Публикации
При разработке любого вертолёта важно учитывать вредное аэродинамическое сопротивление, поскольку оно влияет на мощность и движущую силу летательного аппарата на высоких скоростях. Общее сопротивление, действующее на вертолёт, складывается из вредного (паразитического) сопротивления, сопротивления трения и индуктивного сопротивления. Вредное сопротивление возникает в результате воздействия скоростного напора воздуха и сил трения на лобовые части и поверхности элементов конструкции, не участвующих в создании подъёмной силы, сопротивление трения является следствием трения лопастей о воздух, а индуктивное – следствием образования подъёмной силы. У вертолётов с одним несущим винтом около 33% от общего сопротивления возникает от втулки несущего винта. Поэтому основным требованием при разработке любого вертолёта является обеспечение таких условий, при котором на летательный аппарат действует как можно меньше сопротивления. Этот минимум достигается за счёт снижения сопротивления втулки несущего винта.
Обычно для снижения сопротивления втулки стандартного несущего винта используется обтекатель, который, минимизируя сопротивление, снижает эксплуатационные характеристики летательного аппарата и приводит к повышению рабочей нагрузки. Это свидетельствует о необходимости находить новые, альтернативные методы снижения сопротивления втулки. Одним из таких методов является разработка элементов втулки, которые в своей совокупности при установке во втулку создавали бы меньше вредного сопротивления.
Так же как и крылья летательного аппарата создают подъёмную силу за счёт разницы давлений воздуха на нижнюю и верхнюю поверхность, так и гребные винты используют перепады давления в лопастях для генерации силы тяги.
Вследствие постоянного роста цен на топливо и растущего спроса на авиа-услуги авиастроительные компании были вынуждены пересмотреть свои подходы к разработке самолёта.
SIKORSKY AIRCRAFT: разработка втулки несущего винта средствами CFD
Традиционно, для анализа сопротивления втулки используются эмпирические данные по сопротивлениям отдельных элементов, схожих по форме с элементами реальной втулки, которые затем суммируются для нахождения общего сопротивления втулки. В таком анализе учитывается также действие помех (интерференция). В реальной производственной среде, где важно оптимизировать формы элементов, данный метод не представляет собой особой ценности. Втулка несущего винта, разработанная с использованием такого метода, затем испытывается в аэродинамической трубе. Такие испытания являются дорогостоящими, учитывая тот факт, что при внесении каких-либо изменений или усовершенствований в конструкцию требуются повторные испытания.
Американская корпорация SIKORSKY AIRCRAFT нашла альтернативный метод для расчёта сопротивления втулки, основанный на численном моделировании. Этот метод даёт точные результаты за короткий промежуток времени, позволяя рассчитать сразу несколько конфигураций втулки и оптимизировать её конструкцию в производственной среде. Для анализа корпорация использовала геометрии втулок двух вертолётов: S-92A и UH-60A. Расчёт проводился в программном коде CD-adapco - STAR-CCM+ с использованием уравнений Навье-Стокса на неструктурированных сетках.