окружности 15,25 передней кромки, при этом первым этапом 51 можно пренебречь.
Разумеется, можно предусмотреть замену описанного средства эквивалентным средством, не выходя за рамки настоящего изобретения.