Ротор BERP - BERP rotor

Управление столичной полиции Токио EH101 (AW101)

В Ротор BERP конструкция клинка была разработана под Британская программа экспериментального ротора. Первые лопасти ротора BERP были разработаны в конце 1970-х - середине 1980-х годов в рамках программы совместного предприятия между Westland Helicopters и Royal Aircraft Establishment (РАЭ), с профессором Мартин Лоусон как со-патентообладатель.[1] Задача заключалась в увеличении грузоподъемности и максимальной скорости вертолетов с использованием новых конструкций и материалов.

Как это устроено

Если мы хотим уменьшить сжимаемость эффекты в прямом полете, мы можем использовать стреловидность на кончике лопасти винта. Многие современные вертолеты используют некоторую форму простой стреловидности на кончике лопасти. Примерами являются UH-60 Блэкхок и AH-64 Apache.

Однако мы не получаем центр тяжести или аэродинамический центр движения назад от упругой оси лопасти (что может привести к нежелательным аэродинамическим и инерционным связям), то кончик должен быть сконфигурирован со смещением области вперед. Это можно свести к минимуму, признав, что число Маха изменяется вдоль лезвия, поэтому нам не нужно использовать постоянный угол стреловидности, тем самым сводя к минимуму смещение области вперед.

Методология, использованная при разработке лопасти BERP, гарантирует, что эффективное число Маха, перпендикулярное лопасти, остается номинально постоянным по всей области охвата. Максимальная стреловидность, применяемая на большей части лопасти BERP, составляет 30 градусов, а вершина начинается с безразмерного радиуса r / R = cos 30 = 86% радиуса. Распределение площади этой области наконечника выполнено таким образом, чтобы гарантировать, что средний центр давления на наконечнике находится на оси упругости лезвия. Это делается путем смещения локального 1 / 4-аккорд ось вперед на 86% радиуса.

Это смещение также приводит к нарушению непрерывности передней кромки (называемой выемкой), что приводит к другим интересным эффектам. Например, недавние расчеты с использованием кода CFD на основе Уравнения Навье-Стокса, показал, что эта «выемка» действительно помогает еще больше снизить силу ударных волн на лезвии. Таким образом, неожиданным побочным продуктом выемки помимо основного эффекта развертки является еще большее уменьшение эффектов сжимаемости.

Мы также должны понимать, что такая геометрия наконечника со стреловидным кончиком не обязательно улучшит рабочие характеристики лопасти на высоких скоростях. угол атаки соответствующей уходящей стороне диска. Фактически, опыт показал, что лезвие со стреловидным концом может иметь худшую характеристику сваливания по сравнению со стандартным лезвием.

Лезвие BERP имеет окончательную геометрию, которая работает как стреловидная вершина при высоких числах Маха и малых углах атаки, но также позволяет вершине работать при очень больших углах атаки без срыва. Этот последний атрибут был получен путем радикального увеличения охвата самой внешней части наконечника (примерно 2% внешних) до значения (70 градусов), при котором любой значительный угол атаки вызовет разделение потока на передней кромке.

Поскольку передняя кромка имеет очень большую стреловидность, это разделение передней кромки превращается в вихрь конструкция, которая вращается вокруг передней кромки и в конечном итоге оказывается на верхней поверхности (как на самолетах с треугольным крылом). Этот механизм усилен за счет того, что передний край крыло в этом районе относительно резко.

По мере увеличения угла атаки этот вихрь начинает развиваться из точки все дальше и дальше вперед вдоль передней кромки, следуя за план геометрии в более умеренно развернутую область. При достаточно большом угле атаки вихрь будет инициироваться ближе к передней большей части передней кромки вблизи области «надреза».

Свидетельства показали, что также образуется сильный вихрь с «выемкой», который продольно перемещается по лопасти. Этот вихрь действует как аэродинамическое ограждение и препятствует проникновению области отрыва потока в область наконечника. Дальнейшее увеличение угла атаки мало меняет структуру потока, пока не будет достигнут очень большой угол атаки (около 22 градусов!), Когда поток сильно разделится. Для обычной формы наконечника в плане можно ожидать, что подобное полное разрушение потока произойдет при местном угле атаки около 12 градусов.

Следовательно, отвалу BERP удается использовать лучшее из обоих миров, уменьшая влияние сжимаемости на продвигающийся отвал и задерживая начало срыва отступающего лезвия. Конечный результат - значительное увеличение рабочего диапазона полета.

Программ

Первоначальная программа, BERP I, изучала дизайн, производство и квалификацию составной лопасти. В результате были изготовлены новые лопасти несущего винта и рулевого винта для Westland Sea King. Следуя первой, вторая программа, BERP II, проанализировала продвинутые крыло секции для будущих лопастей ротора. Это послужило основой для программы BERP III.

Конструкции BERP III имеют выемку по направлению к внешнему концу лопасти ротора с большей обратной стреловидностью от выемки до конца лопасти по сравнению с внутренней частью выемки.[2] Кульминацией BERP III стала демонстрация технологии на Westland Lynx вертолет.[3] В 1986 году Lynx, специально модифицированный зарегистрированный G-LYNX и пилотируемый Тревором Эггинтоном, установил абсолютный рекорд скорости для вертолетов на дистанции 15 и 25 км, достигнув 400,87 км / ч (249,09 миль / ч).[2] После успешной демонстрации технологии лезвие BERP III было запущено в производство.

BERP IV использует: новое крыло, измененную форму наконечника лопасти и увеличенный поворот лопасти. После 29 часов испытаний было обнаружено, что он «улучшает характеристики полета несущего винта, снижает потребность в мощности при полете в висении и вперед, ... снижает вибрацию планера и двигателя для диапазона взлетного веса».[4] Кроме того, «нагрузка на ступицу ротора оказалась такой же или меньшей, чем у лопасти BERP III, теперь установленной на EH101 «вертолет.[4] Для предотвращения эрозии передней кромки лезвия будет использоваться лента на резиновой основе, а не полиуретан используется на морском флоте Великобритании Sea Kings. При тестировании выяснилось, что он продержался в пять раз дольше, 195 минут против 39 минут. Программа завершилась в августе 2007 г.[4]

Применение технологии BERP

Текущие приложения:

  • BERP III:
AgustaWestland AW101
Обновлен Вестленд Супер Рысь
  • БЕРП IV:
AgustaWestland AW101
VH-71 пустельга

Рекомендации

  1. ^ "Мартин Лоусон (некролог)" (Только предварительный просмотр). Времена. Лондон. 12 августа 2013 г.. Получено 27 ноября 2015.
  2. ^ а б Дж. Гордон Лейшман "ENAE 632 - лезвие британской экспериментальной программы ротора (BERP) В архиве 2007-08-21 на Wayback Machine ", Университет Мэриленда, Колледж-Парк, Проверено 11 апреля 2010 г.
  3. ^ Харрисон, Стейси, Хансфорд "BERP IV Разработка, разработка и испытания усовершенствованной лопасти ротора "64-й ежегодный форум Американского вертолетного общества, 29 апреля - 1 мая 2008 г.
  4. ^ а б c Коппингер, Роб (22 мая 2007 г.). «BERP IV дает Мерлинсу больше полезной нагрузки». flightglobal.com. Получено 27 ноября 2015.

дальнейшее чтение

  • Броклхерст, Алан. AIAA-1990-3008, "Экспериментальное и численное исследование лезвия британской экспериментальной программы ротора". AIAA, 1990 год.

внешняя ссылка