RU2789094C1 - Airfoil of the carrier element of an aerial vehicle - Google Patents
Airfoil of the carrier element of an aerial vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789094C1 RU2789094C1 RU2022103919A RU2022103919A RU2789094C1 RU 2789094 C1 RU2789094 C1 RU 2789094C1 RU 2022103919 A RU2022103919 A RU 2022103919A RU 2022103919 A RU2022103919 A RU 2022103919A RU 2789094 C1 RU2789094 C1 RU 2789094C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- profile
- contour
- chord
- airfoil
- trailing edge
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к авиации и может быть использовано при проектировании лопастей несущего и рулевого винтов винтокрылых летательных аппаратов.The invention relates to aviation and can be used in the design of the blades of the main and tail propellers of rotary-wing aircraft.
Известно достаточно большое количество аэродинамических профилей, аналогичных предлагаемому по структуре и назначению [см. патенты ЦАГИ RU 2098321, публ. 10.12.1997 г., RU 2123453, публ. 20.12.1998 г., RU 2145293, публ. 10.02.2000., 10385 публ. 16.07.1999].A sufficiently large number of aerodynamic profiles are known, similar to the proposed structure and purpose [see. TsAGI patents RU 2098321, publ. December 10, 1997, RU 2123453, publ. December 20, 1998, RU 2145293, publ. 02/10/2000., 10385 publ. July 16, 1999].
Недостатками большинства известных вертолетных профилей, является отсутствие математически гладкой аналитической образующей, что является следствием экспериментального метода их проектирования. В связи с этим в рамках данного изобретения была предпринята попытка построения всех элементов вертолетного профиля на основе использования единого комплексного математического алгоритма. Такой подход к проектированию профиля позволил добиться математической гладкости его образующей и, как следствие, безотрывного обтекания в широком диапазоне углов атаки в диапазоне актуальных для винтокрылых аппаратов числе Маха 0.3<=М<=0.8. Возможность использования аэродинамического профиля в широком диапазоне углов атаки позволит добиться высоких значений тяги несущего винта вертолета при относительно небольших его габаритах, что особенно важно при проектировании легких вертолетов.The disadvantages of most of the known helicopter airfoils is the absence of a mathematically smooth analytical generatrix, which is a consequence of the experimental method of their design. In this regard, within the framework of this invention, an attempt was made to construct all elements of the helicopter profile based on the use of a single complex mathematical algorithm. Such an approach to airfoil design made it possible to achieve mathematical smoothness of its generatrix and, as a result, unseparated flow over a wide range of angles of attack in the range of actual for rotorcraft Mach numbers 0.3<=M<=0.8. The possibility of using an airfoil in a wide range of angles of attack will make it possible to achieve high values of helicopter main rotor thrust with its relatively small dimensions, which is especially important when designing light helicopters.
Наиболее близким к изобретению (прототипом) является широко известный аэродинамический профиль NACA 23012 (4.3 книги "Вертолеты. Расчет и проектирование". - М.: Машиностроение, 1966), контур которого образован наложением гладкого контура симметричного профиля NACA-0012, описываемого дробно-степенным полиномом, на среднюю линию (по нормали к ней), составленную из носовой части - кубической параболы и хвостовой прямолинейной части, состыкованных без излома и разрыва кривизны контура (NACA Report, N 824, 1945, с. 101, 146). Полученная таким образом форма контура профиля-прототипа определяет его аэродинамические характеристики при обтекании воздушным потоком.The closest to the invention (prototype) is the well-known airfoil NACA 23012 (4.3 of the book "Helicopters. Calculation and design". - M.: Mashinostroenie, 1966), the contour of which is formed by imposing a smooth contour of the symmetrical profile NACA-0012, described by a fractional-power polynomial, to the midline (along the normal to it), composed of the nose - a cubic parabola and the tail of a rectilinear part, docked without a break and a break in the curvature of the contour (NACA Report, N 824, 1945, pp. 101, 146). The contour shape of the prototype profile obtained in this way determines its aerodynamic characteristics when flowing around with air flow.
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известного аэродинамического профиля NACA 23012 являются относительно малые значения аэродинамического качества при числе Маха набегающего потока М=0,5-0,65, недостаточно высокая несущая способность Cymax при М=0,3-0,5; сравнительно низкие величины критических значений чисел М начала роста сопротивления профиля в рабочем диапазоне его нагружений 0,2<CY(М)<CYmax (для средних сечений лопастей несущих винтов вертолетов) в крейсерском полете; переменное по значениям числа М положение аэродинамического фокуса Xf. Эти особенности очень сильно ограничивают возможность использования данного профиля при проектировании несущих винтов современных вертолетов.The reason that prevents obtaining the technical result indicated below when using the known NACA 23012 airfoil is the relatively small values of the aerodynamic quality at the Mach number of the oncoming flow M=0.5-0.65, insufficiently high bearing capacity Cymax at M=0.3-0, 5; relatively low values of critical values of numbers M of the beginning of the growth of profile resistance in the operating range of its loading 0.2<C Y (M)<C Ymax (for the average sections of the rotor blades of helicopters) in cruising flight; variable according to the values of the number M, the position of the aerodynamic focus X f . These features greatly limit the possibility of using this profile in the design of rotors of modern helicopters.
Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.
Задачей изобретения является создание вертолетного аэродинамического профиля с математически гладкой образующей, позволяющей обеспечить высокие несущие свойства и аэродинамическое качество в широком диапазоне углов атаки при числах Маха М=0,5-0,8. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в более высоком, по сравнению с прототипом NACA 23012, аэродинамическом качестве при более высоких значениях коэффициента подъемной силы Суа при числах Маха М=0,5-0,8.The objective of the invention is to create a helicopter airfoil with a mathematically smooth generatrix, allowing to provide high bearing properties and lift-to-drag ratio in a wide range of angles of attack at Mach numbers M=0.5-0.8. The technical result obtained in the implementation of the invention is expressed in a higher, compared with the prototype NACA 23012, aerodynamic quality with higher values of the lift coefficient Sua at Mach numbers M=0.5-0.8.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном профиле NACA 23012, содержащем верхнюю поверхность, нижнюю поверхность и затупленную заднюю кромку, согласно изобретению модифицируется форма верхней и нижней поверхности и кроме того, затупленная задняя кромка заменяется тонкую хвостовую часть в виде пластинки с толщиной равной толщине задней кромки профиля, которая выступает за пределы хорды на 0,06В, причем угол, который составляет пластинка с хордой профиля находится в диапазоне от -3° до 6°.This technical result is achieved by the fact that in the known profile NACA 23012, containing the upper surface, the lower surface and the blunt rear edge, according to the invention, the shape of the upper and lower surfaces is modified and, in addition, the blunt rear edge is replaced by a thin tail part in the form of a plate with a thickness equal to the thickness the trailing edge of the profile, which protrudes beyond the chord by 0.06V, and the angle that the plate makes with the profile chord is in the range from -3° to 6°.
Причинно-следственные связи признаков изобретения с техническим результатом выражаются в следующем: новая форма нижней и верхней поверхности меняет обтекание профиля по сравнению с прототипом, улучшая его АДХ. Тонкая хвостовая часть в виде пластинки способствует увеличению несущих свойств профиля не только за счет течения вблизи самой пластинки, но и за счет перераспределения коэффициента давления на всей поверхности профиля, что характерно для дозвукового обтекания профилей.The causal relationships of the features of the invention with the technical result are expressed as follows: the new shape of the lower and upper surfaces changes the flow around the profile compared to the prototype, improving its ADC. A thin tail section in the form of a plate contributes to an increase in the carrying properties of the airfoil not only due to the flow near the plate itself, but also due to the redistribution of the pressure coefficient over the entire surface of the airfoil, which is typical for subsonic flow around airfoils.
Представленные далее чертежи и таблицы иллюстрируют суть данного изобретения и его сравнительную эффективность:The following drawings and tables illustrate the essence of this invention and its comparative effectiveness:
Таблица 1 - Исходный профиль (один из возможных вариантов профиля с максимальной толщиной около 11,4%, расположенной на Х/В=0.335).Table 1 - Initial profile (one of the possible profile options with a maximum thickness of about 11.4%, located at X / B = 0.335).
Таблица 2 - Диапазоны координат профиля (семейство профилей, построенных на основании исходного профиля табл. 1 по общему принципу и отличающихся относительной толщиной).Table 2 - Ranges of profile coordinates (a family of profiles built on the basis of the original profile of Table 1 according to the general principle and differing in relative thickness).
Фиг. 1 - иллюстрирует основные элементы профиля по данному изобретению. Контуры данного профиля приведены в сравнении с контурами профиля-прототипа NACA 23012.Fig. 1 - illustrates the main elements of the profile according to this invention. The contours of this profile are compared with the contours of the NACA 23012 prototype profile.
Фиг. 2 - иллюстрирует форму семейства аэродинамических профилей, построенных с использованием общего математического подхода из исходного профиля фиг. 1. Профили отличаются друг от друга относительной толщиной, которая определяется коэффициентами пропорциональности, применяемыми для изменения кривизны верхней и нижней поверхности.Fig. 2 illustrates the shape of a family of airfoils constructed using the general mathematical approach from the original airfoil of FIG. 1. Profiles differ from each other in relative thickness, which is determined by proportionality factors used to change the curvature of the upper and lower surfaces.
Фиг. 3 - иллюстрирует сравнение формы профиля по данному изобретению с семейством профилей по патенту RU 2123453 С1.Fig. 3 - illustrates the comparison of the profile shape according to this invention with the family of profiles according to the patent RU 2123453 C1.
Фиг. 4 - иллюстрирует сравнение формы профиля по данному изобретению с семейством профилей по патенту RU 2098321 С1.Fig. 4 illustrates a comparison of the profile shape according to this invention with the family of profiles according to patent RU 2098321 C1.
Фиг. 5 - иллюстрирует сравнение формы профиля по данному изобретению с семейством профилей по патенту RU 10385 U1.Fig. 5 - illustrates a comparison of the profile shape according to this invention with the family of profiles according to patent RU 10385 U1.
На фиг. 6-11 приведены характеристики максимального аэродинамического качества Kmax данного профиля в сравнении с прототипом NACA 23012 при числах Маха набегающего потока М=0.3-0.8.In FIG. 6-11 shows the characteristics of the maximum lift-to-drag ratio K max of this airfoil in comparison with the NACA 23012 prototype at Mach numbers of the oncoming flow M=0.3-0.8.
На фиг. 12 приведена зависимость коэффициента момента тангажа от числа Маха при нулевом значении коэффициента подъемной силы.In FIG. 12 shows the dependence of the pitching moment coefficient on the Mach number at zero value of the lift coefficient.
Таким образом, аэродинамический профиль лопасти винта, спроектированный в соответствии с сущностью данного изобретения, имеет по сравнению с известными профилями для лопастей винтов вертолетов значительные преимущества в основных аэродинамических характеристиках, определяющих характеристики винтов на различных режимах полета винтокрылого летательного аппарата.Thus, the aerodynamic profile of the propeller blade, designed in accordance with the essence of this invention, has significant advantages in comparison with the known profiles for helicopter propeller blades in the main aerodynamic characteristics that determine the characteristics of the propellers in various flight modes of the rotorcraft.
Описание устройстваDevice Description
1. Аэродинамический профиль несущего элемента летательного аппарата, образованный верхней и нижней частями линии своего контура, имеющий скругленную переднюю кромку, заостренную или затупленную заднюю кромку, соединенные между собой гладкими верхним и нижним участками контура профиля, отличающийся тем, что расстояние Yв, отсчитанное от хорды профиля по нормали к ней вверх до верхней части контура, плавно возрастает от передней кромки профиля до своего максимального значения Yвmax 0,0778В, расположенного в диапазоне X=0,36В-0,37В, скругленная передняя кромка профиля выполнена с радиусом кривизны Rв по верхней части контура, равным Rв=0,019В, который далее плавно увеличивается вдоль хорды профиля до значений Rв=1,9В, в точке контура, максимально удаленной от хорды профиля, где X расстояние, отсчитанное от передней кромки вдоль хорды профиля, В хорда профиля, далее по направлению к задней кромке расстояние от хорды профиля до его контура монотонно уменьшается, а радиус кривизны верхней части контура продолжает увеличиваться вплоть до значений 0,85В, где выпуклая передняя часть контура верхней поверхности профиля плавно состыкована с прямолинейной хвостовой частью, угол между касательной к верхней части контура и хордой профиля при Х=В составляет 10,35°, расстояние Yн, отсчитанное от хорды профиля по нормали к ней вниз до нижней части контура, плавно увеличивается от передней кромки профиля до своего максимального значения Yнmах 0,0366В при X=0,26В и затем монотонно убывает к задней кромке профиля, скругленная передняя кромка нижней поверхности профиля выполнена с радиусом кривизны по нижней части контура Rн=0,0127В, который немонотонно увеличивается вдоль хорды профиля, достигая максимума при X=0,675В, и далее уменьшается до значений 1,0В…1,2В у задней кромки при X=В, угол между касательной к нижней части контура профиля у задней кромки и хордой профиля составляет 5,4°, а толщина задней кромки профиля составляет величину 0,005В. Координаты профиля приведены в таблице 1.1. The aerodynamic profile of the carrier element of the aircraft, formed by the upper and lower parts of the line of its contour, having a rounded leading edge, a pointed or blunted trailing edge, interconnected by smooth upper and lower sections of the profile contour, characterized in that the distance Yv, counted from the chord profile along the normal to it upwards to the upper part of the contour, gradually increases from the leading edge of the profile to its maximum value Yv max 0.0778V, located in the range X = 0.36V-0.37V, the rounded front edge of the profile is made with a radius of curvature Rv along the upper part of the contour, equal to Rv = 0.019V, which then gradually increases along the profile chord to Rv = 1.9V, at the contour point, as far as possible from the profile chord, where X is the distance counted from the leading edge along the profile chord, V profile chord , further towards the trailing edge, the distance from the profile chord to its contour decreases monotonically, and the radius of curvature of the upper h part of the contour continues to increase up to values of 0.85V, where the convex front part of the contour of the upper surface of the profile is smoothly connected to the straight tail part, the angle between the tangent to the upper part of the contour and the chord of the profile at X=B is 10.35°, the distance Yn, counted from the profile chord along the normal to it down to the bottom of the contour, smoothly increases from the leading edge of the profile to its maximum value Yn max 0.0366V at X=0.26V and then monotonously decreases towards the rear edge of the profile, the rounded front edge of the lower surface of the profile is made with a radius of curvature along the lower part of the contour Rn=0.0127V, which nonmonotonically increases along the profile chord, reaching a maximum at X=0.675V, and then decreases to values of 1.0V…1.2V at the trailing edge at X=B, the angle between the tangent to the lower part of the profile contour at the trailing edge and the profile chord is 5.4°, and the thickness of the trailing edge of the profile is 0.005V. The profile coordinates are given in Table 1.
2. Профиль по п. 1, отличающийся тем, что расстояние от хорды до верхней части контура пропорционально расстоянию от хорды до верхней части контура для профиля по п. 1, расстояние от хорды до нижней части контура пропорционально расстоянию от хорды до нижней части контура для профиля по п. 1, коэффициенты пропорциональности находятся в диапазоне 0,90…1,10 и могут различаться для верхней и нижней поверхностей профиля.2. Profile according to
3. Профиль по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на его задней кромке имеется дополнительная тонкая хвостовая часть в виде пластинки с толщиной равной толщине задней кромки профиля, выступающая за пределы хорды на 0,06В, причем угол, который составляет пластинка с хордой профиля находится в диапазоне от -3° до 6°.3. Profile according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that on its trailing edge there is an additional thin tail in the form of a plate with a thickness equal to the thickness of the trailing edge of the profile, protruding beyond the chord by 0.06V, and the angle that the plate makes with the chord of the profile is in the range from -3° to 6°.
4. Профиль по п. 1, отличающийся тем, что имеет безразмерные координаты Y/В, расположенные в диапазонах, приведенных в таблице 2.4. Profile according to
Таблица 1 - Координаты исходного профиля (один из возможных вариантов профиля с максимальной толщиной около 11,4%, расположенной на Х/В=0.335).Table 1 - Coordinates of the original profile (one of the possible options for a profile with a maximum thickness of about 11.4%, located at X / B = 0.335).
Таблица 2 - Диапазоны координат профиля (семейство профилей, построенных на основании исходного профиля табл. 1 по общему принципу и отличающихся относительной толщиной).Table 2 - Ranges of profile coordinates (a family of profiles built on the basis of the original profile of Table 1 according to the general principle and differing in relative thickness).
Claims (9)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789094C1 true RU2789094C1 (en) | 2023-01-30 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4459083A (en) * | 1979-03-06 | 1984-07-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Shapes for rotating airfoils |
RU2098321C1 (en) * | 1996-07-17 | 1997-12-10 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Aerodynamic profile of load-bearing member of flying vehicle |
RU2752502C1 (en) * | 2020-12-18 | 2021-07-28 | Акционерное общество "Национальный центр вертолетостроения им. М.Л. Миля и Н.И. Камова" (АО "НЦВ Миль и Камов") | Aerodynamic profile of the aircraft carrier element |
RU2762464C1 (en) * | 2021-05-14 | 2021-12-21 | Акционерное общество "Национальный центр вертолетостроения им. М.Л. Миля и Н.И. Камова" (АО "НЦВ Миль и Камов") | Aerodynamic profile of the aircraft carrier |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4459083A (en) * | 1979-03-06 | 1984-07-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Shapes for rotating airfoils |
RU2098321C1 (en) * | 1996-07-17 | 1997-12-10 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Aerodynamic profile of load-bearing member of flying vehicle |
RU2752502C1 (en) * | 2020-12-18 | 2021-07-28 | Акционерное общество "Национальный центр вертолетостроения им. М.Л. Миля и Н.И. Камова" (АО "НЦВ Миль и Камов") | Aerodynamic profile of the aircraft carrier element |
RU2762464C1 (en) * | 2021-05-14 | 2021-12-21 | Акционерное общество "Национальный центр вертолетостроения им. М.Л. Миля и Н.И. Камова" (АО "НЦВ Миль и Камов") | Aerodynamic profile of the aircraft carrier |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0227524B1 (en) | Aerial propeller blade profiles | |
US6293497B1 (en) | Airplane with unswept slotted cruise wing airfoil | |
US8113462B2 (en) | Low-drag swept wings | |
US6431498B1 (en) | Scalloped wing leading edge | |
US5181678A (en) | Flexible tailored elastic airfoil section | |
CN101501302B (en) | Rotor blade for a high speed rotary-wing aircraft | |
JPH03197299A (en) | Propeller blade and assembly of vane | |
JPH0211493A (en) | Wing type blade | |
EP3663193A1 (en) | Curved wing tip | |
EP0681544A1 (en) | High-efficiency, supersonic aircraft | |
NL8202858A (en) | WING BLADE FOR ROTOR. | |
US4392781A (en) | High performance blade for helicopter rotor | |
WO1998017529A9 (en) | Airplane with unswept slotted cruise wing airfoil | |
WO2012112408A1 (en) | Laminar flow wing optimized for transonic cruise aircraft | |
US20040094659A1 (en) | Laminar-flow airfoil | |
US5252381A (en) | Airfoil with thick trailing edge | |
RU2789094C1 (en) | Airfoil of the carrier element of an aerial vehicle | |
US6095457A (en) | Airfoil and wing configuration | |
CN111810353B (en) | Forward-bent and backward-raised chord blade | |
RU2123453C1 (en) | Propeller blade | |
RU2098321C1 (en) | Aerodynamic profile of load-bearing member of flying vehicle | |
AU2018215846A2 (en) | Aerodynamic or hydrodynamic blade made of layered material | |
RU2762464C1 (en) | Aerodynamic profile of the aircraft carrier | |
RU2559181C1 (en) | Aerodynamic profile of bearing surface cross-section (versions) | |
Sears | Flying-wing airplanes-The XB-35/YB-49 program |