Ранцевый десантно-штурмовой вертолет

А электродвигателем с маховичным накопителем нельзя раскручивать? То есть сначала 'раскрутили' электродвигателем (который в нормальном режиме генератор) маховик, а потом маховиком провернули винт. Маховик, ессно, на понижающем редукторе и со сцеплением .

hcube>А электродвигателем с маховичным накопителем нельзя раскручивать? То есть сначала 'раскрутили' электродвигателем (который в нормальном режиме генератор) маховик, а потом маховиком провернули винт. Маховик, ессно, на понижающем редукторе и со сцеплением .
Можно, но вес, вес...

Такой двигатель по сути является ТРД. Действительно, можно представить себе ТРД с компрессором и турбиной расположенными не на одном валу, а на одном диске – центробежный компрессор ближе к оси вращения, затем камера сгорания, затем турбина. Вырежьте из такого диска узкий сектор – получится наш ТРД - лопасть. На входе и выходе в него можно поставить параллельный пакет лопаток поворачивающих поток на 90 градусов (аналог лопаток компрессора и турбины обычного ТРД). Относительно малые обороты компенсируются большим радиусом вращения. Сечение лопасти в 30см2 эквивалентно обычному круглому двигателю диаметром 6см. Для ТРД удельная лобовая тяга (т.е. отношение максимальной тяги к наибольшему поперечному сечению двигателя (к площади миделя)) на стенде равна 80-100кН/м2. Тогда получается двигатель диаметром 0,06м может развить тягу до 23кгс. Расход топлива для двух ТРД при такой тяге составит 32кг/час. Думается, однако, что тяга 2х23кгс для нашего аппарата чрезмерна. Например для вертолета В-7 с максимальной взлетной массой в 1050кг и диаметром несущего винта 11,6м тяга ТРД 2х56кгс. Тогда, с учетом того что у «Юлы» нагрузка на обметаемую винтом площадь вдвое больше чем у В-7, для нее достаточно 2х16кгс при расходе топлива 32х0,7=22кг/час – это на взлетном режиме, в крейсерском полете расход будет меньше примерно на 1/3. Снизить расход топлива можно увеличив диаметр винта (т.е. уменьшив весовую нагрузку на обметаемую площадь). При диаметре в 4м (две лопасти около 2м длиной можно переносить) расход на взлетном режиме составит примерно 12,4кг/час – вполне приемлемая цифра. ИМХО и качество лопастей несущего винта со времен В-7 стало лучше. Так что увеличение диаметра может и не понадобиться.
Запуск ТРД – лопасти можно осуществлять предварительной раскруткой винта небольшими пороховыми ракетами (типа тех, что запускаются из обычной сигнальной ракетницы калибра 23мм). Их устанавливают в гнезда на конце лопастей несущего винта, порох поджигается встроенным электрозапалом через контактные кольца на корпусе ракеты. После раскрутки картонный корпус ракеты выбрасывается из гнезда набегающим потоком воздуха. Пороховые турбостартеры (конечно другой конструкции ) давно применяются для запуска ТРД.

[ 27-04-2003: Message edited by: Serg Ivanov ]

Timofey>>Если посчитать "на коленке" - 40..45 л.с.
aaz>На Ка-8 так и было - 33 кВт / 45 л.с. ("спиртовый" вариант). Но дело в том, что там была сооска диаметром 5,6 м при Gо=275 кг. А если на одинарный винт всего в 3 м повесить 200 кг, то мощности 45 л.с. не хватит - необходимо поднять.

На "сооску" не обращайте внимания. Она несильнно портит расчеты
Если уточнить по 40..45 л.с., то этой мощности будет достаточно (в первом приближении), чтобы оторвать аппарат с указанными Вами параметрами от земли на высоте 0 м (в МСА). Но Вам же захочется не просто оторвать его от земли, но и какую-то скроподъемность и статический потолок иметь? Вот на это и понадобится избыток мощности.
Посчитать можно просто: существует Формула Вельнера (или формула "степени двух третей") для несущих винтов, которая связывает тягу винта, диаметр винта и его относительный КПД с мощностью на валу (с учетом плотности воздуха на даннной высоте). Формулка давнишняя, но позволяет делать прикидки с приемлемой точностью.

Timofey>На "сооску" не обращайте внимания. Она несильнно портит расчеты
Посмотрите статейку: Чьи вертушки лучше?
Получается, что даже и не портит, а наоборот.

Timofey>существует Формула Вельнера
Дык, и прикинули бы - где я ее найду?..

S.I.>... Снизить расход топлива можно увеличив диаметр винта (т.е. уменьшив весовую нагрузку на обметаемую площадь)...

Изменяя диаметр винта, Вы изменяете также и центробежную силу, действующую на лопасти НВ. Ведь, в отличии от крыла самолета, для лопасти НВ вертолета основная нагрузка - именно центробежные силы.
Увеличение действующей на лопасти цб силы приводит к вынужденному увеличению ее силовых элементов, что опять утяжеляет лопасть и все начинается заново...
Для маленьких лопастей (с маленькой хордой) все это довольно критично. Учитывая, что Вы туда бак все запихиваете.

Timofey>Можно попробовать соблюсти строгость: поднимите относ. КПД соосного винта на 2..4%
Рудых говорил, как мне кажется, о более значимой цифре.

Timofey>Коряво, но попробую: T=(33,25*sqrt(n)*D*N*h)^(2/3)
А коэффициент заполнения винта сидит непосредственно в к.п.д.?

Timofey>>Можно попробовать соблюсти строгость: поднимите относ. КПД соосного винта на 2..4%
aaz>Рудых говорил, как мне кажется, о более значимой цифре.
Ну в глубокой научной теории эта разница может употребляться как и 12% (встречал такое). Но если аккуратно привести к "прочим равным условиям" те 4% и получим.
// раньше считалось 3%, потом аж до 5% дошли. 4% - серединка


Timofey>>Коряво, но попробую: T=(33,25*sqrt(n)*D*N*h)^(2/3)
aaz>А коэффициент заполнения винта сидит непосредственно в к.п.д.?
Относительном КПД.
Здесь, эта формула используется для оценочных расчетов, "по готовому винту". "Готовый" - берем из статистики, дабы не зарываться в расчетах самого винта.

S.I.>>... Снизить расход топлива можно увеличив диаметр винта (т.е. уменьшив весовую нагрузку на обметаемую площадь)...

Timofey>Изменяя диаметр винта, Вы изменяете также и центробежную силу, действующую на лопасти НВ. Ведь, в отличии от крыла самолета, для лопасти НВ вертолета основная нагрузка - именно центробежные силы.
Timofey>Увеличение действующей на лопасти цб силы приводит к вынужденному увеличению ее силовых элементов, что опять утяжеляет лопасть и все начинается заново...
Timofey>Для маленьких лопастей (с маленькой хордой) все это довольно критично. Учитывая, что Вы туда бак все запихиваете.
Баку там делать нечего, а с увеличением диаметра уменьшают обороты, так что цб та же.

Timofey>>На "сооску" не обращайте внимания. Она несильнно портит расчеты
aaz>Получается, что даже и не портит, а наоборот.
Да не сказывается. Можно попробовать соблюсти строгость: поднимите относ. КПД соосного винта на 2..4% по сравнению с таким же одиночным. Расчеты далее не меняются.
// а потом отдайте лопасти на изготовление и плакали эти 4%.


Timofey>>существует Формула Вельнера
aaz>Дык, и прикинули бы - где я ее найду?..
Коряво, но попробую: T=(33,25*sqrt(n)*D*N*h)^(2/3) , где:
Т - тяга винта [кгс];
n - относительная плотность воздуха на данной высоте;
D - диаметр винта [м];
N - мощность на валу [л.с.];
h - относ. КПД винта (обычно 0,7..0,73 для хороших винтов).

Сравнивать Ми-24 и Ка-50 как-то не очень :-/ Профиля на лопастях принципиально разные (отчасти и это сказывается). Обычно ограничиваются парами Ми-24 с Ка-29 (кажется и там и там NACA) и Ми-28 с Ка-50.
Оценка скоропоъемности соосных вертолеты не просто субъективна. Обычно начало пилотажа камовских вертолетов начинается с простой фигуры "вертушки": вертикальный набор высоты с режима висения. Чаще всего выполняется (особое издевательство над "милевцами") с вращением вертолета вокруг вертикальной оси. Приличная скороподъемность заметна даже на глаз.


В сравнении КПД есть свои классические недосказанности: сравнивать винты и сравнивать вертолеты - разные вещи и при сравненнии нужно помнить, соосный винт не просто имеет более высокий КПД, но при этом создает и большую тягу (а то сравнивают часто КПД при равных тягах).


Ну "лекция" - так лекция (по материалам одного студента):


Ранее Бурцевым Б.Н, Вайнштейном И.М. было показано, что соосная несущая система при разносе винтов равном h=0,2 имеет на висении на 10% больший КПД, чем одиночный винт равного диаметра [1]. ... Для сравнения КПД, удобно рассмотреть площади активного диска одиночного и эквивалентного активного диска соосного винта.

Очевидно, что феномен высокого относительного КПД соосного винта заключается в дополнительной площади подсасывания dF, которая определяется степенью поджатия струи верхнего винта в плоскости нижнего (радиус r=0,85). Таким образом, эффективный диаметр системы соосных винтов больше ее физического диаметра за счет подсоса нижним винтом дополнительной массы воздуха из-за разноса вв и нв по высоте на величину h=0,2. Нетрудно показать, что площадь эквивалентного соосной системе одиночного диска выражается как
F_э = F_од + dF = F_од + F_од*(1-r²) = F_од*(2-r²)
... Используя известую формулу Вельнера, подставив в нее физический диаметр одиночного и эффективный диаметр соосного винта, получим, что при равных тягах винтов и одинаковой подводимой мощности
...
h_со/h_од = D_э/D_од = Sqrt(F_э/F_од) = Sqrt(2-r²)
Подставив значения
h_со/h_од = Sqrt(2-0,85²) = 1,13
Т.е. соосный винт имеет на 13% больший относительный КПД, чем одиночный.
Если принять в формуле Вельнера равенство диаметра одиночного винта и эффективного диаметра соосного винта, а также равенство подводимой к ним мощности, получим
T_со/T_од = (h_со/h_од)^2/3 = (1,13)^2/3 = 1,085
Т.о. соосный винт имеет на 8,5% большую тягу, чем одиночный.


Вроде бы неплохо. Те самые 13% КПД - "что и требовалось доказать". Тем более все это подтверждено продувками моделей винтов в ЦАГИ. Но...
В реальном случае, при равенстве подводимых к одиночному и соосным винтам мощностей, соосный винт имеет преимущество как в относительном КПД, так и в развиваемой тяге. Т.е. о чем говорилось в самом начале. Эффект и там и там действует одновременно.


КПД по определению равно
h = N_и/N
отсюда, отношение КПД соосного и одиночного винтов составит
h_со/h_од = N_{и со}/N_{и од} * N_од/N_со
При равенстве подводимых мощностей, отношение КПД винтов равняется отношению идеальных мощностей этих винтов. Ранее В.И. Шайдаковым был введен коэффициент X_с, равный отношению идеальных мощностей соосного и эквивалентного винта [2]
X_с = N_{и со}/N_{и э}
X_с = Sqrt(2/(1+t)) = Sqrt(2/(1+1,23)) = Sqrt(0,8969) = 0,947
Таким образом, КПД реального соосного винта больше на 5,3%, чем одиночного винта равного диаментра.


Вот это другое дело.
t тут - отношение тяг верхнего (вв) и нижнего (нв) винтов соосного вертолета. Они не равны для сохранения баланса моментов от каждого винта. Ведь нижний винт большей частью работает в потоке от верхнего винта.


Отношение тяг соосного и одиночного винтов можно легко найти из того же выражения Вельнера с учетом полученного значения отнношения КПД
T_со/T_од = (h_со/h_од * D_со/D_од)^2/3 = (1,055 * 1,13)^2/3 = 1,11
Т.е. соосный винт имеет на 11% большую тягу, чем одиночный равного диаментра.


Но это все касалось изолированных винтов (не вертолетов). А летаем-то мы на вертолетах.


Все рассмотренные выше оценки проводились при равенстве мощностей подводимых к винтам. Однако, одиночный несущий винт с механическим приводом, в отличие от соосного винта, не может применяться без дополнительного хвостового винта или другого устройства компенсирующего реактивный момент и обеспечивающего путевое управление. В свою очередь, хвостовой винт требует для привода дополнительных затрат мощности силовой установки. У современных вертолетов эти затраты на режиме висения составляют до 8% от мощности потребляемой несущим винтом.




Т.о. вводится коэффициент использования мощности: для соосных вертолетов 0,96 (примерно 4% можно потерять), для одновинтовых - 0,89 (8% на привод рулевого винта + 3% прочую мелочь) (несколько процентов всегда теряется при привод агрегатов и проч.)
// Цифры довольно условны, но примерно соответствуют.


... При равных диаметрах одиночного и эквивалентного несущих винтов, получим
T_со = 1,18*T_од
Таким образом, при равных диаметрах винтов, вертолет соосной схемы имеет на 18% большую тягу несущих винтов (взлетный вес), чем одновинтовой вертолет. Для обеспечения равных тяг при равной мощности двигателей, одновинтовой вертолет должен иметь диаметр несущего винта
D_од = 1,14*D_со
т.е. на 14% больше, чем диаметр соосного винта.

Что нам говорит статистика (пары вертолетов имеют примерно равный взлетный вес и одинаковую мощность двигателей):

D_ми-24/D_ка-29 = 17,3/15,9 = 1,09
L_ми-24/L_ка-29 = 21,54/15,9 = 1,35


D_ми-28/D_ка-52 = 17,2/14,45 = 1,19
L_ми-28/L_ка-52 = 21,16/15,6 = 1,36

 

Вроде несильно наврал...

Литература:
1. Бурцев Б.Н., Петросян Э.А., Вайнштейн И.М., Квоков В.Н. Феномен высокого коэффициента полезного действия соосных винтов на режиме висения. Третий ежегодный форум РВО. Москва, май 1998.
2. Шайдаков В.И, Игнаткин Ю.М. Маслов А.Д. Ародинамические характеристики несущих винтов двухвинтовых вертолетов. Москва, МАИ, 1983.

// Больше на такие лекции не решусь... нет уж. Да и к теме это не так уж и относится.

Timofey, May 8 2003, 18:36:

Больше на такие лекции не решусь... нет уж.

 

Спасибо!
Последние (надеюсь ) пара вопросов:
а) это для режима висения (условно говоря, статический потолок), а в наборе высоты (скороподъемность) соотношения будут такими же, или что-то изменится? (можно "на пальцах" - без формул);
б) разнятся ли аэр. потери при обдуве фюзеляжа "закрученным" потоком от одного ротора и "частично раскрученным" потоком от соосной системы?

а) это для режима висения (условно говоря, статический потолок), а в наборе высоты (скороподъемность) соотношения будут такими же, или что-то изменится? (можно "на пальцах" - без формул);

 

Преимущество сохранится конечно же.
Если сравнить два вертолета с одинаковыми двигателями, взлетными весами и одинаковыми диаметрами НВ: один соосный, а другой одновинтовой с РВ, то у соосного при висении ниже стат. потолка будет больший избыток мощности. Ведь НВ может дать большую тягу, а пользуются не всеми его возможностями и соответственно больше мощности остается в нашем случае "про запас".
При взлете с максимальной вертикальной скоростью (вертикальная скороподъемность) как раз и выбираются все преимущества схемы и весь избыток мощности.
У одновинтового вертолета есть одна заковырка: для увеличения тяги НВ, естественно требуется увеличить подводимую к нему мощность. Это приводит к увеличению реактивного момента. Для компенсации всего этого приходится увеличивать тягу рулевого винта (и соответственно мощность идущую к нему). Т.е. не весь избыток мощности полагается для единоличного обеспечения несущего винта. Далее: увеличение тяги РВ нарушает баланс сил по поперечной оси вертолета (начинает тащить вбок). Это приходится компенсировать несущим винтом. Получается влияние одно на другое и обратно: "перекрестные связи", которые не только усложняют управление, но и понемногу отъедают силы и мощности.


[QUOTE]б) разнятся ли аэр. потери при обдуве фюзеляжа "закрученным" потоком от одного ротора и "частично раскрученным" потоком от соосной системы? [/QUOTE]


Ну корпус вертолета при вертикальной обдувке не такой уж хороший профиль, чтобы на нем сказывалось обтекание "ламинарным" и "турбулентным" потоком. Закрутка струи от несущего винта не такая и значительная, иногда ей даже пренебрегают.
Сравнить можно если только по продувкам. Но конфигурация хвостой части уж больно разная. В одном случае это хвостовая балка, в другом - приличный стабилизатор поперек потока с шайбами.

Так идеала нет и быть не может.....а вот если их прилетит хотябы один взвод...с нескольких направлений и разницей по высоте...Очень тяжелая цель. Кто то конечно же погибнет, а остальные выполнят задачу. Так на то и война. Но как мобильное индивидуальное средство, что в бою что в тылу, так этож просто бесценное оружие!!! А для МП в первой волне в утреннем мгле? А с ним, интересно, десантироваться нельзя? Использовав вместо парашюта.

А если на Ка-56 поставить станковый гранатомет АГС-30?
Вертолет Ка-56
АГС-30 фото-характеристики-описание | LiveGuns

Так уже. Ка-136 'яйцо аллигатора' .

Пишут что у АГС-30 прицельная дальность 1700м. Площадь поражения осколками одной гранаты -112м2.
30 гранат накроют более 3000м2. Зачем 400м подходить? Вертолет складной помещается и в БМП и в кузове грузовика откуда и взлетать может. Что то вроде летающего дозора-сверху все видно. Прицел авиационного типа коллиматорный с лазерным дальномером и баллистическим вычислителем - ну 1-2кг добавит.
С дистанции 1км попасть в него очень сложно будет. Разве что Стингером и то если захватит.
Оружие сменное - вместо АГС легкий ПТУРС или пулемет.
Задачи- например сопровождение колонны войск с взлетом и посадкой на грузовик в этой колонне. Разведка и поддержка огнем при необходимости.