Техника - молодёжи 2001-02, страница 57

ИДЕИ НАШИХ ЧИТАТЕЛЕЙ

С момента появления пригодных для практического применения вертолетов область использования винтокрылых машин только неуклонно расширяется. Главное их достоинство — вертикальные взлет и посадка, а также способность маневрировать в воздухе на предельно малых скоростях — зависать неподвижно или давать «задний ход». Из освоенных и широко распространенных летательных аппаратов только вертолеты могут садиться на городские площади или крыши домов, что позволяет радикально решить транспортные проблемы. Но... и вертолеты имеют недостатки.

Главный из них — сильнейший шум, точнее говоря — свистящий грохот, издаваемый аппаратами. И ничего, казалось бы, с этим поделать нельзя, ведь источником шума является как раз то, что и придает вертолету его уникальные свойства, — несущий винт!

Центробежная сила оттесняет воздух к концам лопастей, которые у современных машин движутся уже с околозвуковой скоростью. С них срываются вихри, нередко усиливаемые скачками уплотнения. Но мало того: за каждый оборот винта лопасть меняет угол атаки от почти нулевого до некоторого максимального — и обратно. Соответственно, меняется и действующая на нее полная аэродинамическая сила, то есть конструкция колеблется с той ж$ частотой, с которой вращается винт. Весь же ротор также вибрирует, но с частотой, равной произведению частоты вращения на число лопастей. Если же вертолет движется, тем более — маневрирует, картина колебаний еще усложняется...

Но винт, естественно, должен вращаться, а лопасти — менять угол атаки, создавая горизонтальную тягу и управляющие усилия. И как же быть?

Применяются демпферы — амортизаторы, но они утяжеляют винт, что всегда плохо. Эластичные покрытия типа кожи дельфина — по крайней мере, те, что известны — теряют свойства в холодном воздухе, а ведь Север — один из основных рынков сбыта винтокрылых машин, да и с высотой температура воздуха снижается.

Концерн «Эрбас Индастри» активно оснащает свои лайнеры риблетным покрытием типа «акульей шкуры». Но оно хорошо при стационарном обтекании, которое для вертолетов нехарактерно.

В начале 1990-х гг. энтомолог Ольга Михайловна Бочарова-Месснер обратила мое внимание на аэродинамику крыла бабочки. Конечно, аналогия крыла насекомого и лопасти вертолета условна, но, во всяком случае, обе эти «несущие системы» в полете постоянно меняют угол атаки. У бабочки эти колебания, пожалуй, больше, однако слышал кто-нибудь звук их полета (в отличие от жуков, например, или пчел)? Кстати, это не единственная, даже не главная загадка насекомых: по современным аэродинамическим представлениям, они вообще летать не должны...

Давно известно, что, в отличие от самолетных крыльев и вертолетных лопастей, поверхность крыльев насекомых отнюдь не ровная и не гладкая. Когда-то, в 1968 г., «ТМ» даже описала попытку создать «мухолет», используя систему вихрей, создающихся на

несущих плоскостях при обтекании макронеровностей. Только вот осталось неизвестным, чем та попытка закончилась. Сейчас-то известно, что вихревая картина даже при неподвижных крыльях (а именно она «отвечает» за уникальные летные качества истребителей семейства Су-27) формируется очень сложно и предельно чувствительна к малейшим отклонениям формы...

Но, кроме МАКРОнеровностей, на крыльях насекомых есть еще МИКРОнеровнос-ти — чешуйки. До недавнего времени считалось, что вклада в аэродинамику они не вносят, так как полностью «утопают» в пограничном слое. Однако последнее время энтомологи в этом уже не очень уверены, в частности — из-за наших экспериментов...

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 2 2 0 0 1

(патент РФ № 2061915), позволяющее снизить шум вертолета при одновременном повышении КПД несущего винта. Хотелось бы, чтобы открытие не прошло незамеченным вертолетостроителями всего мира.

ОТ РЕДАКЦИИ. Прежде, чем публиковать письмо бывшего соотечественника, мы показали его сотрудникам вертолетного КБ имени М.Л. Миля — «родителя» доброй половины мирового парка винтокрылых машин. Отзыв был отрицательным.

Не стоит упрекать творцов такого технического чуда, каким, безусловно, является

Так выглядит участок чешуйки крыла бабочки Pirameis Atalanta.

УЧ

Игорь

КОВАЛЕВ,

Израиль

Опыты были несложными: в аэродинамической трубе масштабная модель лопасти устанавливалась на подвесе, позволяющем быстро менять ее угол атаки (лопасть реального вертолетного винта меняет угол атаки на 16° за 0,12 с). Главная трудность состояла в точном (и — на будущее — дешевом) воспроизведении на ней чешуйчатого покрытия крыла бабочки.

Энтомологи давно выяснили, что оно имеет сложную конструкцию. Мало того что чешуйки образуют ребристую поверхность, так они еще и многослойные, с воздушными полостями, которые соединены с окружающим пространством через обширную перфорацию. Что сие означает? Что при изменении угла атаки пограничный слой срывается, а микронеровности попадают в окружающий поток, причем, в зависимости от характера последнего, воздух может засасываться в полости чешуек, а может, наоборот, вытягиваться из них.

Что же показали эксперименты? Сила и продолжительность воздействия воздушного потока на «чешуйчатую» лопасть увеличивается (повышая, кстати, несущие свойства винта), а колебания ее становятся более плавными, снижая шум винта. Причина в том, что полости чешуек повышает присоединенную массу воздуха, вибрирующую вместе с лопастью, ощутимо меняя динамические характеристики последней.

В общем, мне удалось создать достаточно дешевое в производстве покрытие

Может быть, такое покрытие — действительно революция в вертолето-строении?

несущий винт крупнейшего в мире серийного вертолета Ми-26, в ретроградстве. За ними — полвека истории «школы Миля», неуклонный рост грузоподъемности и скорости машин (а значит — нагрузки на винт), совершенствование технологии изготовления лопастей и повышение их ресурса, борьба с вибрациями всех видов... И потому искусственно создаваемая шероховатость поверхности лопастей для них — на уровне бреда.

Но не будем забывать и крылатую фразу из времен расцвета теоретической ядерной физики: а вдруг идея Игоря Ковалева достаточно безумна, чтобы быть правильной?

Об авторе. После окончания Харьковского авиационного института Игорь Ковалев семь лет проработал на авиадвигателест-роительном предприятии в г.Запорожье (сейчас это ОАО «Мотор См»), участвуя в создании силовых агрегатов для самолетов Ан-72, Ан-124, L-410, вертолетов Ми-24 и Ми-26; с 1995 г. в Черкесском технологическом институте и аспирантуре Санкт-Петербургского университета изучал свойства чешуйчатого покрова крыльев насекомых и разрабатывал бионические покрытия для авиации и энергетики. С 1997 г. живет в Израиле. Ш

54