| |
либо их осреднённое воздействие (дисковая модель). В обоих случаях чаще
используется предложенная Н. Е. Жуковским вихревая теория винта.
В лопастной вихревой модели лопасти Н. в. обычно рассматривают как бесконечно
тонкие несущие поверхности, а действующие на лопасть аэродинамические силы
определяют на основе Жуковского теоремы заменой несущей поверхности слоем
дискретных вихрей присоединённых. Изменение интенсивностей присоединённых
вихрей во времени и в пространстве приводит к образованию вихрей свободных,
движущихся в потоке со скоростями частиц среды. Эти вихри сначала движутся по
несущей поверхности, а затем сходят с задней кромки лопасти и образуют вихревую
пелену, форма которой существенно зависит от скорости набегающего на Н. в.
потока. Изменения интенсивности присоединённых вихрей по лопасти и во времени
подбираются из условия, чтобы индуцируемое всеми образовавшимися к данному
моменту вихрями поле скоростей удовлетворяло условиям обтекания лопасти.
Численная реализация процесса построения системы вихрей и определения поля
скоростей обычно ведётся аппроксимацией непрерывных слоев вихрей на лопасти и в
пелене системой дискретных прямолинейных вихревых отрезков. Часто лопасть
изображают всего лишь одним вихрем (схема несущей линии). Вихревой нитью обычно
описывают и сходящую с концевого участка лопасти часть пелены, которая быстро
сворачивается в вихревой жгут (концевой вихрь).
В нелинейной теории Н. в. для построения системы свободных вихрей прослеживают
траектории узловых точек — концов прямолинейных отрезков сетки,
аппроксимирующей вихревую пелену, считая, что в течение короткого промежутка
времени (шага интегрирования по времени) каждая такая точка движется со
скоростью, индуцируемой всеми вихрями, имеющимися к данному моменту в потоке.
При этом длины и направления прямолинейных вихревых отрезков сетки изменяются,
но интенсивность вихрей сохраняется. В линеаризованной теории Н. в. указанные
узловые точки смещают с некоторой постоянной скоростью, приближённо
аппроксимирующей всё поле возмущающих скоростей. Система свободных вихрей имеет
в линейном приближении вид скошенных винтовых поверхностей. На обтекание
лопастей существенно влияют концевые вихри, которые, вновь приближаясь к
лопастям, вызывают резкие изменения аэродинамических сил. Вязкость и
сжимаемость среды обычно учитывают путём обобщения и переноса на элемент
лопасти экспериментальных зависимостей, получаемых в испытаниях стационарных и
колеблющихся крыльев в аэродинамических трубах.
В линейной дисковой вихревой модели Н. в. система свободных вихрей непрерывно
заполняет скошенный цилиндр, идущий от диска винта вниз по потоку. В предельном
случае осевого потока (например, в режиме висения вертолёта) косой вихревой
цилиндр обращается в прямой, рассматривавшийся в вихревой теории винта
Жуковского. В важном для приложений другом предельном случае, когда диск винта
имеет нулевой угол атаки, косой вихревой цилиндр вырождается в плоскую вихревую
пелену, подобную пелене за крылом круглой формы в плане. Поле скоростей косого
вихревого цилиндра удалось найти аналитически. В частности, зависимость между
средними по окружности заданного радиуса циркуляцией скорости и индуктивной
скоростью аналогична получаемой из теории Жуковского. При переходе к средним по
диску величинам результаты дисковой вихревой теории совпадают с результатами,
получаемыми в теории, использующей схему одномерного струйного течения. При
этом обосновывается полученное нестрогим путём Г. Глауэртом соотношение между
постоянной по диску индуктивной скоростью v и тягой винта T:
{{формула}}
где V{{?}} и V{{?}} — нормальная и касательная к плоскости диска составляющие
скорости набегающего потока, R — радиус Н. в., {{?}} — плотность воздуха.
Лит.: Пейн П. Р., Динамика и аэродинамика вертолета, М., 1963; Теория несущего
винта, М., 1973; Вильдгрубе Л. С., Вертолеты. Расчет интегральных
аэродинамических характеристик и летно-технических данных, М., 1977.
В. Э. Баскин, В. П. Нефёдов.
Рис. 1. Шарнирный несущий винт вертолёта: 1 — ось вертикального шарнира; 2 —
осевой шарнир; 3 — палец гребёнки; 4 — лопасть; 5 — гребёнка крепления лопасти;
6 — демпфер; 7 — вал несущего винта; 8 — ось горизонтального шарнира; 9 —
втулка винта.
Рис. 2. Схемы основных сил и углов лопасти шарнирного несущего винта в
равновесном положении: 1 — ось вращения винта; 2 — продольная ось лопасти; 3 —
плоскость вращения; 4 — вал несущего винта; 5 — втулка винта; 6 — направление
вращения винта; 7 — лопасть. NЛ — центробежная сила лопасти; GЛ — вес лопасти;
YЛ — подъёмная сила лопасти; QЛ — аэродинамическое сопротивление лопасти;
{{?}}0 — угол конусности (средний угол взмаха); {{?}}0 — угол отставания
(средний угол качания) лопасти.
неустановившееся течение — то же, что нестационарное течение.
неустойчивость гидродинамическая — физическое явление, заключающееся в
разрушении течения со временем под воздействием случайных малых возмущений.
Математически Н. г. исследуется теми же методами, что и устойчивость
гидродинамическая. С явлением Н. г. приходится встречаться во многих движениях
как идеальной, так и вязкой жидкости.
В идеальной жидкости Н. г. проявляется, например, в течениях с образованием
свободных поверхностей (см. Тангенциальные разрывы), которые разделяют потоки
жидкостей с разными значениями плотности и скорости и которые образуются в
струйных течениях, при обтекании тел с застойной зоной конечной или
полубесконечной протяженности (Гельмгольца — Кирхгофа теория обтекания). Из-за
Н. г. свободные поверхности быстро разрушаются и распадаются на ряд вихрей
разных размеров. Эта особенность поведения свободных поверхностей была известна
уже Г. Гельмеольцу, который заметил, что границы струй, вытекающих из труб,
|
|
