Вертолёт, 2006 № 02

Преемственность
Работы МАИ в области аэродинамики

Модель тяжелого реактивного вертолета

Предлагаем вниманию читателей в сокращении Почетную лекцию профессора Московского авиационного института В.И. Шайдакова, прочитанную им на Седьмом форуме РосВО. Выступление было посвящено деятельности кафедры «Конструкции и проектирование вертолетов» в области аэродинамики вертолетов за 1953–2005 годы.

Вертолетное направление стало развиваться на самолетостроительном факультете с первых лет существования МАИ. Уже в 30-е годы Б.Н. Юрьев и И.П. Братухин читали студентам лекции по аэродинамике, проектированию, конструкции автожиров и вертолетов.

После окончания Великой Отечественной войны советское вертолетостроение получило новый импульс развития, и возникла острая необходимость в специалистах в этой области авиатехники. В эти годы на кафедре самолетостроения начали выпускать студентов вертолетной специальности, правда, очень небольшую группу. Лекционные курсы по конструкторско-проектировочному и аэродинамическому циклам студентам читали И.П. Братухин и Л.С. Вильдгрубе. К руководству дипломным проектированием были привлечены главные конструкторы М.Л. Миль и Н.И. Камов.

Кафедра «Конструкции и проектирование вертолетов» была создана в августе 1952 года, ее первым заведующим стал Б.Н. Юрьев. На кафедре изначально было заложено два цикла: аэродинамический и конструкторский, что выгодно отличало ее от самолетной чисто конструкторской кафедры. Главной задачей коллектива кафедры стало обеспечение учебного процесса необходимыми учебными пособиями. В короткое время И.П. Братухин и Б.Н. Юрьев подготовили и написали учебники «Проектирование и конструкции вертолетов» (1955 г.) и «Аэродинамический расчет вертолетов» (1956 г.). Оба учебника, а фактически монографии в области проектирования вертолетов, стали настольными книгами для многих поколений вертолетчиков нашей страны.

Важную роль в учебном процессе играла учебная лаборатория, организованная сразу же после открытия кафедры. Ее первый начальник — талантливый изобретатель А.И. Болдырев работал над оригинальной конструкцией легкого вертолета с реактивным приводом НВ. Активно участвовали в этом проекте и студенты.

С годами развивалась и укреплялась лабораторная база кафедры. Неоценимую помощь в этом оказали Н.И. Камов, М.Л. Миль, М.Н. Тищенко, С.В. Михеев и другие известные конструкторы. Наряду с учебной, при кафедре была организована и научная лаборатория летающих моделей. На ее базе Б.Н. Юрьев намеревался осуществить исследования летных характеристик перспективных вертолетов. Он разработал доступную для авиамоделистов методику проведения научных экспериментов на летающих моделях и сам руководил их работой. В экспериментах по исследованию динамики конвертопланов участвовали многие студенты-авиамоделисты. Было построено и испытано в свободном полете несколько экспериментальных моделей с резиномоторными и поршневыми двигателями. Миниатюрный вертолет с поршневым двигателем студента 4 курса Марата Тищенко в апреле 1954 года установил первый мировой рекорд по продолжительности полета в классе моделей вертолетов.

В последние годы жизни Б.Н. Юрьев совместно с И.П. Братухиным особенно активно занимался разработкой преобразуемых летательных аппаратов, совмещающих в себе свойства самолета и вертолета (СВВП). По заказу Всесоюзного электротехнического института (ВЭТИ) в 1954 году на кафедре начались проектные разработки десантно-транспортного конвертоплана взлетной массой 60 т. Аппарат представлял собой самолет с четырьмя ТВД, установленными в гондолах на концах Х-образного крыла, имел четыре соосных воздушных винта диаметром 6 м. Крейсерская скорость аппарата составляла 830 км/ч. Аэродинамические расчеты, выполненные на кафедре, показали реальную возможность создания СВВП.

Конец пятидесятых — начало шестидесятых годов отмечены бурным ростом отечественного вертолетостроения. Особый интерес проявлялся к вертолетам, способным перевозить тяжелые неделимые грузы. Под руководством И.П. Братухина (в 1957 году после смерти Б.Н. Юрьева он стал заведующим кафедрой) на кафедре совместно с ЦАГИ и ЦИАМ развернулись проектные работы в области перспективных схем тяжелых реактивных вертолетов. В 1956-58 гг. был разработан эскизный проект сверхтяжелого винтокрыла грузоподъемностью 40 т и дальностью полета 1000 км. Для этого аппарата И.П. Братухин предложил ряд оригинальных решений: конструкция втулки НВ включала в себя совмещенные горизонтальный и вертикальный шаровые шарниры, внутри которых проходили воздушные каналы.

В те годы существовал и устойчивый интерес к летательным аппаратам нового типа, так называемым «летающим платформам», в качестве несущей системы которых использовались тяжело нагруженные воздушные винты, заключенные в широкие кольца. Экспериментальные исследования по таким системам провел Ф.П. Курочкин, пришедший в 1957 году на кафедру из ЦАГИ. Исследования показали, что установка кольца повышала тяговые характеристики системы «винт в кольце» на 30–40 %. К проектным разработкам аппаратов этого класса коллектив кафедры под руководством И.П. Братухина приступил в 1958 году. Были спроектированы четырехвинтовой джип взлетной массой 1200 кг и тяжелая восьмивинтовая летающая платформа с массой перевозимого груза 40 т. Аэродинамические расчеты ЛА были поручены В.И. Шайдакову.

В процессе проектирования возникла необходимость в разработке теории системы «винт в кольце». В качестве математической модели рассматривалась приближенная картина обтекания коллектора на входе в канал, в поперечном сечении которого линии тока представляют собой систему полуокружностей различного радиуса. Разрежение на поверхности коллектора определялось как результат воздействия центробежных сил частиц жидкости, движущихся по линиям тока. Рассматривалось два случая: в первом кольцо состоит только из коллектора, к коллектору подсоединяется цилиндрический канал (диффузор). Во втором случае струя получает полное расширение, и тяга на коллекторе повышается. Предложенная теория позволила рассчитать основные тяговые и мощностные характеристики системы.

Для подтверждения полученных результатов по проектному заданию кафедры в 5 отделении ЦАГИ была изготовлена и в 1959 году испытана в аэродинамической трубе Т-105 установка «Винт в кольце». Экспериментальные и расчетные данные дали удовлетворительное совпадение, что позволило совместно с ЦАГИ вести проектировочные исследования летающих платформ и джипов. К середине 60-х годов интерес к этим аппаратам угас из-за больших километровых расходов топлива. Однако в последующие годы теория «винта в кольце» продолжала развиваться применительно к фенестронам одновинтовых вертолетов, комбинированным аппаратам типа вертолет-самолет, имеющим в своем составе несущую систему «винт в кольце», дистанционно пилотируемым привязным и свободно летающим аппаратам.

В дальнейшем коллектив преподавателей и сотрудников кафедры вел научные исследования в области преобразуемых аппаратов вертикального взлета и посадки различных схем. В аэродинамическом цикле выполнялись работы по созданию новых методов аэродинамического расчета вертолетов, построению математических моделей НВ при вертикальном снижении в режимах вихревого кольца и др.

Модель четырехвинтовой летающей платформы

Модель тяжелой транспортной летающей платформы

К 1968 году произошло разделение первого факультета МАИ на факультеты самолето- и вертолетостроения и ракетно-космический факультеты. К этому времени на кафедре «Конструкции и проектирование вертолетов» определились два научных направления: экспериментально-проектировочные исследования преобразуемых летательных аппаратов с НВ со струйными закрылками (научный руководитель доцент В.Н. Далин) и проектно-конструкторские исследования самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП) с поворотными винтами и крыльями (руководитель доцент Ф.П. Курочкин). На кафедре сформировался аэродинамический цикл (руководитель доцент В.И. Шайдаков), который обслуживал оба направления и проводил самостоятельные исследования. Работал студенческий аэродинамический кружок, принимавший активное участие в научно-исследовательской работе.

Словом, все было подготовлено к организации на базе кафедры самостоятельного научно-исследовательского подразделения. В 1970 году приказом МАП и Минвуза СССР такое подразделение в составе научно-исследовательского сектора МАИ было создано. «Родилась» отраслевая научноисследовательская лаборатория по перспективному проектированию вертолетов, ее научным руководителем стал профессор И.П. Братухин. В роли заказчика, определяющего научную тематику лаборатории, выступал ЦАГИ. Лаборатория получила соответствующее финансирование и штаты, материально-техническое обеспечение, лабораторное и станочное оборудование.

В последующие годы в лаборатории проводились масштабные научно-исследовательские работы. По первому направлению они велись особенно широко. Экспериментально-проектировочными исследованиями преобразуемых летательных аппаратов с НВ со струйными закрылками сотрудники кафедры занимались в течение 20 лет, были защищены докторская диссертация (В.Н. Далин) и кандидатские (О.А. Завалов, А.Д. Козачук и В.Н. Переверзев). До 1985 года шли исследования и по второму направлению (проектно-конструкторские исследования самолетов вертикального взлета и посадки с поворотными винтами), по результатам работы изданы две монографии и защищена докторская диссертация (Ф.П. Курочкин). Работы по этому направлению велись конструкторским коллективом кафедры по планам отраслевой лаборатории и ЦАГИ. К проектным разработкам широко привлекались студенты-дипломники.

Целью исследований по первому направлению была оценка возможностей и эффективности применения НВ с управляемой циркуляцией на преобразуемых аппаратах вертикального взлета и посадки (АВВП) различного типа. Исполнителями работ были В.И. Шайдаков, Ю.М. Игнаткин, В.М. Монашев, О.А. Завалов, В.Д. Новиков, Б.Л. Артамонов, В.Н. Переверзев, А.Д. Козачук. На первом этапе проводились экспериментальные исследования по оптимизации профиля со струйным закрылком. Исследования велись в аэродинамической трубе Т-1 МАИ на моделях отсеков лопастей со щелевым соплом в хвостовой части профиля.

В 1971-80 гг. проводились теоретические исследования НВ с управляемой циркуляцией и проектные исследования по применению этого винта на вертолетах различного типа. Были разработаны методы аэродинамического расчета таких НВ и проведена оценка их энергетического совершенства. Выполнены проектные исследования эффективности применения НВ на многоцелевом, сверхтяжелом и скоростном вертолетах.

В 1981-83 гг. в аэродинамической трубе Т-1 МАИ проводилось изучение способов управления НВ посредством циклического выдува из щелевого сопла лопасти. Проведены стендовые исследования нестационарных характеристик воздушного тракта лопасти и определены потребные законы управления циклическим выдувом из щелевого сопла лопасти. В 1984-90 гг. на их основе велись проектно-изыскательские исследования винтокрылого АВВП с НВ, преобразуемым в Х-образное крыло.

Вследствие возникновения большой зоны обратного обтекания на отступающей лопасти во время остановки НВ возникла необходимость применения специального квазиэллиптического профиля с выдувом струй воздуха на переднюю и заднюю кромки. Аэродинамические характеристики такого профиля путем продувок отсека лопасти в аэродинамической трубе Т-102 и трансзвуковой аэродинамической трубе Т-106 ЦАГИ были определены в диапазоне чисел М = 0,1–0,85.

Для проектных исследований были разработаны методы и проведены расчеты аэродинамических характеристик НВ с управляемой циркуляцией как на вертолетных режимах, так и на режиме торможения вращения. Проведены проектировочные исследования АВВП с останавливаемым НВ, преобразуемым в Х-образное крыло, дана оценка эффективности применяемой несущей системы.

В семидесятых годах в связи с успехами электронно-вычислительной техники начинают интенсивно развиваться методы машинного проектирования (САПР) вертолетов. В связи с этим возникла необходимость в разработке специальных методов многокритериальной оценки эффективности вертолетов различного назначения и программ оптимизации их параметров, включающих в себя аэродинамические блоки. Исследования по этому направлению (научный руководитель доцент Ю.С. Богданов) велись в отраслевой лаборатории до 1988 года, их результаты были применены в работе вертолетных ОКБ.

Исследование аэродинамических характеристик профиля в аэродинамической трубе Т-106 ЦАГИ

К середине семидесятых годов на кафедре под руководством В.И. Шайдакова сформировался коллектив аэродинамиков. В него вошли наиболее способные выпускники кафедры, в их числе Ю.М. Игнаткин, А.Д. Маслов, Б.Л. Артамонов, В.И. Асеев и др. Разнообразие исследуемых перспективных схем вертолетов привело к необходимости создания универсальной теории несущего винта — теории, которая могла бы охватить воедино все возможные схемы несущих систем (включая многовинтовые) и все возможные режимы работы несущего винта. К 1982 году была создана обобщенная дисковая вихревая теория несущих винтов с «жестким» вихревым следом, пространственное положение которого устанавливалось расчетным путем. На основе этой теории разработаны комплексы методов аэродинамического расчета НВ и их систем различного уровня точности и составлена библиотека программ, которая использовалась как в научных исследованиях, так и в учебном процессе.

При решении аэродинамических задач, связанных с определением взаимовлияний несущих винтов в многовинтовых несущих системах, индуктивных скосов от несущего винта в области крыла, оперения, хвостового винта, возникает необходимость описать поле индуктивных скоростей за пределами диска НВ. Для этого нужно знать точное положение вихревого следа в пространстве, которое сильно зависит от его деформации вследствие самоиндукции. Вихри, сходящие с задней кромки лопасти, сворачиваются в концевые вихревые жгуты (первичное сворачивание) и образуют циклоидальный вихревой след, края которого стремятся свернуться в продольные жгуты (вторичное сворачивание), а серединная часть циклоид под их воздействием опускается вниз.

Созданная теория позволяет провести разложение всех элементов вихревого следа на продольные и поперечные компоненты, вычислить циркуляции продольных вихревых жгутов и определить их пространственное положение. Вследствие разности циркуляций правого (у=гс/2) и левого (у=Згс/2) вихревых жгутов появляется третий центральный вихревой жгут. На рис. 1 представлен график кривых, определяющих положение и форму продольных вихрей (вид сбоку) вертолета Ми-2, который совершает горизонтальный полет на высоте 20 м со скоростью 100 км/ч. Сюда же внесены данные (на графике они обозначены точками), полученные в летных испытаниях Ми-2 в 1973 году.

Участники аэродинамической группы развивали эту теорию применительно к различным несущим системам: А.Д. Маслов — к соосным НВ, Ю.М. Игнаткин — ко многовинтовым системам, А.В. Зорин — к автожирным НВ. Результаты работы внедрены в учебный процесс авиационных вузов страны, ими пользовались в своей деятельности вертолетные ОКБ. По этой тематике на кафедре защищен ряд кандидатских диссертаций.

По заказу различных отраслевых НИИ на кафедре выполнен ряд работ, имеющих практический выход. В 1980–1981 гг. по договору с ВНИИэлектромаш (Ереван) проведены исследования по аэродинамическому проектированию подвесных потолочных вентиляторов. Предложенный метод расчета параметров отбрасываемой турбулентной струи проверен в эксперименте с серийными вентиляторами. Выработан критерий, на основе которого предложен способ получения оптимальной аэродинамической формы металлических лопастей вентиляторов, намечены перспективы возможного улучшения характеристик потолочных вентиляторов осевого типа.

Сельскохозяйственный вариант Ми-2

Рис. 1. Продольные вихревые жгуты, сходящие с диаметрального сечения несущего винта

В 1982–1984 гг. по заданию НИПИгормаш (Свердловск) был выполнен комплекс исследований по оценке эффективности проветривания застойных зон при добыче полезных ископаемых открытым способом (карьеров) с помощью стационарных и передвижных вентиляционных установок, сконструированных на базе несущих винтов вертолетов и пропеллеров самолетов. В ходе этой работы создан метод расчета характеристик турбулентной воздушной струи, создаваемой винтом в присутствии экрана, предложен метод оценки эффективности вентиляционной установки через обобщенный критерий оптимальности, который учитывает дальнобойность струи и величину присоединенной массы воздуха. Были рассмотрены различные варианты вентиляционных установок с лопастями несущих винтов вертолетов Ми-2, Ми-4, Ми-8, а также пропеллера самолета Ан-2 и даны рекомендации по выбору оптимальных расстояний от винта до экрана. Было показано, например, что применение установки с пятилопастным НВ вертолета Ми-8 позволит обеспечить дальнобойность струи до 360 м, радиус зоны захвата загрязненного воздуха до 37 м при потребляемой мощности на привод установки 1670 кВт.

Кроме того, выполнялись хоздоговорные работы по аэродинамическому проектированию ветряков, а также по оптимизации режимов полета сельскохозяйственных вертолетов. В 1987 году во Всесоюзном конкурсе вузов на лучшую научно-исследовательскую работу цикл работ группы аэродинамиков кафедры «Конструкции и проектирование вертолетов» МАИ, выполненных под руководством В.И. Шайдакова, был отмечен второй премией.

В отраслевой лаборатории кафедры и в дальнейшем велись исследования, имеющие четкий практический выход. В частности, в 1987 году по договору с ВНИИ ПАНХ ГА (Краснодар) проводились работы по внедрению созданных математических моделей несущих систем. Цель исследования — определение летных и агротехнических характеристик сельскохозяйственных вертолетов при выполнении авиационнохимических работ. Модель вихревого следа соосного НВ вблизи земли представлена в виде двух вихревых жгутов вместе с их зеркальным отражением относительно земли. На рис. 2 виден характер деформации вихревых жгутов в двух проекциях. Совпадение расчетных и экспериментальных данных удовлетворительное.

Другим важным научным направлением лаборатории в области аэродинамики НВ было исследование режимов вихревого кольца и авторотации. Первые публикации, в которых исследовались вопросы вертикального снижения вертолета, были сделаны в 1961 году. В основу исследования режимов снижения с подводимой к НВ мощностью положена модель турбулентной струи во встречном потоке. Вследствие размывания струи снизу образуется граница раздела потока. Теория турбулентной струи предполагает, что при размывании количество движения в струе сохраняется постоянным. При этом на верхней границе раздела потоков обтекание может быть с отрывом струй, поэтому интеграл давлений по контрольной поверхности в уравнении импульсов не равен нулю, что необходимо учитывать.

В последующих работах, посвященных исследованию режимов снижения вертолета по наклонной траектории, сопротивление НВ от встречного потока в режимах вихревого кольца моделировалось вихревым цилиндром из кольцевых вихрей, сходящих с краев диска НВ и уносимых потоком вверх. Такой подход позволил получить расчетную модель НВ для режимов крутого снижения вертолета на любых положительных углах атаки (на рис. 3 показан график индуктивных скоростей для положительных углов атаки).

Работы 60-х годов по теории «винта в кольце» нашли свое последующее развитие применительно к рулевым устройствам одновинтовых вертолетов типа «фенестрон». В 1972 году В.И. Ханжонков (ЦАГИ) опубликовал материалы по испытаниям воздушных коллекторов для винтов, работающих в канале. Это позволило разработать теорию, в которой система «винт в кольце» рассматривалась как воздушная сеть, состоящая из коллектора, вентилятора и диффузора. Потери давления на каждом участке сети брались из эксперимента. Наличие развитого диффузора увеличивало относительную тягу кольца до 60 % при относительном радиусе кривизны коллектора 30 % от радиуса канала. Проведены исследования оптимальных углов раскрытия диффузора и относительного КПД винта. Разработаны методы аэродинамического расчета фенестрона в режимах работы на месте и осевой обдувки спереди. Было показано, что при осевой обдувке тяга на коллекторе кольца быстро падает, что сильно ухудшает тяговые характеристики фенестрона.

К концу восьмидесятых годов наметились перестроечные тенденции в экономике страны. Финансирование отраслевой лаборатории по перспективному проектированию вертолетов было прекращено. К этому времени на кафедре сложился прочный научный коллектив высококвалифицированных преподавателей и сотрудников, который был способен преодолеть все трудности, поэтому научно-исследовательские работы продолжались как по линии госбюджета, так и по хозрасчетной тематике.

Рис. 3. График индуктивных скоростей НБ на режимах крутого снижения для любых положительных углов атаки

Рис. 2. Картина продольных вихревых жгутов для несущего винта вертолета Ка-26 в полете вблизи земли

Продувочная модель АКЛА конструкции А.И. Филимонова

Малоразмерный привязной вертикально взлетающий аппарат

В последние годы на кафедре продолжаются работы по проектированию и испытаниям аппаратов с несущей системой «винт в кольце». Это и дистанционно пилотируемый аппарат (ДПЛА) с соосными винтами, и привязной аппарат с электроприводом несущего винта. Для исследования аэродинамических характеристик ДПЛА была изготовлена продувочная модель и проведены испытания в аэродинамической трубе Т-1 МАИ.

Проектирование ДПЛА явилось естественным продолжением работ по созданию привязного дистанционно пилотируемого вертикально взлетающего аппарата, выполненного по схеме «винт в кольце». Работы велись в рамках СКБ кафедры под руководством ст. преподавателя В.М. Монашева. Привод соосных НВ диаметром 1 м осуществлялся от трехфазного асинхронного электродвигателя мощностью 4 кВт, питающегося от наземного источника, управление по курсу — с помощью воздушных рулей, установленных в кольце, по крену и тангажу — посредством автомата перекоса. Максимальная тяга аппарата составляла 260 Н при массе конструкции 18 кг. Аппарат был снабжен системой автоматической стабилизации и в испытаниях (1989 г.) показал хорошую устойчивость и управляемость.

Для экспериментальных исследований аэродинамических характеристик аппарата был построен специальный испытательный стенд с тензометрическими датчиками и весами. Полученные результаты использовались для проектирования последующей модификации аппарата массой 28 кг с двигателем мощностью 10 кВт и подъемной силой 560 Н. Его летные испытания были проведены в 2003 году.

Проектирование ЛА, имеющих в своей конструкции систему «винт в кольце», велось в начале 90-х годов по заказу НПК «Экотранс» (Тюмень). В рамках хоздоговорных НИР были выполнены работы по аэродинамическому проектированию несущей и движительной винтовых систем аэростатического комбинированного ЛА конструкции А.И. Филимонова. Аппарат представлял собой гибрид самолета, аэростата и вертолета с сильно развитой центральной частью корпуса в виде тора, внутренняя полость которого заполнялась легким газом.

На основании полученных результатов был спроектирован и построен на Тюменском судоремонтном заводе малоразмерный летный вариант аппарата. Его испытания проходили в 1995 году. Аппарат совершал полеты с работающей винтовой несущей системой, однако не смог выйти на расчетный самолетный режим из-за недостатка мощности.

В 1995 году по заказу коммерческого предприятия велось проектирование тяжелых многовинтовых летающих платформ, предназначенных для выполнения крановых операций в строительных работах. Несущие винты устанавливались с перекрытием в едином кольцевом обтекателе, внутренняя полость которого заполнялась легким газом, что обеспечивало аэростатическую разгрузку аппарата. На данную конструкцию был оформлен патент (№ 208014, авторы Л.Г. Крицкий, О.А. Завалов, В.И. Шайдаков).

В начале 90-х годов аспирант кафедры A.В. Зорин под научным руководством B.И. Шайдакова принимал участие в аэродинамическом проектировании автожира, создаваемого в ОСКБЭС МАИ. Автожир «Авиатика-МАИ 890А» разрабатывался на базе серийно выпускаемого самолета «Авиатика-890». Конструкция аппарата позволяла своими силами смонтировать вместо крыльев автожирную приставку, представляющую собой двухлопастный винт с общим горизонтальным шарниром и непосредственным управлением в поперечном канале. Продольное и путевое управление осуществлялось с помощью самолетных рулей.

Для выполнения аэродинамических расчетов на базе обобщенной дисковой вихревой теории были разработаны специальные методы, позволяющие исследовать все аэродинамические характеристики авторотирующего винта. С их помощью определены ЛТХ автожира в различных условиях полета, аэродинамические нагрузки, действующие на НВ, характеристики устойчивости и управляемости. Проектные данные автожира: взлетная масса — 350 кг, максимальная скорость — 130 км/ч, дальность полета — 300 км, потолок — 3000 м. К 1995 г. успешно прошли летные испытания аппарата.

В 1998 году начались проектные работы над сельскохозяйственным автожиром МАИ-205, предназначенным для выполнения авиационно-химических работ.

Основные параметры автожира: взлетная масса — 500 кг, максимальная скорость — 120 км/ч, потолок — 2000 м. В 2000–2001 гг. проведены летные испытания автожира.

Приход в 1995 году на преподавательскую работу академика РАН М.Н. Тищенко внес живую струю в проектно-конструкторскую деятельность кафедры. Под его руководством по заказу ОАО «Роствертол» конструкторы, аэродинамики и динамики кафедры вместе со специалистами МВЗ им. М.Л. Миля приступили к разработке эскизного проекта легкого многоцелевого вертолета Ми-60 МАИ. В процессе работы над проектом была изготовлена модель вертолета и проведены ее экспериментальные исследования в аэродинамической трубе Т-1. Полученные зависимости коэффициентов сопротивления, подъемной силы и момента тангажа корпуса вертолета положены в основу расчета балансировочных и летно-технических характеристик ЛА. Расчеты велись с использованием методов и программ, разработанных на базе обобщенной дисковой вихревой теории винта. Максимальная скорость полета вертолета составляет 210 км/ч. В случае отказа одного из двигателей вертолет может продолжать полет со скоростью 60-130 км/ч на высотах до 2000 м либо найти подходящую площадку и совершить безопасную посадку.

Изготовлен полноразмерный технический макет вертолета, экспонировавшийся на международном авиасалоне МАКС-2001, выполнены исследования аэродинамических и динамических свойств вертолета, а также характеристик его управляемости. В 1998 году заведующим кафедрой стал канд. техн. наук доцент Ю.М. Игнаткин — воспитанник кафедры, высококвалифицированный специалист в области аэродинамики вертолета. С 1992 года он ведет научное направление по расчетно-экспериментальным исследованиям новых перспективных несущих винтов со специальными законцовками лопастей. В дозвуковых и трансзвуковых аэродинамических трубах МАИ, а также на оборудовании кафедры проведены продувки различных типов законцовок, изучены физические процессы формирования сходящих с них вихревых образований, что позволяет искать пути совершенствования геометрических форм лопастей с высокими аэродинамическими характеристиками. Работы ведутся совместно с кафедрой аэродинамики МАИ и ОАО «Камов».

Кроме исследований в области квазилинейных дисковых вихревых теорий НВ, на кафедре ведутся разработки его нелинейных математических моделей в режимах осевой обдувки. В 1988–1995 гг. на базе нелинейной лопастной теории НВ рассматривалась модель вихревого следа по схеме Лэндгриба — с концевыми вихревыми жгутами и внутренними дискретными вихревыми пеленами. Для этого разработаны математические методы по определению размеров ядер концевых вихревых жгутов, в которые сворачивается периферийная часть вихревых пелен, а также по определению их скоростей перемещения под действием самоиндукции вследствие их искривленности. Показано, что в своем движении концевые вихри отстают от движения внутренних вихревых пелен, что приводит к сильной деформации всей вихревой структуры. При этом наблюдается быстрое поджатие отходящего от винта вихревого следа. Все это находится в полном соответствии с известными экспериментальными данными. Из расчетов следует, что дискретность и нелинейность вихревого следа оказывают заметное влияние на распределенные по лопасти аэродинамические нагрузки, особенно в концевых сечениях лопастей из- за влияния концевого вихря от впереди идущей лопасти. Влияние нелинейности на интегральные аэродинамические характеристики НВ менее заметно.

Автожир МАИ-205

Полноразмерный технический макет вертолета Ми-60 МАИ

В последние годы на базе обобщенной дисковой вихревой теории на кафедре велись разработки математической модели НВ в режимах осевой обдувки. Было показано, что решение сводится к рассмотрению системы кольцевых вихрестоков, распределенных по поверхности активного диска. Закон распределения по диску НВ погонной интенсивности вихрей и стоков находится в зависимости от исходного закона циркуляции Г(г) и определяется из решения интегрального уравнения.

…В заключение следует сказать, что кафедра бережно хранит заветы своего первого научного руководителя академика Бориса Николаевича Юрьева, который говорил: «Преподаватель только тогда отвечает своему основному назначению, когда находится на переднем крае науки». Следуя этому завету, коллектив кафедры проводит большую работу по внедрению новейших научных разработок в учебный процесс, создавая на их основе учебные пособия и включая их в тематику курсового и дипломного проектирования. Это позволяет выпускать грамотных, высококвалифицированных специалистов, подготовленных к требованиям сегодняшнего дня.

МНЕНИЕ