из области аэродинамики

[Sonyc]

   Один мой знакомый с четвертого курса Аэрокоса как-то стал мне объяснять про подъемную силу лопастей вертолета... И говорил он, что эта сила есть результирующая от центробежной и еще чего-то. Рассказывал, что у них на лабораторной, чтобы при раскрутке лопастей вертолет не взлетал, на лопасть вешали что-то тяжелое, и тогда он... не взлетал. Даже при совсем больших оборотах. И вот я никак не мог понять, почему это так. То есть, почему результирующая, при чем тут вообще центробежная. Я спорил, а он говорил, что я рассуждаю с точки зрения механики, а надо с точки зрения аэродинамики, вот как он. И вот мне все-таки интересно, как там все в конечном счете устроено и действует. Кто знает, не поленитесь - напишите?

[4UDO-DesertWind]

В кратце.
Профиль лопасти вертолета в сечении очень схожа с профилем крыла самолета.
Подъемная сила винта складывается из подъемной силы каждой лопасти отдельно.
Подъемная сила лопасти получается из-за того,что профиль лопасти имеет кривизну,благодаря которой при движении лопасти вперед на верхней части лопасти создается зона разряжения,а на нижней части лопасти создается зона избыточного давления.Соответственно,воздух стремится из зоны повышеного давления в зону пониженого давления,т.о. он давит на лопасть вверх,создавая подъемную силу.
Это всё в очень упрощенном варианте,без учета вообще всех факторов.Так сказать,принципиальная схема работы профиля.
Теперь,что такое центробежный тормоз.Вообще,называется он "центробежный тормоз-компенсатор".Это не "тяжелая штука",как выразился твой друг.И тяжелой она быть не может,иначе лопасти винта при режимах от 98-99% до 105% поотрывает начисто.Этот тормоз представляет собой достаточно легкий плоский блин,который закрепляется на конце лопасти.Твой друг был прав,их вешают на каждую лопасть специально для того,чтобы при выходе вертолета на взлетные режимы он не отрывался от бетонки.
Происходит это следующим образом:
Этот блин,висящий на конце лопасти,создает очень большое аэродинамическое сопротивление.В результате,чтобы раскрутить винт до определенных оборотов необходимо преодолеть сопротивление не только самого винта,но ещё и сопротивление тормозов.В результате,когда двигатель выходит на режимы больше 100%,т.е. взлетные,винт ещё не создает необходимой для взлета вертолета тяги,т.е. эти тормоза забирают от двигателя дополнительную мощность.
Опять же,это все в принципиальном виде,без учета огромного количества всяких факторов.

[Sonyc]

про кривизну и разность давлений я знаю, а про результирующую силу и про принцип работы тормоза-компенсатора мне все еще интересно)
Может, есть ссылочка на статью какую..?

[4UDO-DesertWind]

Ссылок на статьи у меня нету.Нам лекции без статей читают:)
Вобщем результирующая сила в сечении крыла(лопасти) складывается из 4-х основных сил:сила тяжести,подъемная сила,сила лобового сопротивления и собственно силы,которая заставляет крыло(лопасть) двигаться вперед.
Сила тяжести - это вес крыла(лопасти).
Сила лобового сопротивления - суммарная сила нескольких других сил.О них не буду ибо долго и непонятно будет.Суть в том,что она направлена против движения крыла(лопасти) и оказывает отрицательное действие.
Подъемная сила - это сила,возникающая из-за разности давлений на разных кромках крыла(лопасти).
Ну и последняя сила - это собственно сила,которая дает двигатель для движения крыла(лопасти) вперед.
Результирующая сила определяется векторной суммой всех вышеописаных сил.
Тормоз-компенсатор же увеличивает силу лобового сопротивления.
Лучше показать на примере.В качестве такого возьмем вертолет Ми-8,на котором отрабатывается практика по запуску и на котором все видят этот тормоз-компенсатор первый раз в жизни.
У него 2 двигателя мощностью 1500л.с. Взлетный режим начинается после 100%.Таким образом,для того чтобы взлететь вертолету,его силовой установке надо выдать суммарную мощность в 3000л.с. и тогда винт раскрутиться до взлетных 105об/мин. Это на "легком" винте.
Если мы вешаем тормоза-компенсаторы(делаем винт "тяжелым"),то суммарная мощность в 3000л.с. не способна разогнать винт до взлетных оборотов,хотя выдает всю свою мощность.Т.е. не происходит отрыва вертолета от земли.
Используется это для того,чтобы можно было проводить технологические работы на двигателе,требующие его включения и выведения на взлетные режимы.Ведь нельзя проверять двигатель в воздухе,поэтому надо,чтобы вертолет не взлетал.

[Sonyc]

   Понимаешь, мне он рисовал такой параллелограмм (векторная сумма), где одна сторона - сила тяги (вверх), а другая - центробежная (в сторону). И результирующая оказывалась по диагонали. А когда вешают тормоз, - говорил он,- центробежная увеличивается и результирующая принимает более горизонтальное положение, как итог - вертолет не взлетает.  
   То, что ты рассказывал, я все знал. Про 4 силы - это я в книжке про самолеты читал. И думал, что принцип работы лопастей вертолета, как и лопастей винта самолета винтового не отличается.
   Кстати я так понял, что принцип работы тормоза-компенсатора строится на законе сохранения момента импульса (mvr). Так? Если так, то скорость лопастей меньше => подъемная сила не достаточна. Тогда, вроде как, стройная картина получается... И сюда можно запихать этот параллелограмм)))
   Вообще непонятно получается, когда опускаются некоторые величины и законы, лучше все подробно...

[4UDO-DesertWind]

Ну,в принципе так и есть.Поэтому он и называется "тормоз",что уменьшает скорость вращения.
Только надо внести некоторую ясность.В том параллелограмме,который он тебе рисовал,центробежной силы нету вообще.Центробежная сила стремиться оторвать лопасть от оси,т.е. действует в плоскости винта,а не в плоскости профиля.
В параллелограмме участвует сила лобового сопротивления лопасти,которая как раз действует против движения.
Если расписывать полностью,не опуская всяких подробностей и мелочей,то форума не хватит.У меня курсач по аэродинамике самолета занял 30 с лишним листов и полтора десятка графиков.Сопротивление крыла же заняло около 3-х листов опять же без учета части сопротивлений.Поэтому,если хочешь все в подробностях,то надо либо лично встретиться,либо почитать учебник аэродинамики,либо поговори со своим другом,чтобы он более подробно тебе все объяснил.

[Sonyc]

   Вообще у него с Русским языком иногда промахи бывают, он мог вполне назвать что-то центробежной силой...
   Хотя это странно, что ты говоришь... Сила лобового сопротивления пропорциональна скорости движения, соответственно, когда лопасть с тормозом, она меньше.

[4UDO-DesertWind]

Сила лобового сопротивления пропорциональна очень и очень многим вещам,например коэффициент силы лобового сопротивления,площадь поверхности,плотность воздуха и прочее.К тому же,очень многие из этих зависимостей нелинейные.Поэтому так сразу брать и утверждать,что вот скорость уменьшилось и сопротивление уменьшиться нельзя.
К тому же,надо учитывать,что скорость уменьшается не на порядки и не в разы,она уменьшается очень незначительно и уменьшается лишь максимальная скорость.Т.е. чисто формально,сопротивление лопасти как-бы не достигает своего максимума,но находится достаточно близко к нему.Этого хватает чтобы вертолет не взлетел едва-едва.К примеру,во время моей практики год назад на опробовании вертолета он умудрился оторваться от земли.Остался на полосе лишь благодаря троссовому сцеплению с бетонкой.А так прыгали где-то на пол метра в высоту,хотя все тормоза висели и такого быть по идее не должно.

[Sonyc]

  И все же в данном случае сила сопротивления пропорциональна (или почти) скорости, поскольку плотность воздуха условно не меняется (изменения пренебрежимо малы, если скорость меняется незначительно), площадь поверхности постоянна. А говорить, что сила пропорциональна коэффициенту, по-моему, не правильно, так как этот коэффициент постоянный и имеет искуственное происхождение, в физической модели его нет, только в математической. И вот ты опять говоришь: "...и прочее". Тогда напиши формулу силы сопротивления, распиши величины... А то так непонятно((
  А еще можно расписать подъемную силу и общую формулу результирующей, тогда будет еще понятней
  Кстати как-то на олимпиаде встречал задачку про вертолет, который вез груз, и надо было определить макс. массу груза, даны длина лопасти, масса вертолета, и, по-моему, еще скорость вращения. И  все.
Там, конечно, куча упрощений и допущений, но... Все не так уж сложно)))
                          (правда я ее так правильно и не решил...)

[liberal]

и тогда винт раскрутиться до взлетных 105об/мин.

Не знал, что такие малые обороты.

[4UDO-DesertWind]

liberal

Не знал, что такие малые обороты.

Длинна лопасти на Ми-8 составляет 5м + ещё около 0,5м от оси до начала лопасти.
Линейную скорость на концах лопасти считай сам.
Sonyc
Ну у тебя есть несколько ошибок.Точнее даже не ошибок,а тех самых упрощений,которые могут существенно изменить картину.
Во первых,при достаточно больших линейных скоростях плотность воздуха все таки меняется.При чем,если скорость доходит до 0,8-0,85М,то это изменение уже оказывает существенное влияние.
Во вторых,площадь поверхности не совсем постоянна.Лопасть любого винта всегда вращается относительно какой-либо своей продольной оси.Это существенно изменяет её характеристики,причем все.
В третьих,коэффициент лобового сопротивления величина не математическая,а именно физическая.О ней в школьном курсе физики не говорят,т.к. к физике как таковой он отношения не имеет.Он уже из курса аэродинамики,проходят его на 3-м курсе универа.
Все формулы расписать тут не представляется возможным в принципе,т.к. они очень и очень громоздкие.Если кому интересно,могу выложить свой курсовой по аэродинамике.Там есть все формулы,графики и описания всех необходимых величин.Только прошу учесть,что там идет расчет реактивного самолета,не имеющего винтов.Поэтому опять же будут определенные допущения,но принцип понять уже можно будет.
Хотя,в принципе,ты прав в том,что лобовое сопротивление на докритических скоростях пропорционально квадрату скорости,а всем остальным величинам уже линейно.Но тут опять надо учесть то,что я говорил выше,т.е. то,что скорость меняется не так значительно,а площадь и коэффициент лобового сопротивления лопасти очень сильно.

[Evan]

Sonyc
Похоже твой друг изначально перепутал центробежную силу с окружной скоростью или хз с чем

Не знал, что такие малые обороты.

Это тебе не ротор вентилятора, примерно, такие они наврно должны и быть, кстати диаметр нам Чудо не то скозал - у него 21,3м, то бишь длина лопасти около 10м. Вот интересно у Ми-6 - какие обороты. У этого вертолёта самые длинные лопасти в мире - 35 метров - диаметр главного винта
4UDO-DesertWind
Конечно рассказ в начале с цифрами был интересен, но немного некорректен, и тем более непонятен, особенно тем, кто не в курсе. У вертолётов режим работы силовой установки характеризуется не 1 параметром, как на самолёте (обороты), но ещё и крутящим моментом винта, вот и получается где вы там 100% выставляли - непонятно.

Потом мне стал непонятен момент (чисто мой вопрос, для себя), зачем мучать лопасти, вешать на них всяку хрень, для того чтобы добиться при тех-же оборотах большего крутящего момента (как я понял из твоего рассказа), если можно шаг винта увеличить до максимума и получить то-же самое (если конечно максимальный угол атаки винта не является взлётным)

Ещё был какой-то спор, от чего зависит сопротивление винта. При одном и томже винте, такой-же высоте и погоде, сопротивление будет зависеть только от величины оборотов и шага винта (угла атаки).

[4UDO-DesertWind]

Evan
Работа двигателя на вертушке вообще много чем характеризуется.
Про длинну лопасти мог забыть,все данные в голове не держу.Но суть,в принципе,от этого мало меняется.
Вся проблема как раз в том,что максимальный шаг винта и есть на взлетном режиме,дальше увеличить его уже нельзя,а сопротивление добавить надо и мощность с движка надо снять взлетную.Вот и вешают тормоза.Немного снижают скорость,зато очень сильно увеличивают сопротивление.

[Evan]

Evan
Работа двигателя на вертушке вообще много чем характеризуется.

Ясен хрен у двигателя измеряемых параметров с 20 набежит, только эти основные, которые как раз характеризуют работу самого винта, для пилота кроме этих ещё от двигателя важный параметр только Тг* или Тт* (у кого как) больше на панель ничего и не выводиться важного с движка в вертолёте по моему (хотя точно не помню).

Насчёт шага спросил, потому, как забыл, какой максимальный на вертолёте, у винтовых самолётов максимальный момент можно выжать если поставить лопасти во флюгирование, хотя и к этому редко прибегают, обычно просто привязывают самолёт покрепче, или если реактивный к газоотбойнику его пристёгивают и аля-улю.

[4UDO-DesertWind]

В кабину на вертушке с двигателя выводится тяга в процентах,температура газа,обороты и ещё пара параметров,которые я уже не помню.Причем всё,кроме тяги выводится лампочкой-сигнализатором,а не прибором.Там в принципе пофигу какое значение параметра,лишь бы закритическим не было.