RU2229422C2

RU2229422C2 - Helicopter main rotor

Info

Publication number: RU2229422C2
Application number: RU2001126679/11A
Authority: RU
Inventors: ков Н.В. Земл (RU); Н.В. Земляков
Original assignee: Орловский государственный технический университет
Priority date: 2001-10-01
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2004-05-27

Abstract

FIELD: main rotors of passenger, assault and military helicopters. SUBSTANCE: end fence of each blade is flat; it forms angle of 91 to 115 deg. with leading edge of blade and angle of 90 to 135 deg. with working surface of blade; its height above working surface is 0.5 to 3.5% of main rotor diameter. EFFECT: enhanced efficiency of helicopter main rotor. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике воздушных несущих винтов для вертолетов и может быть использовано на пассажирских, десантно-транспортных и военных вертолетах.The invention relates to techniques for rotors for helicopters and can be used in passenger, airborne transport and military helicopters.

Известные несущие винты для вертолетов выполнены в виде многолопастного осесимметричного устройства. Каждая лопасть несущего винта выполнена в виде плоскопараллельной или плоскопрофильной полосы, установленной под определенным углом к плоскости вращения, что позволяет рабочей поверхности лопасти как наклонной поверхности перемещать массу воздуха от передней кромки к задней, обеспечивая при этом получение реактивной силы, направленной суммарно от всех лопастей вдоль оси вращения винта вверх от земли, и таким образом создавать подъемную силу, обеспечивающую вертикальный подъем, например, двухлопастного вертолета АН-1, "Хью Кобра" [1], или четырехлопастного вертолета AS-32 SUPER PUMA [2], или отечественного вертолета МИ-24 [3].Known rotors for helicopters are made in the form of a multi-blade axisymmetric device. Each rotor blade is made in the form of a plane-parallel or plane-profile strip installed at a certain angle to the plane of rotation, which allows the working surface of the blade as an inclined surface to move a mass of air from the leading edge to the rear, while providing a reactive force directed totally from all the blades along the axis of rotation of the screw up from the ground, and thus create a lifting force that provides vertical lift, for example, a two-bladed helicopter AN-1, "Hugh Cobra" [1], or chetyrehlopastnym helicopter AS-32 SUPER PUMA [2], or domestic MI-24 [3].

Недостатком известных несущих винтов вертолетов [1], [2] и [3] является то, что при вращении винта не используется энергия от центробежной силы. Так как при работе винта воздух не только смещается наклонными рабочими поверхностями лопастей вдоль оси вращения винта, обеспечивая его несущую способность, но и за счет центробежной силы значительная часть воздушной массы из под лопастей винта устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей и срывается с их концевых гребней в окружающее воздушное пространство, перенося в него всю кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы воздуха вдоль лопастей, снижая тем самым и кпд работы винта.A disadvantage of the known rotors of helicopters [1], [2] and [3] is that when the rotor rotates, energy from centrifugal force is not used. Since during the operation of the screw, the air is not only displaced by the inclined working surfaces of the blades along the axis of rotation of the screw, providing its bearing capacity, but also due to centrifugal force, a significant part of the air mass from under the screw blades rushes in the radial direction along the blades and breaks off their end ridges in the surrounding air space, transferring into it all the kinetic energy received during the radial movement of a large mass of air along the blades, thereby reducing the efficiency of the screw.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является несущий винт вертолета МИ-26, десантно-транспортного назначения [4]. Лопасти винта МИ-26, также как и аналогов [1], [2], [3], выполнены плоскими, одна из поверхностей которых рабочая, имеющая с плоскостью вращения острый угол. Форма концевого гребня каждой лопасти близка к прямоугольной. Кроме того, концы лопастей снабжены электрическими фонарями, обеспечивая световой контур диаметра винта, равного 32 м.The closest technical solution, selected as a prototype, is the main rotor of the MI-26 helicopter, airborne transport destination [4]. The MI-26 screw blades, as well as the analogs [1], [2], [3], are made flat, one of the surfaces of which is working, having an acute angle with the plane of rotation. The shape of the end ridge of each blade is close to rectangular. In addition, the ends of the blades are equipped with electric lights, providing a light contour of the diameter of the screw, equal to 32 m

Недостатком такого технического решения является то, что все восемь лопастей МИ-26 не приспособлены для использования той кинетической энергии, которая формируется от перемещения вдоль рабочей поверхности каждой лопасти потока воздуха, создаваемого центробежной силой при вращении винта.The disadvantage of this technical solution is that all eight MI-26 blades are not adapted to use the kinetic energy that is generated from the movement of air flow along the working surface of each blade created by centrifugal force during rotation of the screw.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении коэффициента полезного действия несущего винта.The problem to which the invention is directed, is to increase the efficiency of the rotor.

Это достигается тем, что несущий винт вертолета, выполненный в виде сбалансированных и совмещенных на одной оси одним из двух своих концов, нескольких плоскопрофильных пластинчатых лопастей, имеющих по диаметру винта концевые гребни, передние и задние кромки. Одна из двух поверхностей лопастей - рабочая, имеет острый угол с плоскостью вращения. Концевой гребень каждой лопасти выполнен плоским и имеет загиб в сторону рабочей поверхности на угол α, величиной от 90 до 135°, а максимальная высота концевой кромки этого гребня относительно рабочей поверхности может составлять от 0,5 до 3,5% от величины диаметра винта D. Кроме того, плоскость гребня составляет с прямолинейной передней кромкой лопасти тупой угол β, который может быть от 91 до 115°. При этом максимальная кривизна законцовки гребня смещена в сторону задней кромки лопасти. В данном техническом решении концевой гребень каждой лопасти составляет с ее рабочей поверхностью угол α=90°, а максимальная высота гребня относительно рабочей поверхности составляет 1,5% от величины диаметра винта D. Плоскость гребня составляет с передней кромкой угол β=97°.This is achieved by the fact that the rotor of the helicopter, made in the form of balanced and aligned on one axis with one of its two ends, several plane-profile plate blades having end ridges along the diameter of the screw, leading and trailing edges. One of the two surfaces of the blades is a working one, it has an acute angle with a plane of rotation. The end ridge of each blade is made flat and has a bend towards the working surface at an angle α from 90 to 135 °, and the maximum height of the end edge of this ridge relative to the working surface can be from 0.5 to 3.5% of the screw diameter D . In addition, the plane of the ridge with a rectilinear leading edge of the blade obtuse angle β, which can be from 91 to 115 °. In this case, the maximum curvature of the tip of the ridge is shifted towards the trailing edge of the blade. In this technical solution, the end ridge of each blade makes an angle α = 90 ° with its working surface, and the maximum height of the ridge relative to the working surface is 1.5% of the diameter of the screw D. The plane of the ridge makes an angle β = 97 ° with the leading edge.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид с вырывами четырехлопастного винта сверху. На фиг.2 изображено сечение А-А одной из лопастей. На фиг.3 изображен вид фиг.2 по стрелке Б.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a view with tearing of a four-blade screw from above. Figure 2 shows a section aa of one of the blades. Figure 3 shows a view of figure 2 along arrow B.

Устройство несущего винта выполнено из четырех плоскопрофильных лопастей 1, имеющих рабочую поверхность 2, переднюю кромку 3, заднюю кромку 4, а также направленный в сторону рабочей поверхности концевой гребень 5 с законцовкой 6, максимальная величина которой относительно рабочей поверхности 2 равна Н.The rotor device is made of four plane-profile vanes 1 having a working surface 2, a leading edge 3, a trailing edge 4, and an end ridge 5 with a tip 6 directed toward the working surface, the maximum value of which relative to the working surface 2 is N.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Несущий винт диаметром D при вращении в воздухе обеспечивает перемещение большой массы воздуха к земле, создавая реактивную силу, которая удерживает либо поднимает вертолет. Перемещение воздуха к земле осуществляется с помощью рабочих поверхностей 2 лопастей 1. При этом при быстром вращении винта омывающий его лопасти воздух получает большую величину центробежной силы, которая направлена радиально, вдоль рабочих поверхностей 2 лопастей 1. Значительная масса воздуха, перемещенная центробежной силой вдоль рабочих поверхностей 2 лопастей 1, доходит до гребней 5, изменяя свое направление движения на угол α, и подмешивается к основному потоку воздуха, перемещаемого наклонными рабочими поверхностями 2. При этом ядро радиального потока воздуха из-под каждой лопасти 1 всегда смещается в сторону задней кромки 4, где профиль гребня 5 имеет максимальную высоту Н, что позволяет в большей степени улавливать радиальный поток воздуха, а значит и большую величину кинетической энергии от радиального потока направлять вниз, т.е. подмешивать к основному потоку, увеличивая тем самым тягу винта. Размещение плоскости гребня 5 под углом β к передней кромке 3 позволяет обеспечить минимальное лобовое сопротивление от гребня 5.A rotor with a diameter of D when rotating in air provides the movement of a large mass of air to the ground, creating a reactive force that holds or raises the helicopter. The movement of air to the ground is carried out using the working surfaces of the 2 blades 1. In this case, when the screw rotates rapidly, the air washing the blades receives a large amount of centrifugal force, which is radially directed along the working surfaces of the 2 blades 1. A significant mass of air moved by centrifugal force along the working surfaces 2 blades 1, reaches the ridges 5, changing its direction of motion by the angle α, and mixes with the main stream of air moved by the inclined working surfaces 2. In this case, the core the radial air flow from under each blade 1 always shifts towards the trailing edge 4, where the profile of the ridge 5 has a maximum height H, which makes it possible to capture the radial air flow to a greater extent, and therefore direct a large amount of kinetic energy from the radial flow downward, t .e. mix to the main flow, thereby increasing the thrust of the screw. Placing the plane of the ridge 5 at an angle β to the front edge 3 allows you to provide minimal drag from the ridge 5.

Полезность заявляемого устройства заключается в рациональном использовании кинетической энергии от действия центробежной силы, что обеспечивает увеличение несущей способности винта. Экспериментально-лабораторная проверка модельного варианта двухлопастного винта, при скорости его вращения лишь 950 об/мин показала прирост тяги на 6,4%.The usefulness of the claimed device lies in the rational use of kinetic energy from the action of centrifugal force, which provides an increase in the bearing capacity of the screw. An experimental laboratory test of the model version of the two-bladed propeller, at a speed of rotation of only 950 rpm, showed an increase in traction by 6.4%.

Измерения тяги осуществлялись с помощью дифференциальных весов.Traction measurements were carried out using differential weights.

Источники информацииSources of information

1. Журнал “Моделист-конструктор” № 7, 2001, стр. 24.1. Magazine "Modeller-constructor" No. 7, 2001, p. 24.

2. То же.2. The same.

3. Журнал “Техника молодежи” № 4, 2000, стр. 40.3. The journal "Technology of youth" No. 4, 2000, p. 40.

4. Журнал “Моделист-конструктор” № 8, 1989, стр. 7.4. Magazine “Modeller-constructor” No. 8, 1989, p. 7.

Claims

1. The rotor of the helicopter, made in the form of balanced and aligned on one axis of one of its two ends of several flat-profile plate blades, with screw diameters end ridges, front and rear edges, and one of the two surfaces of the blade is a working one having an acute angle with rotation plane, characterized in that the end ridge of each blade is made flat and has a bend towards the working surface at an angle α, which can be from 90 to 135 °, and the maximum height of the end edge of this ridge is relative but the working surface can be from 0.5 to 3.5% of the diameter of the screw D, in addition, the plane of the ridge with a straight front edge of the blade obtuse angle β, which can be from 91 to 115 °.

2. The screw according to claim 1, characterized in that the end ridge of each blade makes an angle α = 90 ° with its working surface.

3. The screw according to claim 1, characterized in that the maximum height of the ridge relative to the working surface is 1.5% of the diameter of the screw D.

4. The screw according to claim 1, characterized in that the ridge plane makes an angle β = 97 ° with the leading edge.