Надежда на «газонокосилку». тихие вертолеты с серповидным лопастям несущего винта?

Статья Ганса Юстуса Мейера (Hans Justus Meier) «Hoffnung auf »Rasenmaher«» из издания «Luftfahrt International» 12/1980 была переведена глубокоуважаемым сотрудником NF и мало доработана мной. Перевод был выполнен в январе 2016 года.

Предисловие редакции: В середине 1930-х годов вертолеты еще пребывали в начале долгого пути к приемлемому для применения виду. Сейчас без вертолетов запрещено себе представить гражданскую и боевую авиацию.

Самым главным элементом конструкции вертолета есть несущий винт. За последние два-три десятилетия несущий винт был так усовершенствован, что начал представлять собой шепетильно отработанную конструкцию, о которой ранее не было возможности и представить. Это был успех, благодаря которому вертолеты уже не были неспособными летать парализованными птицами.

Напротив: скорость вертолетов уже на большом растоянии превысила величину в 300 км/ч, но, к громадному сожалению, вертолеты до сих пор являются весьма шумными летательными аппаратами.

Несущий винт, а правильнее сообщить поток воздуха от лопастей воздушного винта, является источником шума. Вращающиеся лопасти несущего винта являются обстоятельством, по которой появляются весьма громкие подобные ударам хлопки, каковые сейчас именуют «хлопок лезвием» (blade slap) либо «импульсный шум» (impulsive noise).

Эти звуки известны каждому. Тот, кто когда-либо стоял поблизости от вертолета с трудящейся силовой установкой, при каждом обороте несущего винта чувствовал энергичные толчки воздуха. До сих пор эти энергетические удары были неизбежным сопутствующим явлением существования вертолетов.

Ударный шум, сопровождающий как гражданские, так и армейские вертолеты, есть весьма надоедливым и по собственной интенсивности на большом растоянии превосходят другие источники создаваемого вертолетом шума.

По сей день у данной неприятности не имелось подходящего ответа. Сейчас обстановка еще более ухудшилась. У вертолета как поступательная скорость полета, так и скорость вращения на законцовках лопастей несущего винта возросли, потому, что они рассматривались в качестве главных факторов к понижению полетного веса летательного аппарата либо к повышению его грузоподъемности.

Единственными средствами, разрешающими снизить величину шума, являются изменение формы лопастей несущего винта и понижение его оборотов. Проводились изучения сильно суженных законцовок лопастей несущего винта, но из-за структурных и аэродинамических факторов эти изучения были не весьма успешными. Понижение величины оборотов несущего винта приводило к понижению его КПД и, как следствие, понижению летных черт, что полностью неприемлемо ни для гражданских, ни для армейских вертолетов.

Еще одним решением проблемы могло быть повышение количества лопастей, но это привело бы к повышению полетного веса и повышению издержек по техобслуживанию вертолета.

Неприятность шума, появляющегося благодаря работы несущего винта вертолета, привлекла интерес многих ученых со всех стран. Трое из них – американцы – верят, что серповидные лопасти являются практическим средством ответа вышеупомянутых неприятностей.

Лопасти несущего винта в большинстве случаев имеют форму близкую к прямоугольной. Три исследователя из NASA, как направляться из описания к их патенту, внесли предложение на линии четверти длин хорд лопастей несущего винта делать не как в большинстве случаев – прямыми, а изогнутыми и по форме более похожими на серп. Именно поэтому ответу им удалось добиться того, что отдельные элементы ударного шума не суммируются.

Ударный шум от трудящегося несущего винта в основном либо кроме того всецело возможно было бы устранить, благодаря чего уровень шума был бы очень сильно снижен либо вероятно кроме того устранен.

Обычная форма «акустически стреловидной» лопасти несущего винта. На диаграмме R – радиус лопасти несущего винта, r – радиус t/4-линии (Quarter Chord Line – линии 25% длин хорд)

Изобретатели указали, что изогнутые подобным образом лопасти несущего винта были бы «акустически стреловидными». По сообщениям исследователей звуковая стреловидность лопастей несущего винта должна быть приспособлена к соответствующим числам Маха.

Но эта форма лопастей не есть оптимальной для всех значений числа Маха, и на практике это указывает, что вертолеты, лопасти которых будут иметь серповидную форму, кроме полета с неработающей силовой установкой смогут иметь более низкий уровень шума в лишь одной совершенно верно определенной комбинации формы лопастей несущего винта, оборотов и скорости полёта несущего винта. Все это очень сильно ограничивало возможности применения вертолетов с подобными лопастями.

Разные формы серповидных «аэродинамически стреловидных» лопастей несущего винта для скоростей в диапазоне чисел Маха от 0,75 до 0,95

Большого понижения уровня звука, создаваемого лопастями несущего винта, вероятно добиться, в случае если лопасти на всей протяженности будут воображать собой аэродинамически стреловидный профиль. Но достаточного понижения уровня шума возможно будет достигнуть, в случае если только внешняя треть лопастей будет серповидной формы.

Воздушные винты серповидной формы смогут использоваться везде, где требуются высокие скорости вращающихся лопастей, т.е. у лопаток и воздушных винтов турбин турбореактивных и турбовинтовых силовых установок. Сейчас в ежедневной прессе и в особой периодической печати довольно часто упоминаются истребители, выполненные с применением разработки «стелс» (см. «Stealth-Fighter» из выпуска издания «Luftfahrt international» 25/1978).

Пример применения воздушных винтов с серповидными лопастями для полетов на предельных (больших) скоростях

Попытки применения воздушных винтов серповидной формы при полетах на высокой скорости велись на протяжении многих лет. Тогда желали избежать раннего срыва воздушного потока при помощи законцовок воздушных винтов с обратной стреловидностью.

До тех пор пока неизвестен, удастся ли вправду применять на вертолетах «акустически стреловидные» лопасти несущего винта. Их применимость зависит от практической возможности понижения шума несущих винтов в достаточно широком рабочем диапазоне режимов эксплуатации силовых установок. Иначе, вероятны неприятности аэроэластичных колебаний, вызванных особенной формой лопастей несущего винта, взятого без особенного повышения веса, и необходимостью соответствовать требованиям срока и прочности эксплуатации воздушных винтов и т.д..

В этом отношении направляться рассчитывать на происхождение сложностей. И так, возможно высказать предположение, что нам придется еще подождать некое время, для получения вертолёта с «акустически стреловидными» лопастями несущего винта.

Снимки модели показывают, как может смотреться вертолет с «акустически стреловидными» серпообразными лопастями несущего винта (на модели серповидные лопасти и у хвостового винта)

Идеи трех исследователей из NASA были защищены американским патентным ведомством, и их работа – она уже смело может претендовать на научный статус – содержит в себе простое в аналогичных случаях много источников со ссылками на изучения вторых экспертов.

Источники:

Frederic H. Schmitz, Donald A. Boxwell, Rande Vause (National Aeronautics and Space Administration, Washington D.C.): Acoustically Swept Rotor. US-Patent 4.168.949 (angemeldt 8.9.1977, erteilt 25.9.1979)
Herb Fisher: I learned about flying from that. In: Flying, Vol. 43 (1948) No. 4, S. 44

Изготовление модели: Инго Гердес (Ingo Gerdes), Бремен

Фотографии: Гюнтер Куш (Gunter Kusch)

Надежда на «газонокосилку». тихие вертолеты с серповидным лопастям несущего винта?

Управляемые лопасти несущего винта

Увлекательные записи:

Похожие статьи, которые вам, наверника будут интересны: