Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

РЕВЕРСИВНЫЙ РЕЖИМ ЭКРАНИРОВАННОГО КОЛЬЦЕВОГО КРЫЛА

Герасимов С.А.
Измерена подъемная сила, создаваемая активным двойным кольцевым крылом с радиальным обдувом.

Создатели современных летательных аппаратов нетрадиционных схем совершенно напрасно пренебрегают разработкой крыла. Летательные аппараты, не совсем корректно называемые "летающими платформами", в настоящее время по существу представляют собой упрощенные, в общем случае многороторные, варианты вертолета [1,2]. Кольцевое или дисковое крыло, присутствие которого характерно ранним разработкам [3], в последних проектах [4,5] не используется вообще. Причиной этого, судя по всему, является то, что роль этой существенной детали летательного аппарата осталась неизученной. Более того, оказалось, что в ряде случаев крыло играет паразитную роль, уменьшая подъемную силу воздушного винта [6]. К сожалению, этот вывод является достаточно поверхностным и, поэтому, справедлив далеко не всегда. Теоретический расчет таких схем пока остается достаточно сложной и неоднозначной задачей. А раз так, то единственным подходом, позволяющим оценить роль кольцевого крыла, является экспериментальное исследование.

На рисунке 1 показана простейшая схема экранированного кольцевого крыла. Это - летательный аппарат, представляющий собой тонкое кольцевое крыло 1 диаметром D, на расстоянии h от которого размещен экран 2 диаметром d. Обдув крыла производится туннельным воздушным винтом 3, размещенным в канале 4 диаметром c. Конструкция устройства, как видно, не является сколько нибудь оригинальной. Оригинальными и неожиданными являются экспериментальные результаты и их интерпретация.

Измерение подъемной силы F производилось при фиксированной потребляемой мощности двигателя 5, создающего обдув крыла, D=0,3м и с/D=0,23. Эталоном подъемной силы для данной экспериментальной установки является величина силы тяги |F∞|, создаваемая тем же винтом без крыла и экрана. Это дает возможность не только оценить роль крыла, но и применить экспериментальные результаты в проектировании летательного аппарата с любыми размерами крыла, экрана и зазора h. Имеет смысл подробно изучить два способа обдува крыла: прямой, при котором скорость воздуха в канале направлена вниз, и реверсивный, характеризующийся обратным направлением потока воздуха.

p

Рис. 1. Схема летательного аппарата c экранированным кольцевым крылом

Наиболее перспективным кажется прямой обдув крыла. В этом случае сила, действующая на воздушный винт, направлена вверх, а значит, должна вносить положительный вклад в полную подъемную силу такого летательного аппарата. Этого не случилось. Результаты, представленные на рисунке 2, достаточно ординарны. Полная подъемная сила меньше силы тяги, создаваемой воздушным винтом, а при отсутствии экрана она пренебрежимо мала. Правда, даже в том случае, когда размеры экрана совпадают с размерами крыла подъемная сила не только не равна нулю, но и имеет достаточно большое значение. Если расстояние между экраном и крылом около одно третьей диаметра крыла, подъемная сила почти равна F∞. Другими словами, пространство над воздушным винтом так называемой летающей платформы вовсе не обязательно должно быть свободно, например, винт может быть сверху закрыт эксплуатируемым экраном. В остальном применение прямого обдува крыла лишено смысла.

p

Рис. 2. Зависимость подъемной силы от диаметра экрана и величины зазора между экраном и крылом

Неожиданными и интересными являются результаты измерения подъемной силы, наблюдаемой при реверсивном обдуве крыла (рисунок 3). Во-первых, при сравнительно малых диаметрах экрана подъемная сила меняет знак при изменении величины зазора. Во-вторых, как и прежде подъемная сила имеет существенное значение даже в том случае, когда диаметр экрана совпадает с диаметром крыла. Третье и самое основное. Подъемная сила имеет экстремум. Максимум относительной подъемной силы F/|F∞| составляет величину около 0,55. Это происходит при d/D≈0,75 и h/D≈0,23. Совершенно очевидно, что такое поведение подъемной силы никак не связано с эффектом Коанда [7]. Этот эффект должен себя проявлять при малых значениях h.

p

Рис. 3. Результаты измерения подъемной силы при реверсивном обдуве кольцевого крыла

Может показаться, что реверсивный режим обдува не является эффективным: полная подъемная сила, как оказалось, в этом случае составляет лишь половину силы тяги воздушного винта. Не совсем так. При реверсивном обдуве крыло не только компенсирует силу тяги винта, направленную вниз, но и создает существенный профицит полной подъемной силы. А отсюда достаточно важный вывод. Становится актуальной разработка воздушного винта, обладающего малой силой тяги, но повышенным значением переносимой в единицу времени массы воздуха.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Goebel G. Twin Rotors Propel Personal Aircraft. // Machine Design. 1999. V. 19. No 8. P. 31-32.
  2. Robertson F.C., Stuart J., Alto P., Wagner R.A. Vertical Take-off Flying Platform. Patent USA No 2953321. Patented 20 sept. 1960.
  3. Zuk B. Avrocar: Canada´s Flying Saucer. - Ontario: Boston Mills Press. 2001. - 128 p.
  4. Бауэрс П. Летательные аппараты нетрадиционных схем.- М.: Мир. 1991. - 320 с.
  5. Rogers M. Vtol: Military Research Aircraft. - New York: Orion Books. 1989. - 248 p.
  6. Герасимов С.А. Подъемная сила плоского кольцевого крыла. // Техника и технология. 2006. № 3. С. 18-22.
  7. Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. - М.: "Постмаркет". 2001. - 543с.

Библиографическая ссылка

Герасимов С.А. РЕВЕРСИВНЫЙ РЕЖИМ ЭКРАНИРОВАННОГО КОЛЬЦЕВОГО КРЫЛА // Фундаментальные исследования. – 2006. – № 11. – С. 15-16;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=6495 (дата обращения: 18.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074