Вертосамолёт.

[Владимир Александрович]

Извиняюсь. Меня смутило, что выхлоп горячих газов из турбины турбокомпрессора будет направлен на лопасти НВ, а не в бок, как принято на вертолетах.

Вы правильно строите свою логику. Был момент когда я решал делать две створки в стороны или ограничится одной. Решение оформилось через простую логику. Если винт выпущен, то он уже вращается и создает поток, который размывает струю выхлопа с малой энергией и нет никаких тепловых опасностей для оси винта и его втулки. После выпуска винта на земле для проведения регламентных работ турбокомпрессор выключается и тоже никаких опасностей не возникает. Поэтому я решил, что такая установка створки выхлопного устройства вполне оправдана, что упрощает компоновку подкапотного пространства турбокомпрессора и улучшает подходы к его узлам.
Дополнительный аргумент - повторно-кратковременный режим работы системы (взлет-посадка)

 

[georgka]

Решение оформилось через простую логику. Если винт выпущен, то он уже вращается и создает поток, который размывает струю выхлопа с малой энергией и нет никаких тепловых опасностей для оси винта и его втулки.

Логика спорная. Для того, чтобы НВ начал раскручиваться на земле, ТК должен выйти на рабочий режим - Нв не вращается, а выхлопные газы "бьют" по части лопастей и втулке. Температуру газов статистически следует ожидать не ниже 800К (если без забросов при запуске), а с учетом некоторого "разбавления" окружающей средой - около 600К...
НВ вышел на рабочие обороты. Среднемассовая скорость воздуха через ометаемую площадь не более 30 м/с. Скорость выходящих газов из сопла в разы больше - они "пробьют" поток воздуха от НВ и он начнет работать в "непонятном" режиме условий спутной струи иного газового состава, перестав создавать тягу. Взлет по-вертолетному обречен.
И ещё. Площадь сопла ТК (не правильное название этой ВСУ!) будет очень значительной - раза в четыре больше площади входа компрессора газогенератора привода ТК) - на рисунке это не просматривается.

 

[georgka]

Вообще, чтобы сильно не терзаться сомнениями в экспрессоценках...

Владимир Александрович, уважаемый! Я не терзаюсь. Просто, на досуге, анализирую Ваш проект. Т.к. Вы не привели расчетную тягу НВ (или мощность РП НВ), то я заложил в аэродинамический и тепловой расчет тягу НВ 16000 кгс, а двигатели с УВТ отнес в обеспечение скороподъемности. Поэтому оперирую конкретными цифрами. Если Вы сообщите более точные исходные данные Ваших расчетов или результаты расчетов - сравним...
Отношение тяга/мощность величина статистическая.

 

[Denis]

Если не учитывалась, то хватит и 20,3 кг/с (минимум!), но потребной тяги НВ Вы при этом не получите - солидная часть мощности будет потрачена на:

Вообще, чтобы сильно не терзаться сомнениями в экспрессоценках можете всегда опираться на соотношения потребной мощности и получаемой вертикальной тяги в реактивнокомпрессорной системе НВ (учитывает все потери и КПД винта) в виде:
1л.с. мощности исходной СУ создает 3кг вертикальной тяги, или
1 кВт мощности исходной СУ создает 4,1кг вертикальной тяги.
На самом деле у представленного аппарата не вся подъемная сила создается НВ. Часть обеспечивают вертикальные составляющие маршевых двигателей где при взлете отклоняются на 50[sup]0[/sup] сопла. Это сделано по двум причинам:
1. Расширяется диапазон эксплуатационных центровок СВВП.
2. Алгоритм управляющих действий пилота приближается к самолетному.

Так, например, при взлете без разбега самолет стоит с заторможенными колесами. После увеличения режима всех СУ до взлетного сначала отрывается носовая стойка. Угол тангажа увеличивается и с достжением значения общей подъемной силы больше силы веса СВВП происходит его отрыв от бетонки с одновременным движением вперед по сравнительно крутой траектории. Такой взлет очень нравится Андрею (летавший как-то раз).
Балансировка подъемных сил может быть задана пилотом так, что после отрыва СВВП станет перемещаться не вперед, а назад с одновременным подъемом на некоторую требуемую высоту и дальнейшим виражем влево или вправо. Такой сценарий востребован при посадках на очень тесную палубу корабля, не являющегося авианосцем. Три вектора тяги вниз - это хороший инструмент устойчивости на режимах маневрирования вблизи поверхности земли. Автопилот может обеспечить достаточно жесткую стабилизацию положения в пространстве.

Воображения гимнастика. Как будем справляться  с существенно различными постоянными времени каналов управления НВ и маршевых двигателей с отклоняемыми соплами? Что будем делать при отказе одного из них?
Наконец, знакомы ли автору безопасные процедуры взлета и посадки различных вертолетов и причины возникающих при этом ограничений?
Отход назад от центра взлетной площадки с одновременным набором высоты сверх границы влияния земли применяется всегда при взлете двухмоторного вертолета категории А  в стесненном пространстве (где только таким вертолетам и разрешается летать :~~)) для обеспечения безопасного приземления в пределах этой площадки при отказе одного из двигателей в первые секунты после взлета. Что при этом происходит, легко понять. Однако, для успешного парирования такого отказа энерговооруженность за счет оставшегося в живых двигателя должна быть практически такой же, как у одномоторного вертолета с такой же нагрузкой на диск винта. В противном случае для обеспечения безопасности взлета двухмоторному вертолету нужна площадка размером с небольшой аэродром, там маленький самолетик типа КАба сядет, остановится , вновь даст газ и взлетит с оставшегося участка.

    

 

[Владимир Александрович]

Для того, чтобы НВ начал раскручиваться на земле, ТК должен выйти на рабочий режим - Нв не вращается, а выхлопные газы "бьют" по части лопастей и втулке. Температуру газов статистически следует ожидать не ниже 800К (если без забросов при запуске), а с учетом некоторого "разбавления" окружающей средой - около 600К...

Разумное беспокойство, конечно, в ваших словах есть и при рабочем проектировании должны быть проработаны и учтены все варианты. Например, запуск турбокомпрессора и его работа на режиме МГ еще не сопровождается выпуском НВЗТ. Он остается  в гондоле, хотя избыточный воздух от компрессора (он же переразмеренный) уже подается в каналы, иначе будет помпаж ТК.  Помним о том, что процесс выпуска НВЗТ осуществляется кинематически механизмом раскрытия, а раскрутка конуса или аэродинамически (раскрытие в полете), или тягой концевых сопел (на земле). Так вот когда ТК работает на малом газе, поступающий к концевым соплам воздух создает тягу около 40 кг. Этого достаточно для раскрутки конуса в процессе выпуска до плоскости и частичного разгона винта на околонулевых углах атаки лопастей. Т.е. к моменту начала увеличения режима ТК винт будет на определенной оборотности.

И ещё. Площадь сопла ТК (не правильное название этой ВСУ!) будет очень значительной - раза в четыре больше площади входа компрессора газогенератора привода ТК) - на рисунке это не просматривается. 

Согласен, площадь выхлопного устройства надо сделать больше. В нем также можно предусмотреть рассекатель струй на более мелкие и расходящиеся веером.

 

[Владимир Александрович]

я заложил в аэродинамический и тепловой расчет тягу НВ 16000 кгс, а двигатели с УВТ отнес в обеспечение скороподъемности.

Возможны разные варианты.

Если Вы сообщите более точные исходные данные Ваших расчетов или результаты расчетов - сравним... 

Я подтверждаю, что ваши оценки близки к моим. У меня нет окончательно принятых данных по характеристикам системы. Эти позиции сейчас невозможно зафиксировать, потому-что окончательные цифры все равно окажутся несколько другими для конкретных ТК и НВЗТ. Методика расчета формируется на основании известных формул и соотношений, приведенных в дитературе.

 

[Владимир Александрович]

Как будем справлятьсяс существенно различными постоянными времени каналов управления НВ и маршевых двигателей с отклоняемыми соплами? Что будем делать при отказе одного из них?

Это и все что ниже закладывается в процессе этапа технического проекта, когда учитываются все требования норм летной годности. Про случай с отказом двигателя на взлете немного сказано в водном тексте представленных материалов. Чего-то непреодолимого из того, что требуют НЛГ я не вижу.
Можете указать мне на то требование, которое есть в российских нормах и технически не может быть выполнено в этом проекте.

 

[georgka]

Например, запуск турбокомпрессора и его работа на режиме МГ еще не сопровождается выпуском НВЗТ. Он остаетсяв гондоле, хотя избыточный воздух от компрессора (он же переразмеренный) уже подается в каналы, иначе будет помпаж ТК.

Извините. Зачем после каждой посадки складывать лопасти?
Если НВ в контейнере, то сопла РП лопастей будут направлены встречно... По тексту же описания следовало, что раскрытие НВ происходит без использования РП.
НВ очень ответственный узел и вряд ли экипаж примет решение на взлет без проверки работоспособности НВ на режимах рабочих оборотов (убедиться, что все стоит на своих местах в столь сложном механизме и нормально управляется). Для этого НВ уже должен стоять в рабочем (развернутом) положении и быть проверен техниками.
Запасы устойчивости ПК в процессе запуска и работы без потребителя обычно обеспечиваются специальной системой сброса воздуха за ним, которая должна быть предусмотрена и здесь.
Вопросы...

 

[georgka]

Методика расчета формируется на основании известных формул и соотношений, приведенных в дитературе. 

Мои расчеты базируются на теории, изложенной Бехли, теории ВРД и лопаточных машин. Поэтому разница в оценке расхода воздуха через РП в 8,5 кг/с более чем настораживает.

 

[Denis]

Как будем справлятьсяс существенно различными постоянными времени каналов управления НВ и маршевых двигателей с отклоняемыми соплами? Что будем делать при отказе одного из них?

Это и все что ниже закладывается в процессе этапа технического проекта, когда учитываются все требования норм летной годности. Про случай с отказом двигателя на взлете немного сказано в водном тексте представленных материалов. Чего-то непреодолимого из того, что требуют НЛГ я не вижу.
Можете указать мне на то требование, которое есть в российских нормах и технически не может быть выполнено в этом проекте.

В этом проекте технически не может быть выполнено требование безопасной посадки  при отказе любого из двигателей в любой момент взлета или посадки.

Поскольку в разные моменты полета этот ЛА бывает то самолетом то вертолетом, принципиально применить к нему одновременно положения НЛГ этих двух классов ЛА. В всяком случае, такой подход сейчас рассматривается по отношению к гражданским СВВП с поворотными винтами (тилтротор), единственный пример - все еще недоведенный и недоиспытанный Bell-Agusta BA609.
Далее. С учетом полетной массы и числа пассажирских мест рассматриваемого проекта,  как вертолет он может быть, например, отнесен к применимости таких НЛГ как FAR-29 или CS-29, в которых всякий вертолет при отказе одного из двигателей в любой момент взлета должен обладать возможностью безопасно сесть в пределах исходной площадки.
  Это задачу в принципе можно решить не обязательно с кошмарной энерговооруженностью, но тогда возрастут размеры  этой самой минимально безопасной площадки и пространства  подходов вокруг нее. Как я уже ранее отметил, даже для очень энергонасыщенных легких вертолетов категории А, это пространство не маленькое  и бывает даже больше, чем возможно для продвинутого самолета КВП. Итак возвращаемся к исходному вопросу, нам висеть или лететь?

 

[Denis]

Покажите возможные профили полета при отказе любого из двигателей, проанализируйте последствия и обозначьте размеры площадки и рельеф окружающей  местности, когда такое событие не станет летальным (если есть такой шанс).

 

[Владимир Александрович]

Извините. Зачем после каждой посадки складывать лопасти?

Очень резонное замечание Жорж. Спасибо. Безусловно, он должен складываться в контейнер только при продолжительной стоянке. Уточню только, что и в этом случае раскрытый НВЗТ сразу начнет вращаться уже в процессе запуска ТК, а  детали оси и втулки НВЗТ рассчитываются на рабочие температуры сжатого до 0,4 МПа воздуха. Считаю, что критической ситуации здесь не возникает.

Если НВ в контейнере, то сопла РП лопастей будут направлены встречно... По тексту же описания следовало, что раскрытие НВ происходит без использования РП.

И в тексте описания есть, и я дополнительно уточнял, что НВЗТ кинематически может быть полностью раскрыт на стоянке штатным механизмом раскрытия без работающего ТК. Только на стоянке скорость раскрытия минимальна, потому-что нет вращения конуса и его раскрытие сопровождается разным прогибом лопастей под действием силы собственного веса. При работающем ТК окружная составляющая тяги сопел появляется сразу же, как только конус кинематически (от механизма раскрытия) начнет расширяться.

Запасы устойчивости ПК в процессе запуска и работы без потребителя обычно обеспечиваются специальной системой сброса воздуха за ним, которая должна быть предусмотрена и здесь.

Верно, но здесь у ТК осевой компрессор и отбор предусмотрен за его 4-й ступенью сразу в открытую магистраль до концевых сопел. Нужна будет здесь заслонка с полным или частичным ходом перекрытия мне сейчас трудно сказать. Этот вопрос за создателями ТК.

Мои расчеты базируются на теории, изложенной Бехли, теории ВРД и лопаточных машин. Поэтому разница в оценке расхода воздуха через РП в 8,5 кг/с более чем настораживает. 

Источники у нас с вами одни. Разница, как мы уже выяснили, возникла из-за разной роли, которую мы отводили вертикальным составляющим тяги маршевых СУ. Я пришел к этому решению исходя из требуемой общей площади каналов в лопастях. Известно, что при прочих равных условиях, в двухлопастном НВ с большой хордой профилей можно получить большие площади каналов чем в 8-ми лопастном. А здесь по габаритам нужен именно 8-ми лопастной - ограничение по пропускной способности наступает раньше. Правда поле для работы есть. Пока решение такое.

 

[Anatoliy]

При работающем ТК окружная составляющая тяги сопел появляется сразу же, как только конус кинематически (от механизма раскрытия) начнет расширяться.

Эх, здается мне, что конусом там во время раскрытия лопастей при вращении даже и не будет попахивать. Все дело в центробежных силах, которые зависят от квадрата окружной скорости элементов лопасти. Получится этакий развесистый цветочек лилии или колокольчика. И как к этому изгибу отнесутся лопасти кто его знает. А изгиб ожидается в десятки раз сильнее чем при обычной работе несущего винта. Центробежные силы то приложены будут не вдоль лопастей, а поперек, или под углом (большим) к плоскости лопасти. Переломятся поди лопасти.

 

[georgka]

Уточню только, что и в этом случае раскрытый НВЗТ сразу начнет вращаться уже в процессе запуска ТК, адетали оси и втулки НВЗТ рассчитываются

На большинстве вертолетов, привод НВ осуществляется от ТВлД со свободной турбиной, что во-многом соответствует данной схеме РП компрессорного типа, только с меньшей энергетикой рабочего тела. Кроме того, любой НВ обладает моментом инерции вращению. Солидным моментом. Поэтому уже сейчас можно убедиться в процессах раскрутки ротора НВ в процессе запуска обеспечивающего двигателя. Далеко ходить не нужно: диаметр НВ соответствует НВ вертолета Ми-8, только хорда занижена почти вдвое...  Потребная мощность привода ТК примерно соответствует энергетике Ми-8. Можно узнать, зафиксировать время запуска  двигателя ТВ2-117 до выхода на МГ, время начала раскрутки Нв и частоту его вращения при одном работающем двигателе. Возможно удастся узреть, что выхлопные газы с высокой температурой - вещь опасная. Тут не поможет

рассекатель струй на более мелкие и расходящиеся веером.

Он будет загромождать выхлоп, что приведет к растяжке времени запуска и увеличит заброс температуры газов при запуске. И ресурс этого рассекателя будет считанные часы. Или будет ресурс, но он станет неподъемным.

Этот вопрос за создателями ТК.

Разработчики ТК прежде всего попросят узнать Ваши требования к ТК, которые определятся из расчетов РП НВ не только в рабочей точке, но и в процессе запуска (раскрутки), переменных режимов полета с использованием РП и его характеристики, чтобы их заложить в проект ТК. Это будет большой двигатель, учитывая величину отборов

отбор предусмотрен за его 4-й ступенью сразу 

даже в Ваших объемах и давлении.
Практический пример: подачу воздуха с параметрами, меньшими ровно в два раза по расходу и давлению, на пределе обеспечивает один Д30-КУ или два ТВД-20, работающие на приличный ПК. А это не 320 кг...

 

[Anatoliy]

Я вот ещё о чем подумал, о фигуристах на коньках. Как они лихо вращаются, и как они ускоряют своё вращение прижимая свои рыстопыренные руки к телу. А теперь представим что произойдет с тем зонтиком, сколько придется ждать когда он родимый перестанет вращаться. Все тормозные колодки сотрутся за один раз. Тут даже если вывернуть  наизнанку лопасти реактивными соплами против вращения не получится - встречный, набегающий поток воздуха их начнет ломать при таком развороте. А скорость при этом уже далеко не нулевая. Полагаю, что даже превращение плоских лопастей в круглые тонкостенные трубы как я раньше предлагал уже не поможет.
Может отстреливать этот несущий винт к чертовой матери? А садится как все порядочные космические корабли одноразового применения на парашютах. Или из другого "кармана" выдвигать второй запасной несущий винт. Вдруг раскроется. А по трассе полета пустить сборщиков металлолома, чтоб добро не пропадало.

 

[FT]

Еврокоптер с нескладываемым винтом

http://www.membrana.ru/particle/4618

 

[Gluk@off]

Это, в том числе, гарантирует НВ от обледенения в соответствующих условиях снижения.

Неужели, Вы считаете, Владимир Александрович, что воздух в этих условиях, достаточно подогреется, чтобы бороться с облединением?

 

[Владимир Александрович]

В этом проекте технически не может быть выполнено требование безопасной посадкипри отказе любого из двигателей в любой момент взлета или посадки. 

Это только констатация сомнения. Должны быть еще мысли почему вы так считаете. Из них я пойму насколько внимательно прочтен материал и верны ли исходные точки для ваших сомнений. Тогда я смогу что-то пояснить или спросить у вас, если не учитывал какие-то моменты.

 

[Владимир Александрович]

Центробежные силы то приложены будут не вдоль лопастей, а поперек, или под углом (большим) к плоскости лопасти. Переломятся поди лопасти. 

Конус с началом вращения раскрывается в согласованном режиме по силам и моментам на элементах лопасти.

 

[Владимир Александрович]

Возможно удастся узреть, что выхлопные газы с высокой температурой - вещь опасная.

Я не против экспериментов. И по этому вопросу точно знаю, приемлемое решение на него будет не очень сложным, по сравнению с некоторыми другими моментами.

даже в Ваших объемах и давлении.
Практический пример: подачу воздуха с параметрами, меньшими ровно в два раза по расходу и давлению, на пределе обеспечивает один Д30-КУ или два ТВД-20, работающие на приличный ПК. А это не 320 кг... 

Жорж, я шесть лет обслуживал на земле Д-30 всех серий, Д30-КУ, НК-82У вмести с самолетами и более 10 лет летал в составе экипажа на этих же самолетах, с этим иже двигателями. Судя по вашим постам, мне трудно поверить, что вы не представляете особенностей, которые воплощены в подъемных двигателях типа РД-38 (масса 236кг). Именно такого типа двигатели должны применяться в качестве ТК только не в виде ТРД, а в виде ГТД с переразмеренным компрессором. Напорность у него очень большая и за 4-й ступенью давление уже превышает 0,4 Мпа. Масса в 320 кг, заложенная в проект приближена к реальной модификации с переразмеренным компрессором. Ресурс у такого ТК достаточен в пределах 500 часов.