Надежда на «газонокосилку». Тихие вертолеты с серповидным лопастям несущего винта?
Статья Ганса Юстуса Мейера (Hans Justus Meier) «Hoffnung auf »Rasenmäher«» из журнала «Luftfahrt International» 12/1980 была переведена уважаемым коллегой NF и немного доработана мной. Перевод был выполнен в январе 2016 года.
Предисловие редакции: В середине 1930-х годов вертолеты еще находились в начале длинного пути к приемлемому для использования виду. Сегодня без вертолетов нельзя себе представить гражданскую и боевую авиацию.
Самым основным элементом конструкции вертолета является несущий винт. За последние два-три десятилетия несущий винт был настолько усовершенствован, что стал представлять собой тщательно отработанную конструкцию, о которой ранее нельзя было и представить. Это был успех, благодаря которому вертолеты уже не были неспособными летать парализованными птицами. Наоборот: скорость вертолетов уже далеко превысила величину в 300 км/ч, однако, к большому сожалению, вертолеты до сих пор являются очень шумными летательными аппаратами.
Несущий винт, а точнее сказать поток воздуха от лопастей воздушного винта, представляет собой источник шума. Вращающиеся лопасти несущего винта являются причиной, по которой возникают очень громкие подобные ударам хлопки, которые сегодня называют «хлопок лезвием» (blade slap) или «импульсный шум» (impulsive noise).
Эти звуки известны каждому. Тот, кто когда-либо стоял поблизости от вертолета с работающей силовой установкой, при каждом обороте несущего винта ощущал энергичные толчки воздуха. До сих пор эти энергетические удары были неизбежным сопутствующим явлением существования вертолетов. Ударный шум, сопровождающий как гражданские, так и военные вертолеты, является очень надоедливым и по своей интенсивности далеко превосходят прочие источники создаваемого вертолетом шума.
До сегодняшнего дня у данной проблемы не имелось подходящего решения. В последние годы ситуация еще более ухудшилась. У вертолета как поступательная скорость полета, так и скорость вращения на законцовках лопастей несущего винта возросли, поскольку они рассматривались в качестве ключевых факторов к снижению полетного веса летательного аппарата или к увеличению его грузоподъемности.
Единственными средствами, позволяющими снизить величину шума, являются изменение формы лопастей несущего винта и снижение его оборотов. Проводились исследования очень сильно суженных законцовок лопастей несущего винта, но из-за структурных и аэродинамических факторов эти исследования оказались не очень успешными. Снижение величины оборотов несущего винта приводило к снижению его КПД и, как следствие, снижению летных характеристик, что абсолютно неприемлемо ни для гражданских, ни для военных вертолетов.
Еще одним решением проблемы могло быть увеличение количества лопастей, но это привело бы к увеличению полетного веса и увеличению издержек по техническому обслуживанию вертолета.
Проблема шума, возникающего вследствие работы несущего винта вертолета, привлекла внимание многих ученых со всего мира. Трое из них - американцы - верят, что серповидные лопасти являются практическим средством решения упомянутых выше проблем.
Лопасти несущего винта обычно имеют форму близкую к прямоугольной. Три исследователя из NASA, как следует из описания к их патенту, предложили на линии четверти длин хорд лопастей несущего винта выполнять не как обычно - прямыми, а изогнутыми и по форме более похожими на серп. Благодаря этому решению им удалось добиться того, что отдельные элементы ударного шума не суммируются. Ударный шум от работающего несущего винта в большей степени или даже полностью можно было бы устранить, вследствие чего уровень шума был бы сильно снижен или возможно даже устранен.
Снимки модели показывают, каким образом может выглядеть вертолет с «акустически стреловидными» серпообразными лопастями несущего винта (на модели серповидные лопасти и у хвостового винта)
( Читать дальше... )