Вертолет, 2007 №2

С μ— 2·mV вс/ρ·V²·S,

где m — секундный массовый расход воздуха; V вс— скорость воздушной струи; ρ — плотность воздуха; V — скорость полета; S — площадь крыла.

1 — съемный газогенератор; 2-лопасть; 3 — гибкий газовый канал; 4 — дискретный щелевой газоотвод; 5 — газовые струи (торцевые и вдоль задней кромки лопасти)

Рис. 3. Струйно-импульсная механизация лопасти НВ вертолета

Рис. 2. Численные зависимости применения СИМ крыла самолета

Рассмотрим зависимости С y(α) для самолета с треугольным крылом при выдуве струи по его задней кромке: θ=30° (рис. 2).

Из рис. 2 видно, что достигаемое ΔС y ~ 0,49 при = 0,5 ограничено, в основном, только возможностями по отбору воздуха от компрессора двигателя самолета, то есть значением коэффициента С µ.

Если сравнить эффективность механического щитка крыла при углах отклонения 20° (ΔС y= 0,5) и 60° (ΔС y= 1,0) с эффективностью струйного закрылка = 0,49, можно видеть, что струйная механизация по этому показателю особо не уступает механической, да еще и создает реактивную силу, кстати, больше необходимую НВ вертолета, чем крылу самолета. Особенно востребованной для НВ представляется составляющая реактивной силы, действующая в плоскости его вращения и способная сдержать интенсивное падение оборотов НВ при отказе двигателей (или даже восстановить их до исходных и удерживать несколько дополнительных секунд, порой достаточных для безопасного завершения полета в аварийной ситуации).

Установим обтекаемый, предельно компактный и съемный газогенератор в комлевой части лопасти и соединим его с жаропрочным, жаростойким и гибким каналом, идущим вдоль всей лопасти за ее лонжероном или внутри второго контура лонжерона лопасти. В качестве аналога можно рассмотреть лопасть вертолета Ка-50 (рис. 3).

Канал выполним с дискретными щелевыми газоотводами (плоскими профилированными соплами) в среднюю и концевую части лопасти так, чтобы газ выходил вниз под углом θ к хорде лопасти вдоль ее задней кромки. Предусмотрим и выход газа через торцевые плоские сопла лопасти (вниз и наружу) с целью размывания уменьшающего тягу НВ поля скоростей воздуха, вовлекаемого в циркуляционное движение возле винта при вертикальном планировании (парашютировании) вертолета.

Решение на пуск газогенераторов принимается летчиком исходя из степени аварийности полетной ситуации (а также с учебной целью). Необходимо предусмотреть и автоматический пуск газогенераторов, упреждающий возможную запоздалую реакцию летчика (>= 0,5–1 с) при отказе двигателя (двигателей) вертолета у земли на висении и малых скоростях полета.

Таким образом, работающая на лопастях СИМ представляет собой активно вращающийся газовый «парашют» с реактивным сопротивлением движению вдоль своей оси, не позволяющий вертолету неприемлемо быстро снижаться после отказа двигателей на висении или малых скоростях полета. Особенно эффективной СИМ может оказаться для 5-8-лопастных НВ вертолетов за счет суммарного роста секундного количества движения газовой струи.

Чтобы обосновать свой вывод, приведем предварительные результаты расчета создания и применения СИМ НВ вертолета, выполненного с целью выяснить возможность полного энергетического замещения его отказавших двигателей твердотопливными малогабаритными газогенераторами.

Допустим, планируется установить комплект лопастей с СИМ на вертолет Ми-14ПС, имеющий следующие характеристики:

— мощность двигателей — 2x1950 л.с.;

— номинальная мощность — 2x1700 л.с.;

— номинальные обороты НВ — 192 об. /мин;

— диаметр НВ — 21,29 м;

— количество лопастей — 5 шт.;

— вес одной лопасти — 135 кг;

— нормальный взлетный вес — 13400 кг.

В расчете принимались или определялись

следующие значения различных параметров:

— увеличение веса вертолета в зависимости от размещения СИМ <= 0,5 %;

— увеличение веса лопасти <= 9-10 %;

— вес твердого топлива в одном газогенераторе <= 8 кг (78,5 Н);

— крутящий момент на втулке НВ при 192 об./мин от двух двигателей, работающих на номинальном режиме, М=1027299,3 кгс-см (100778 Н-м) при коэффициенте использования мощности 0,81;

— относительный радиус начала размещения сопел на лопасти с учетом темпа нарастания индуктивной воздушной скорости по длине лопасти r = 0,55;