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.