RU2495794C1 - Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds - Google Patents

Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds Download PDF

Info

Publication number
RU2495794C1
RU2495794C1 RU2012141830/11A RU2012141830A RU2495794C1 RU 2495794 C1 RU2495794 C1 RU 2495794C1 RU 2012141830/11 A RU2012141830/11 A RU 2012141830/11A RU 2012141830 A RU2012141830 A RU 2012141830A RU 2495794 C1 RU2495794 C1 RU 2495794C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vortices
rotor
vortex
inductive
helicopter
Prior art date
Application number
RU2012141830/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Петрович Бутов
Зинаида Семеновна Емельянова
Борис Юрьевич Барсуков
Венер Мансурович Мухаметгареев
Людмила Вениаминовна Фролкина
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова" filed Critical Открытое акционерное общество "Лётно-исследовательский институт имени М.М. Громова"
Priority to RU2012141830/11A priority Critical patent/RU2495794C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2495794C1 publication Critical patent/RU2495794C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to aerodynamics of single-rotor helicopter rotor. Proposed method comprises preliminary flight tests with visualisation of end vortices by smoke provided by smoke generator at flight speeds lower than 0.2 km/h. Note here that video cameras is used to register airflow ram effects at rotor on the side of approach flow at the distance from rotor rotation axis to intersection of end vortices with blade cone in azimuth of 180 degrees. Rotor angle of attack is defined as well as relative speeds of end vortices sweep form rotor blades for preset helicopter speed. Velocity of approach airflow is defined by standard instruments as well as local air speed nearby rotor by air pressure receiver arranged at rotor blade to define the structure and geometry of rotor vortex trace visualised by end vortex smokes and to determine circulation of lengthwise vortices. Then, horizontal components of horizontal inductive speeds nearby helicopter from rotor vortex trace at positive angles of attack at preset points are calculated.
EFFECT: higher validity of determination.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, а именно к области аэродинамики несущего винта (НВ) одновинтового вертолета, в частности, к способу оценки горизонтальных составляющих индуктивных скоростей от вихревого следа винта на малых скоростях полета одновинтового вертолета.The invention relates to aviation, and in particular to the field of rotor aerodynamics (HF) of a single-rotor helicopter, in particular, to a method for evaluating the horizontal components of inductive speeds from a vortex trace of a rotor at low flight speeds of a single-rotor helicopter.

Уровень техники.The level of technology.

Известно, что способы оценки индуктивных скоростей как вблизи несущего винта (НВ), так и на удалении от него базируются на использовании в качестве модели вихревого следа НВ скошенной вихревой колонны, распространяемой на весь диапазон скоростей полета вертолета. Считается, что горизонтальные составляющие индуктивных скоростей будут малой величиной и действовать в сторону незначительного увеличения скорости воздушного потока. Принимая во внимание довольно сложные расчеты индуктивных скоростей как в дисковых, так и в лопастных вихревых теориях, в аэродинамических расчетах вертолетов о горизонтальных составляющих индуктивных скоростей даже не упоминается (М.Л.Миль, А.В.Некрасов, А.С.Браверман и др. « Вертолеты», том 1, Аэродинамика, Машиностроение, 1966 г., стр.211-212, 225-226, 229-230).It is known that methods for estimating inductive velocities both near the rotor (HB) and at a distance from it are based on the use of a beveled vortex column spreading over the entire range of helicopter flight speeds as a model of the HB vortex wake. It is believed that the horizontal components of inductive velocities will be small and act towards a slight increase in air flow rate. Taking into account rather complicated calculations of inductive velocities in both disk and vortex vortex theories, in the aerodynamic calculations of helicopters the horizontal components of inductive speeds are not even mentioned (M.L. Mil, A.V. Nekrasov, A.S. Braverman and other "Helicopters", Volume 1, Aerodynamics, Mechanical Engineering, 1966, pp. 212-212, 225-226, 229-230).

Известен способ оценки поля осредненных индуктивных скоростей несущего винта на малых скоростях полета вертолета, содержащий визуализацию концевых вихрей дымом от генератора дыма, который выпускают из концов лопастей НВ вертолета при полете с относительными скоростями менее 0,2, фиксацию с помощью кинокамеры величины поджатия воздушной струи через НВ со стороны набегающего потока на расстоянии от оси вращения НВ до точки пересечения концевых вихрей с конусом лопастей на азимуте 180°, определение для заданной скорости вертолета относительной скорости сноса концевых вихрей, сходящих с лопастей НВ, определение угла атаки НВ, воздушной скорости набегающего потока по штатным приборам и местной воздушной скорости вблизи НВ с помощью приемника воздушного давления (ПВД), размещенного на его лопасти (см. патент RU 2343441 от 18.07.08).A known method of estimating the field of averaged inductive speeds of the main rotor at low helicopter flight speeds, comprising visualizing the end vortices with smoke from a smoke generator, which is released from the ends of the blades of the helicopter in flight with relative speeds of less than 0.2, fixing the magnitude of the compression of the air stream through the camera HB from the side of the incoming flow at a distance from the axis of rotation of the HB to the point of intersection of the end vortices with the cone of the blades at an azimuth of 180 °, the definition for a given helicopter speed is the rate of demolition of the end vortices descending from the blades of the HB, the determination of the angle of attack of the HB, the air speed of the incoming flow using standard instruments and the local air speed near the HB using an air pressure receiver (LDPE) placed on its blades (see patent RU 2343441 of 18.07 .08).

Однако в указанном способе не проводится оценка горизонтальных составляющих индуктивных скоростей, что снижает точность аэродинамических расчетов вертолета.However, this method does not evaluate the horizontal components of inductive speeds, which reduces the accuracy of the aerodynamic calculations of the helicopter.

Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, который заключается в повышении достоверности оценки горизонтальных составляющих индуктивных скоростей на малых скоростях полета одновинтового вертолета, за счет получения более близкого к действительности распределения индуктивных скоростей по диску НВ.The present invention is aimed at achieving a technical result, which consists in increasing the reliability of the assessment of the horizontal components of inductive speeds at low flight speeds of a single-rotor helicopter, by obtaining a closer to reality distribution of inductive speeds across the HB disk.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

Для получения указанного технического результата в способе оценки горизонтальных составляющих индуктивных скоростей на малых скоростях полета одновинтового вертолета, содержащем предварительные летные испытания с визуализацией концевых вихрей дымом от генератора дыма, который выпускают из концов лопастей вертолета при полете с относительными скоростями менее 0,2 км/ч, фиксацию с помощью кинокамеры величины поджатая воздушной струи через НВ со стороны набегающего потока на расстоянии от оси вращения НВ до точки пересечения концевых вихрей с конусом лопастей на азимуте 180°, определение угла атаки НВ, определение для заданной скорости вертолета относительной скорости сноса концевых вихрей, сходящих с лопастей НВ, определение воздушной скорости набегающего потока по штатным приборам и местной воздушной скорости вблизи НВ с помощью приемника воздушного давления (ПВД), размещенного на его лопасти, определяют структуру и геометрию вихревого следа НВ визуализированных дымом концевых вихрей на лопастях, определяют циркуляцию продольных вихрей по формулеTo obtain the specified technical result in a method for evaluating the horizontal components of inductive speeds at low flight speeds of a single-rotor helicopter, containing preliminary flight tests with visualization of the end vortices by smoke from a smoke generator, which is released from the ends of the helicopter blades when flying with relative speeds of less than 0.2 km / h , fixing with the help of a movie camera the amount of compressed air stream through the HB from the side of the incoming flow at a distance from the axis of rotation of the HB to the point of intersection of the end Ihrei with a cone of blades at an azimuth of 180 °, determining the angle of attack of HB, determining for a given helicopter speed the relative speed of drift of the end vortices coming from the blades of HB, determining the air speed of the incoming flow using standard instruments and local air speed near the HB using an air pressure receiver ( LDPE) placed on its blades, determine the structure and geometry of the vortex wake of the HB visualized by the end vortices on the blades by smoke, determine the circulation of longitudinal vortices by the formula

Г о = С т ω R 2 ( 1 r ¯ x ) / 2 V ¯ x c н , м 2 / с , ( 1 )

Figure 00000001
G about = FROM t ω R 2 ( one - r ¯ x ) / 2 V ¯ x c n , m 2 / from , ( one )
Figure 00000001

где Ст - коэффициент тяги НВ;where St is the thrust coefficient of HB;

ω - угловая скорость вращения НВ;ω is the angular velocity of rotation of the HB;

R - радиус несущего винта.R is the radius of the rotor.

r ¯ x = r x / R

Figure 00000002
- относительный радиус, характеризующий величину поджатия воздушной струи через НВ со стороны набегающего воздушного потока на расстоянии от оси вращения НВ до точки пересечения концевых вихрей с конусом лопастей на азимуте 180°; r ¯ x = r x / R
Figure 00000002
- the relative radius characterizing the amount of preload of the air stream through the HB from the side of the incoming air flow at a distance from the axis of rotation of the HB to the point of intersection of the end vortices with the cone of the blades at an azimuth of 180 °;

V ¯ x с н = V x c н / ω R

Figure 00000003
- относительная скорость сноса концевых вихрей, находящихся над лопастями НВ вдоль оси X; V ¯ x from n = V x c n / ω R
Figure 00000003
- the relative drift velocity of the end vortices located above the blades of the HB along the X axis;

Vxсн - скорость сноса концевых вихрей, м/с;V x sn - the drift velocity of the end vortices, m / s;

затем определяют циркуляцию концевых вихрей по формулеthen determine the circulation of the end vortices by the formula

Г в = С т ω R 2 π / K , м 2 / с , ( 2 )

Figure 00000004
G at = FROM t ω R 2 π / K , m 2 / from , ( 2 )
Figure 00000004

где Гв - циркуляция концевых вихрей, м2/с;where GW is the circulation of the end vortices, m 2 / s;

К - количество лопастей НВ.To - the number of blades HB.

Производят на заданном режиме полета оценочный расчет горизонтальных составляющих индуктивных скоростей вблизи вертолета от вихревого следа НВ при положительных углах атаки в заданных точках по формулеAn estimated calculation of the horizontal components of the inductive speeds near the helicopter from the HB vortex wake at positive angles of attack at given points using the formula

υ * = Г о 4 π r o ( Z 01 r 0 2 + Z 01 2 Z 02 r 0 2 + Z 02 2 ) sin φ 0 + i = 1 n Г в 4 π r i ( Z i 1 r i 2 + Z i 1 2 Z i 2 r i 2 + Z i 2 2 ) sin φ i ( 3 )

Figure 00000005
υ * = G about four π r o ( Z 01 r 0 2 + Z 01 2 - Z 02 r 0 2 + Z 02 2 ) sin φ 0 + i = one n G at four π r i ( Z i one r i 2 + Z i one 2 - Z i 2 r i 2 + Z i 2 2 ) sin φ i ( 3 )
Figure 00000005

где υ* - суммарная горизонтальная составляющая индуктивной скорости от передней части продольных вихрей, передних и задних частей концевых вихрей, м/с; υ * = υ o * + i = 1 n υ i * ;

Figure 00000006
where υ * is the total horizontal component of the inductive velocity from the front of the longitudinal vortices, the front and rear parts of the end vortices, m / s; υ * = υ o * + i = one n υ i * ;
Figure 00000006

n - количество концевых вихрей, учитываемых в расчете;n is the number of end vortices taken into account in the calculation;

r0 - кратчайшее расстояние от точки расчета до передней части продольных вихрей, м;r 0 is the shortest distance from the calculation point to the front of the longitudinal vortices, m;

ri - кратчайшее расстояние от точки расчета до принятого прямолинейным концевого вихря, м;r i is the shortest distance from the calculation point to the straight vortex end vortex, m;

Z01 - расстояние от основания перпендикуляра, опущенного из точки расчета на ось передней части продольного вихря, до первого конца вихря, м;Z 01 - the distance from the base of the perpendicular, omitted from the calculation point on the axis of the front of the longitudinal vortex, to the first end of the vortex, m;

Z02 - расстояние от основания перпендикуляра, опущенного из точки расчета на ось передней части продольного вихря, до второго конца вихря, величина Z02 берется со знаком минус, когда концы вихря лежат по разные стороны от основания перпендикуляра;Z 02 - the distance from the base of the perpendicular, omitted from the calculation point on the axis of the front of the longitudinal vortex, to the second end of the vortex, the value Z 02 is taken with a minus sign when the ends of the vortex lie on opposite sides from the base of the perpendicular;

Zi1 и Zi2 - расстояния от основания перпендикуляра до концов концевых вихрей аналогично Z01 и Z02, м;Z i1 and Z i2 are the distances from the base of the perpendicular to the ends of the end vortices, similar to Z 01 and Z 02 , m;

φ0, φi - углы между перпендикуляром, опущенным из точки расчета на ось передней части продольного вихря или ось концевых вихрей, и горизонталью, град.φ 0 , φ i are the angles between the perpendicular dropped from the calculation point to the axis of the front of the longitudinal vortex or the axis of the end vortices, and the horizontal, deg.

Определяют местную воздушную скорость V* с учетом суммарной горизонтальной составляющей индуктивной скорости υ* в заданных точках по оси Z по формулеThe local air speed V * is determined taking into account the total horizontal component of the inductive speed υ * at given points along the Z axis according to the formula

V * = V cos α 3,6 υ * , ( 4 )

Figure 00000007
V * = V cos α - 3.6 υ * , ( four )
Figure 00000007

где V - воздушная скорость вертолета, км/ч, зафиксированная в полете, α - угол атаки НВ.where V is the air speed of the helicopter, km / h, recorded in flight, α is the angle of attack of the HB.

Горизонтальные составляющие индуктивных скоростей, рассчитанные в заданных точках, используют для расчета предварительных аэродинамических характеристик вертолета и при разработке сигнализирующих устройств приближения к зоне режимов «вихревого кольца» на предпосадочных маневрах вертолетной техники.The horizontal components of inductive velocities calculated at given points are used to calculate the preliminary aerodynamic characteristics of the helicopter and to develop signaling devices for approaching the zone of “vortex ring” modes on preplant helicopter maneuvers.

Предлагаемый способ поясняется на фиг.1-4.The proposed method is illustrated in figures 1-4.

На фиг.1 приведена схема модели вихревого следа в режиме торможения одновинтового вертолета (вид сбоку), по которой осуществляют расчет горизонтальной составляющей индуктивной скорости вблизи НВ при горизонтальном торможении в фиксированный момент времени (воздушная скорость вертолета V=49 км/ч, угол атаки φ=5,6°, Ст=0,0108), Figure 1 shows a model vortex wake model in the braking mode of a single-rotor helicopter (side view), which calculates the horizontal component of the inductive speed near the HB with horizontal braking at a fixed point in time (helicopter air speed V = 49 km / h, angle of attack φ = 5.6 °, St = 0.0108),

где (1) - передняя часть продольных П-образных вихрей после аппроксимации, (2) - концевой вихрь, (3) - набегающий воздушный поток, (4) - лопасть несущего винта, (5) - горизонтальная составляющая индуктивной скорости от передней части продольных вихрей, (6) - несколько размытая передняя часть концевого вихря, (7) - траектория движения частично размытых передних концевых вихрей после отделения от продольных вихрей, (8) - задняя часть концевых вихрей.where (1) is the front part of the longitudinal U-shaped vortices after approximation, (2) is the end vortex, (3) is the incoming air flow, (4) is the rotor blade, (5) is the horizontal component of the inductive speed from the front of the longitudinal vortices, (6) - slightly blurred front part of the end vortex, (7) - trajectory of partially blurred front end vortices after separation from longitudinal vortices, (8) - rear part of the end vortices.

На фиг.2 приведена схема модели вихревого следа в режиме торможения (вид сверху) с аппроксимированными продольными П-образными вихрями (1), где (6) - несколько размытые передние части концевых вихрей, (9) - продольные П-образные вихри после аппроксимации.Figure 2 shows a model diagram of a vortex wake in braking mode (top view) with approximated longitudinal U-shaped vortices (1), where (6) are slightly blurred front parts of the end vortices, (9) are longitudinal U-shaped vortices after approximation .

На фиг.3 приведена зависимость суммарных горизонтальных составляющих индуктивных скоростей по оси Z вдоль оси X в плоскости расположения ПВД измерителя малой скорости (ИМС), где (10) - расчетные значения суммарных горизонтальных составляющих индуктивных скоростей.Figure 3 shows the dependence of the total horizontal components of the inductive velocities along the Z axis along the X axis in the plane of the LDPE of the low speed meter (IMS), where (10) are the calculated values of the total horizontal components of the inductive speeds.

На фиг.4 приведена зависимость расчетных значений местных воздушных скоростей по оси Z вдоль оси X в плоскости расположения ПВД ИМС,Figure 4 shows the dependence of the calculated values of local air speeds along the Z axis along the X axis in the plane of the location of the LDPE IC,

где (11) - расчетное значение местных воздушных скоростей V*,where (11) is the estimated value of local air speeds V *,

(12) - местная воздушная скорость Vимс вблизи НВ, зафиксированная в полете прибором ИМС.(12) - local airspeed Vims near the NV recorded in flight by the IC device.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Для оценки горизонтальных составляющих индуктивных скоростей на малых скоростях одновинтового вертолета на интересующих режимах в предварительных летных испытаниях визуализируют концевые вихри дымом от генератора дыма, который выпускают из концов лопастей вертолета при полете с относительными скоростями менее 0,2 км/ч, фиксируют с помощью кинокамеры величины поджатая воздушной струи через НВ со стороны набегающего потока на расстоянии от оси вращения НВ до точки пересечения концевых вихрей с конусом лопастей на азимуте 180°, определяют угол атаки НВ, воздушную скорость набегающего потока по штатным приборам и местную воздушную скорость вблизи НВ с помощью приемника воздушного давления (ПВД), размещенного на его лопасти. По материалам визуализации концевых вихрей в оценочных расчетах используют упрощенную вихревую модель, в то же время максимально приближенную к реальному вихревому следу (фиг.1 и 2), что позволяет существенно повысить достоверность и точность определения горизонтальных составляющих индуктивных скоростей. Основу этой модели составляют два симметричных продольных вихря, замыкающихся видимыми концевыми вихрями, находящимися над лопастями на значительном удалении от них (фиг.1 и 2). Продольные вихри дополняют не завязанные с ними передние и задние части концевых вихрей, которые совместно с передней частью продольных вихрей и создают горизонтальную составляющую индуктивной скорости вдоль оси X. Длина передней части продольных П-образных вихрей (фиг.2) после аппроксимации принималась равной 1,6 от диаметра НВ (1,6Д). Передние части концевых вихрей, несколько размытые в результате взаимодействия между собой после отделения от продольных вихрей, принимались прямолинейными и симметричными относительно оси X, так же как и задние части концевых вихрей. Затем для оценки индуктивных скоростей производят расчет в земных координатах по формуле Био-Савара в заданных точках, приведенной в формуле (3).To evaluate the horizontal components of inductive speeds at low speeds of a single-rotor helicopter in the modes of interest in preliminary flight tests, visualize end vortices with smoke from a smoke generator, which is released from the ends of the helicopter blades during flight with relative speeds of less than 0.2 km / h, and values are recorded using a movie camera preloaded air stream through the HB from the side of the incoming flow at a distance from the axis of rotation of the HB to the point of intersection of the end vortices with the cone of the blades at an azimuth of 180 °, I determine t is the angle of attack of the airborne forces, the air speed of the free stream over standard devices and the local airspeed near the airwaves using an air pressure detector (LDPE) located on its blades. Based on the visualization data of the end vortices, a simplified vortex model is used in the estimation calculations, at the same time as close as possible to the real vortex wake (Figs. 1 and 2), which can significantly increase the reliability and accuracy of determining the horizontal components of inductive velocities. The basis of this model is composed of two symmetric longitudinal vortices, closed by visible end vortices located above the blades at a considerable distance from them (Figs. 1 and 2). The longitudinal vortices complement the front and rear parts of the end vortices that are not tied to them, which, together with the front part of the longitudinal vortices, create the horizontal component of the inductive velocity along the X axis. The length of the front of the longitudinal U-shaped vortices (Fig. 2) after approximation was taken to be 1, 6 from the diameter of the HB (1.6D). The front parts of the end vortices, somewhat blurred as a result of interaction between themselves after separation from the longitudinal vortices, were assumed to be rectilinear and symmetric about the X axis, as well as the rear parts of the end vortices. Then, to estimate the inductive velocities, the calculation is made in Earth coordinates according to the Bio-Savart formula at given points given in formula (3).

Пример.Example.

Зафиксированное в аэродинамике явление влияния вихревого следа НВ на малых скоростях на местные воздушные скорости вблизи его лопастей определяют с помощью расчета индуктивных скоростей и особенно на предпосадочных маневрах. В предварительных летных испытаниях измерителем малой скорости (ИМС) с ПВД на лопасти замеряли местные воздушные скорости вблизи НВ. По материалам визуализации концевых вихрей при горизонтальном торможении вертолета Ми-8 в оценочных расчетах использовали упрощенную вихревую модель, основу которой составляют два симметричных продольных вихря, замыкающихся видимыми концевыми вихрями, находящимися над лопастями (фиг.1 и 2). Продольные вихри дополняют не завязанные с ними передние и задние части концевых вихрей, которые совместно с передней частью продольных вихрей и создают суммарную горизонтальную составляющую индуктивной скорости вдоль оси X. Длина передней части продольных П-образных вихрей после аппроксимации принималась равной 1,6Д от диаметра НВ (фиг.2). Передние части концевых вихрей, несколько размытые в результате взаимодействия между собой после отделения от продольных вихрей, принимались прямолинейными и симметричными относительно оси X длиной 2,5 м, так же как и задние части концевых вихрей.The phenomenon of the influence of a low-velocity vortex wake at low speeds on local air speeds near its blades, recorded in aerodynamics, is determined by calculating inductive speeds and especially on pre-landing maneuvers. In preliminary flight tests, a low-speed meter (IC) with LDPE on the blades measured local air speeds near the HB. Based on the visualization of the end vortices during horizontal braking of the Mi-8 helicopter, a simplified vortex model was used in the estimation calculations, the basis of which is two symmetric longitudinal vortices, which are closed by visible end vortices located above the blades (Figs. 1 and 2). The longitudinal vortices complement the front and rear parts of the end vortices that are not tied to them, which together with the front part of the longitudinal vortices create the total horizontal component of the inductive velocity along the X axis. The length of the front part of the longitudinal U-shaped vortices after approximation was assumed to be 1.6D of the diameter of the HB (figure 2). The front parts of the end vortices, somewhat blurred as a result of interaction between themselves after separation from the longitudinal vortices, were assumed to be rectilinear and symmetrical with respect to the X axis 2.5 m long, as well as the rear parts of the end vortices.

Определение суммарных горизонтальных составляющих индуктивных скоростей производится в земных координатах с использованием формулы Био-Савара в заданных точках вдоль оси Z в горизонтальной плоскости расположения ПВД измерителя малой скорости вертолета по формулам (1, 2 и 3). Определяют местную воздушную скорость V* с учетом суммарной горизонтальной составляющей индуктивной скорости υ* в заданных точках по оси Z (фиг.3), по формулеThe total horizontal components of inductive speeds are determined in Earth coordinates using the Bio-Savard formula at given points along the Z axis in the horizontal plane of the LDPE of the low-speed helicopter meter using the formulas (1, 2 and 3). The local air speed V * is determined taking into account the total horizontal component of the inductive speed υ * at given points along the Z axis (Fig. 3), by the formula

V * = V cos α 3,6 υ * , ( 4 )

Figure 00000007
V * = V cos α - 3.6 υ * , ( four )
Figure 00000007

где V - воздушная скорость вертолета, зафиксированная в полете, км/ч, α - угол атаки НВ.where V is the air speed of the helicopter recorded in flight, km / h, α is the angle of attack of the HB.

Расчетное значение воздушной скорости в месте расположения ПВД на лопасти НВ по оси Z удовлетворительно согласуется с ее значением, замеренным ИМС Vимс в летных испытаниях - (12) (фиг. 4), что свидетельствует о приемлемой точности расчетов суммарных горизонтальных составляющих индуктивных скоростей.The calculated value of the air velocity at the location of the LDPE on the NV blades along the Z axis is in satisfactory agreement with its value measured by IC Vims in flight tests - (12) (Fig. 4), which indicates the acceptable accuracy of calculating the total horizontal components of inductive speeds.

Предлагаемый способ определения горизонтальных составляющих индуктивных скоростей на малых скоростях полета одновинтового вертолета позволяет существенно повысить точность определения индуктивных скоростей и уточнить методику аэродинамических расчетов вертолетов.The proposed method for determining the horizontal components of inductive speeds at low flight speeds of a single-rotor helicopter can significantly improve the accuracy of determining inductive speeds and clarify the method of aerodynamic calculations of helicopters.

Claims (2)

1. Способ оценки горизонтальных составляющих индуктивных скоростей на малых скоростях полета одновинтового вертолета, содержащий предварительные летные испытания с визуализацией концевых вихрей дымом от генератора дыма, который выпускают из концов лопастей вертолета при полете с относительными скоростями менее 0,2 км/ч, фиксацию с помощью кинокамеры величины поджатия воздушной струи через НВ со стороны набегающего потока на расстоянии от оси вращения НВ до точки пересечения концевых вихрей с конусом лопастей на азимуте 180°, определение угла атаки НВ, определение для заданной скорости вертолета относительной скорости сноса концевых вихрей, сходящих с лопастей НВ, определение воздушной скорости набегающего потока по штатным приборам и местной воздушной скорости вблизи НВ с помощью приемника воздушного давления (ПВД), размещенного на его лопасти, отличающийся тем, что определяют структуру и геометрию вихревого следа НВ, визуализированные дымом концевых вихрей на лопастях, определяют циркуляцию продольных вихрей по формуле
Г о = С т ω R 2 ( 1 r ¯ x ) / 2 V ¯ x c н ,   м 2 / с , ( 1 )
Figure 00000008

где Ст - коэффициент тяги НВ;
ω - угловая скорость вращения НВ;
R - радиус несущего винта;
r ¯ x = r x / R
Figure 00000002
- относительный радиус, характеризующий величину поджатия воздушной струи через НВ со стороны набегающего воздушного потока;
V ¯ x с н = V x c н / ω R
Figure 00000003
- относительная скорость сноса концевых вихрей, находящихся над лопастями НВ вдоль оси X;
Vxсн - скорость сноса концевых вихрей, м/с,
затем определяют циркуляцию концевых вихрей по формуле
Г в = С т ω R 2 π / K ,   м 2 / с , ( 2 )
Figure 00000009

где Гв - циркуляция концевых вихрей;
К - количество лопастей,
производят на заданном режиме полета оценочный расчет горизонтальных составляющих индуктивных скоростей вблизи вертолета от вихревого следа НВ при положительных углах атаки в заданных точках по формуле
υ * = Г о 4 π r o ( Z 01 r 0 2 + Z 01 2 Z 02 r 0 2 + Z 02 2 ) sin ϕ 0 + i = 1 n Г в 4 π r i ( Z i 1 r i 2 + Z i 1 2 Z i 2 r i 2 + Z i 2 2 ) sin ϕ i ( 3 )
Figure 00000010

где υ* - суммарная горизонтальная составляющая индуктивной скорости от передней части продольных вихрей, передних и задних частей концевых вихрей, м/с,
υ * = υ 0 * + i = 1 n υ i * ,
Figure 00000011

n - количество концевых вихрей, учитываемых в расчете;
r0 - кратчайшее расстояние от точки расчета до передней части продольных вихрей, м;
ri - кратчайшее расстояние от точки расчета до принятого прямолинейным концевого вихря, м;
Z01 - расстояние от основания перпендикуляра, опущенного из точки расчета на ось передней части продольного вихря, до первого конца вихря, м;
Z02 - paccтoяниe от основания перпендикуляра, опущенного из точки расчета на ось передней части продольного вихря, до второго конца вихря, величина Z02 берется со знаком минус, когда концы вихря лежат по разные стороны от основания перпендикуляра;
Zi1 и Zi2 - расстояния от основания перпендикуляра до концов концевых вихрей аналогично Z01 и Z02, м;
φ0, φi - углы между перпендикуляром, опущенным из точки расчета на ось передней части продольного вихря или ось концевых вихрей, и горизонталью, град.
1. A method for evaluating the horizontal components of inductive speeds at low flight speeds of a single-rotor helicopter, comprising preliminary flight tests with visualization of the end vortices by smoke from a smoke generator, which is released from the ends of the helicopter blades when flying with relative speeds of less than 0.2 km / h, fixing using movie cameras of the amount of preload of the air stream through the HB from the side of the incoming flow at a distance from the axis of rotation of the HB to the point of intersection of the end vortices with the cone of the blades at an azimuth of 180 °, angle of attack of NV, determining for a given helicopter speed the relative speed of drift of the end vortices descending from the blades of the NV, determining the air speed of the incoming flow using standard instruments and local air speed near the NV using an air pressure receiver (LDPE) placed on its blades, characterized in that determine the structure and geometry of the HB vortex wake, visualized by the smoke of the end vortices on the blades, determine the circulation of longitudinal vortices by the formula
G about = FROM t ω R 2 ( one - r ¯ x ) / 2 V ¯ x c n , m 2 / from , ( one )
Figure 00000008

where St is the thrust coefficient of HB;
ω is the angular velocity of rotation of the HB;
R is the radius of the rotor;
r ¯ x = r x / R
Figure 00000002
 - the relative radius characterizing the amount of preload of the air stream through the HB from the side of the incoming air flow;
V ¯ x from n = V x c n / ω R
Figure 00000003
 - the relative speed of the drift of the end vortices located above the blades of the HB along the X axis;
Vxsn - the speed of the drift of the end vortices, m / s,
then determine the circulation of the end vortices by the formula
G at = FROM t ω R 2 π / K , m 2 / from , ( 2 )
Figure 00000009

where GW is the circulation of the end vortices;
K is the number of blades
at a given flight mode, an estimated calculation of the horizontal components of the inductive velocities near the helicopter from the HB vortex wake at positive angles of attack at given points by the formula
υ * = G about four π r o ( Z 01 r 0 2 + Z 01 2 - Z 02 r 0 2 + Z 02 2 ) sin ϕ 0 + i = one n G at four π r i ( Z i one r i 2 + Z i one 2 - Z i 2 r i 2 + Z i 2 2 ) sin ϕ i ( 3 )
Figure 00000010

where υ * is the total horizontal component of the inductive velocity from the front of the longitudinal vortices, the front and rear parts of the end vortices, m / s,
υ * = υ 0 * + i = one n υ i * ,
Figure 00000011

n is the number of end vortices taken into account in the calculation;
r0 - the shortest distance from the calculation point to the front of the longitudinal vortices, m;
ri - the shortest distance from the calculation point to the straight vortex end vortex, m;
Z01 - the distance from the base of the perpendicular, omitted from the calculation point on the axis of the front of the longitudinal vortex, to the first end of the vortex, m;
Z02 - the distance from the base of the perpendicular, omitted from the calculation point on the axis of the front of the longitudinal vortex, to the second end of the vortex, value Z02 it is taken with a minus sign when the ends of the vortex lie on different sides from the base of the perpendicular;
Zi1 and Zi2 - the distance from the base of the perpendicular to the ends of the end vortices is similar to Z01 and Z02, m;
φ0, φi - the angles between the perpendicular dropped from the calculation point to the axis of the front of the longitudinal vortex or the axis of the end vortices, and the horizontal, deg.
2. Способ оценки горизонтальных составляющих индуктивных скоростей на малых скоростях полета одновинтового вертолета по п.1, отличающийся тем, что местную воздушную скорость V* определяют с учетом суммарной горизонтальной составляющей индуктивной скорости υ* в заданных точках по оси Z по формуле
V * = V cos α 3,6 υ * ( 4 )
Figure 00000012

где V - воздушная скорость вертолета, км/ч, зафиксированная в полете, α - угол атаки НВ.
2. The method for evaluating the horizontal components of inductive speeds at low flight speeds of a single-rotor helicopter according to claim 1, characterized in that the local air speed V * is determined taking into account the total horizontal component of the inductive speed υ * at given points along the Z axis according to the formula
V * = V cos α - 3.6 υ * ( four )
Figure 00000012

where V is the air speed of the helicopter, km / h, recorded in flight, α is the angle of attack of the HB.
RU2012141830/11A 2012-10-02 2012-10-02 Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds RU2495794C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012141830/11A RU2495794C1 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012141830/11A RU2495794C1 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2495794C1 true RU2495794C1 (en) 2013-10-20

Family

ID=49357137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012141830/11A RU2495794C1 (en) 2012-10-02 2012-10-02 Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2495794C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2782038C1 (en) * 2022-03-18 2022-10-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for preventing spontaneous rotation of a helicopter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2343441C1 (en) * 2007-06-06 2009-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Estimation method of averaged induced rotor speed field in low-speed helicopter flight
US20090089006A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-02 Eurocopter Method and a device for detecting and signaling that a rotorcraft is approaching the vortex domain

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2343441C1 (en) * 2007-06-06 2009-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Летно-исследовательский институт имени М.М. Громова" Estimation method of averaged induced rotor speed field in low-speed helicopter flight
US20090089006A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-02 Eurocopter Method and a device for detecting and signaling that a rotorcraft is approaching the vortex domain

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
М.Л.МИЛЬ и др. "ВЕРТОЛЕТЫ. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ". - М.: изд. "Машиностроение", 1966, кн.1, с.211-230. *
М.Л.МИЛЬ и др. "ВЕРТОЛЕТЫ. РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ". - М.: изд. "Машиностроение", 1966, кн.1, с.211-230. У.ДЖОНСОН "ТЕОРИЯ ВЕРТОЛЕТА". - М.: изд. "Мир", 1983, т.1, с.138-147. *
У.ДЖОНСОН "ТЕОРИЯ ВЕРТОЛЕТА". - М.: изд. "Мир", 1983, т.1, с.138-147. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2782038C1 (en) * 2022-03-18 2022-10-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Method for preventing spontaneous rotation of a helicopter
RU2782807C1 (en) * 2022-03-18 2022-11-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук System for warning the pilot about the occurrence of an unintentional turn to the left of a single-rotor helicopter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9007570B1 (en) Airborne wind profiling algorithm for Doppler Wind LIDAR
US20170248700A1 (en) Enhanced lidar air data using supplementary sensor outputs
CN106706566B (en) A kind of calculation method of laser radar detection SEQUENCING VERTICAL visibility
Hallermeyer et al. Development and assessment of a wake vortex characterization algorithm based on a hybrid LIDAR signal processing
Tsuji et al. Development of aerial space time volume velocimetry for measuring surface velocity vector distribution from uav
Rovere et al. Safety analysis of rotors in ground effect
RU2495794C1 (en) Method of estimating horizontal components of inductive velocities at single-rotor helicopter low flight speeds
Ramasamy et al. Turbulent tip vortex measurements using dual-plane stereoscopic particle image velocimetry
US20090326824A1 (en) Method and device for the autonomous determination of wind speed vector
JP2010190772A (en) Wake turbulence detector
Ott et al. An experimental test of Corrsin's conjecture and some related ideas
RU2486596C1 (en) Method of determining and indicating rotor approximation to vortex ring conditions at single-rotor helicopter pre-landing maneuvers
Herry Aerodynamic study of a 3D backward facing double step applied to safer launch and recovery of helicopters on ships
US20140247441A1 (en) Method for estimating the transverse component of the velocity of the air in a doppler lidar measurement
Hance Effects of body shapes on rotor in-ground-effect aerodynamics
Bao et al. Experimental study on controlling wake vortex in water towing tank
Bailey et al. Measurement of high Reynolds number turbulence in the atmospheric boundary layer using unmanned aerial vehicles
RU2343441C1 (en) Estimation method of averaged induced rotor speed field in low-speed helicopter flight
Brauneck et al. Surface flow velocity measurements from UAV-based videos
Elsayed et al. Evolution of NACA23012 wake vortices structure using PIV
Rauleder et al. Measurements of the turbulent flow environment on the ground below a hovering rotor
Roosenboom et al. Qualitative investigation of a propeller slipstream with background oriented Schlieren
Frej Vittale et al. A methodology for the identification and mapping of high altitude aircraft wake vortices
US20220413158A1 (en) Method for processing telemetry data for estimating a wind speed
Yorozuya et al. Bed-load discharge measurement by ADCP in actual rivers

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151003