1934 Wiadomości Techniczne Lotnictwa nr 1.pdf

(3185 KB) Pobierz
W
iadomości
T
echniczne
l o t n ic t w a
K W A R T A L N I K
WYDAWANY PRZEZ DEPARTAMENT AERONAUTYKi M. S. WOJSK., JAKO DODATEK DO
„PRZEGLĄDU
LOTNICZEGO”
AUTO RZY
ARTYKUŁÓ W
ZAM IESZCZON YCH
SĄ
W
.PR Z E G LĄ D Z IE
ZA
LOTNICZYM"
PO G LĄ D Y
W
I „W IA D O M O ŚC IA C H
NICH
W YRAŻO N E
TECH NICZNYCH
LO TN ICTW A,
ODPOW IEDZIALNI
TREŚĆ:
^
Inż. Jer z y Teisseyre
—
Teorja autożyra............................................ 2
Dr. inż. Stefan Neumark
- Obliczanie długości startu i lądowania
—
z uwzględnieniem w i a t r u ............................. 33
Czytelnikom i sympatykom .Przeglądu
Lotniczego” i „Wiadomości Technicznych
Lotnictwa” składamy z Nowym Rokiem
na tej drodze życzenia wszelkiej pomyśl­
ności.
REDAKCJA
ROK II
WARSZAWA, STYCZEŃ — 1934
Nr. 1
2
Inż. JERZY TEISSEYRE
WIADOMOŚCI TECHNICZNE LO TN ICTW A
Teorja autożyra
W S T Ę P .
Autożyro, nowy typ maszyny latającej cięższej od
powietrza, który pojaw ił się kilka lat temu na widowni,
jest najm łodszym samolotem typu ruchomych skrzydeł.
Dzięki epokowym pracom Juana de la Ciervy, hiszpań­
skiego inżyniera, typ ten jest dzisiaj jedynym przedsta­
wicielem maszyn latających przy pomocy rolujących
skrzydeł, który stanął w rzędzie norm alnych samolotów,
posiadających za sobą przeszło ćwierć wieku rozwoju.
De la Cierva po katastrofie swego wielkiego samo­
lotu bombardowego, zbudowanego w r. 1920 dla arm ji
hiszpańskiej, postanowił zbudować samolot, którego bez­
pieczeństwo lotu nie zależałoby od szybkości poziomej.
Doświadczenia za jęły wynalazcy kilka la t czasu i do­
piero czwarta jego maszyna wzbiła się w powietrze. Od
tego czasu datuje się szybki rozwój autożyra.
Rotor autożyra, po szeregu ewolucyj, doszedł do
obecnego swego stanu konstrukcyjnego. Składa się on
z trzech lub czterech śmig, osadzonych na wspólnej pia­
ście i rotujących samoczynnie podczas lotu maszyny.
Śmigi umocowane są do piasty zawiasowo w ten sposób,
iż mogą się wychylać dookoła osi pionowej i poziomej.
Okazało się to konieczne celem uniknięcia momentu ż y ­
roskopowego, b. trudnego do zrównoważenia w locie
(a starającego się pochylić całą maszynę w bok) oraz
celem uniknięcia momentów, gnących śmigi rotoru.
W ten sposób śmigi rotoru poddane są w locie sile
odśrodkowej, której moment względem osi zawieszenia
śmigi rów now aży moment wyporu dla każdej pojedyń-
czej śmigi.
Jasn e jest zatem, iż każda ze śmig ustawia się
w danym momencie w kierunku siły wypadkowej z siły
nośnej i siły odśrodkowej. Śmigi rotoru tworzą zatem
w locie bardzo płaski stożek, którego wierzchołek leży
w osi rotoru, podczas gdy śmigi są wychylone lekko
w górę.
Prócz tego, wskutek zmiany siły nośnej pojedyńczej
śmigi w czasie jej jednego obrotu (spowodowanej skła­
daniem się szybkości postępowej i obrotowej), każda ze
śmig w ykonuje ruch wahadłowy w górę i w dół.
Mianowicie, śmiga, poruszaj ąoa się do przodu, po­
siada oprócz swej szybkości obrotowej, jeszcze szybkość
postępową, tak, iż zwiększona szybkość wypadkowa po­
woduje większy w ypór i śmiga w ychyla się w górę. Z tą
chwilą otrzym uje śmiga składową szybkość pionową,
która zmniejsza jej kąt natarcia, co pociąga znowu za so­
bą zmniejszenie w yporu i śmiga zaczyna opadać w dół.
Odwrotnie ma się rzecz ze śmigą, poruszającą się do
tyłu.
Ten ruch wahadłowy śmig da się dobrze przedsta­
wić matematycznie w postaci krzyw ej, której równanie
określa szereg F o u rrie ra (.patrz dalej — teorja).
Samoczynny ruch obrotowy rotoru w ystępuje w lo ­
cie pod wpływem wypadkowych sił aerodynamicznych,
a mianowicie składowych wyporu, skierowanych do przo­
du, przyozem, jak wynika z teorji, 7 ., zewnętrznej czę­
ści śmigi jest napędzana przez 2/s wewnętrznej jej
części.
W ypór, jaki daje rotor autożyra, daje początek no­
wej szybkości „indukowanej", prostopadłej do płaszczy­
zny rotoru, tak, że pow staje przepływ powietrza przez
tę płaszczyznę w kierunku z dołu do góry, przyczem
rozkład szybkości tej nie jest jednostajny wzdłuż p ła­
szczyzny rotoru.
Możemy zatem w irujący rotor uważać jako pewnego
rodzaju przekrój przepływ owy powietrza, przez który
przepływ a ono pod ciśnieniem
G
R* r-
ciężar całkowity autożyra
powierzchnia rotoru
Ruch obrotowy rotoru jest utrzym yw any kosztem
pewnej energji, powstałej przez przepływ mas powie­
trza przez płaszczyznę rotoru, pod wpływem obciążenia
powierzchniowego
Jednak z powodu napotyka­
nych w tym przekroju oporów, masa powietrza, przepły­
wającego przez przekrój, będzie w jednostce czasu m niej­
szą, niżby to odpowiadało ciśnieniu
„p“.
Dla idealnego
rotoru, przepływ powietrza byłbu równy zeru
(patrz
rozdział XII), gdyż w tym w ypadku opór profilu samej
śmigi (nie rotoru), jest równy zeru (oczywiście jest to
z fizycznego punktu widzenia fikcją), Zatem im m niej­
sza jest moc, jakiej potrzebuje rotor do utrzym ania swego
ruchu wirowego, tern m niejszy jest przepływ powietrza
przez jego płaszczyznę, tern „szczelniejsza" jest po­
wierzchnia rotoru.
Przebieg zjaw isk w rotorze z powodu różnych szyb­
kości, jak obrotowej, postępowej, indukowanej — złożo­
nego przestrzennego 'układu strug powietrza — oraz
z powodu ruchu wahającego śmig i ich bezwładności,
jest tak skomplikowany, że możemy tylko pod pewnemi
przybliżonemi
założeniami upraszczaj ącemi,
rozp atry­
wać ten problem.
W rotorze należy rozróżnić dwa problem y: jeden
odnosi się do zjawisk, zachodzących na poszczególnych
śmigach, drugi do rotoru jako całości.
Rotor, jako całość odpowiada dobrze teo rji płasz­
czyzn nośnych P ra n d tla i określa nam wielkość oporu
indukowanego.
Poszczególne śmigi natomiast,
oprócz
siły nośnej, określają nam dolną granicę dla strat prze­
pływu, jeżeli rozpatrujem y problem przy znacznem
uproszczeniu zjaw isk, zaś przy dokładniejszem rozpa­
trywaniu dają nam zjaw iska fu ch u wahającego, oraz
dalsze pochodne tego zjawiska.
Ms 1
W IADOM OŚCI TECHNICZNE LO TN ICTW A
3
W ogólności podczas lotu działają na rotor nas-tępu-
jące siły: siła wyporu pionowa w górę, siła oporu po­
zioma, prócz tego siła boczna prostopadła do poprzednich
dwóch, a zatem i do osi obrotu rotoru. S iła ta powsta­
je dzięki stożkowi, utworzonemu w locie przez śmigi, ja-
koteż dzięki zakrzywieniu samych śmig.
Poza tem działa na rotor moment obrotowy, k tó ry
przy ruchu jednostajnym jest oczywiście rów ny zeru.
Pierwszą teorję autożyra opracował w roku 1926 H.
Glauert, zaś -uzupełnił ją i rozszerzył Lock.
Teorja G lauert a opiera się na szeregu założeń
upraszczających z których najważniejsze są:
1) Szybkość osiowa prostopadła do płaszczyzny
rotoru pozostaje w stałym stosunku do szybkości postę­
powej i jest wobec niej mała.
2) Spółczynnik wyporu śmigi jest proporcjonalny
dio kąta natarcia, zaś spółczynnik oporu jest stały,
3) Ruch w ahający śmig możemy przedstawić w po­
staci szeregu Fourrier'a.
4) Śmiga wygięta jest w locie w łuk koła o małej
wysokości strzałki ugięcia. (Lock przyjm uje 3% pro­
mienia) .
Należy zwrócić uwagę, iż niektóre z tych założeń
można z góry osądzić jako nie odpowiadające rzeczywi­
stości, a wprowadzone jedynie celem uproszczenia teorji.
Co do szybkości osiowej, to rozkład jej nie jest
równomierny na całej powierzchni rotoru, co zresztą
G lauert uwzględnia w swej pracy, jednak rodzaj tego
rozkładu przyjm uje dość dowolnie. Spraw a ta nie jest
dotychczas należycie wyjaśniona, przyczem teorja n a­
trafia tu na znaczne trudności matematyczne. Jedynie
doświadczenia, prawdopodobnie, będą nam mogły dać
należyte wyświetlenie -tej kwestj i.
Co do spółczynnika oporu śmigi, to założenie stałe­
go spółczyun-ika można uważać za słuszne jedynie
w pierwszem i to grubem przybliżeniu. Spółczynnik w y ­
poru śmigi ma wzdłuż jej promienia różne wartości, zaś
spółczynnik oporu jest zależny od C,
Należałoby tu raczej (wg. Schrenka) wprowadzić
zależność -paraboliczną
Cx = Cxo
-j-
m . C~y
Również -założenie, iż śmiga wygina się w locie w łuk
koła o stałej strzałce ugięcia, jest niezgodne z rzeczywi­
stością, W przybliżonych rozważaniach, można założyć,
iż siła odśrodkowa jest tak duża w porównaniu do siły
wyporu, iż śmiga ma kształt prosty, a kąt jej w ychyle­
nia jest bardzo mały. Jednak tak zachowują się je d y ­
nie modele rotoru w tunelach aerodynamicznych, gdzie
śmigi są stosunkowo znacznie mocniejsze i cięższe, niż
w rzeozywistości (około 3 — 5 razy cięższe, ze wzglę­
du na możność wykonania modelu).
W rzeczywistości śmiga jest sprężysta i aby to uwi­
docznić w teorji, nie można przyjąć średniej szybkości
Przypływu za podstawę rachunku, gdyż chodzi tu nie
o siły śre(Jme| lecz maksymalne.
Rozkład obciążenia na śmigach wygląda następują­
co: Siła odśrodkowa rośnie linjowo wzdłuż długości
śmigi od zera do pewnej wartości maksymalnej zaś siła
nośna rośnie parabolicznie (położenie śmigi równoległe
do osi podłużnej au-tożyra kąt ^ = 0° i 180°) zatem
śmiga na skutek różnicy momentów obu obciążeń wygi­
nana jest lekko wypukłością w górę.
P rzy wychyleniu śmigi o kąt tji
90° do przodu (od
płaszczyzny sym etrji autożyra) przesuwa się w ypadko­
wa wyporu silnie ku środkowi obrotu rotoru (a nawet
może stać się ujemną), przyczem śmiga wygina się lek­
ko wypukłością w dół.
Odwrotnie, przy kącie położenia śmigi ^ — 270",
siła wypadkowa rotoru w ędruje silnie na zewnątrz, czyli
w tym wypadku śmiga będzie .najbardziej wygięta łukiem
w górę.
Zatem podczas jednego obrotu poddana jest śmiga
pewnemu przymusowemu drganiu gnącemu.
W idzim y zatem, iż teorja Gl-auerta, oparta na pew­
nych założeniach upraszczających, jest jedynie pierw ­
szem przybliżeniem.
Jednak, mimo to, oddaje ona dobrze właściwości
aerodynamiczne rotoru oraz wzajemne związki i zależ­
ności, zachodzące pomiędzy poszczególnemi czynnikami.
Teorja, podana w niniejszym artykule, opracowana
została na podstawie publikacji G la u erfa. Uzupełniłem
-ją pracami późniejszych autorów (Lock, Townend, Cay-
gill, Nu-tt i inni), oraz własnemi przeliczeniam i których
dokonałem, celem lepszego unaocznienia czytelnikowi
samej teorji, jako też -sposobu jej zastosowania i lepsze­
go wniknięcia w jej -istotę.
Przy końcu podałem przykład przeliczenia w yczy­
nów autożyra według tej teorji.
Ponieważ cała teorja, jako też wszystkie współczynni­
ki doświadczalne, podane są w pracach G la u e rfa w od­
niesieniu do miarl używanych w A nglji, przeto by nie
przeliczać wielu spółczynników (co byłoby rzeczą uciąż­
liwą), przeliczeń dokonałem według miar, używanych
w A nglji, zam ieniając następnie otrzym ane wyniki na
miary, używane w Polsce.
Poniżej podaję kilka ważniejszych wielkości w mia­
rach angielskich i polskich.
M iary Angielskie
Gęstość powietrza
Długość
Ciężar
Obciążenie
Moc
Długość
Moc
M iary Polskie
1
8 ’
kg. sek*
m4
T ____
g
^
1
420
Ib.
sek2
ft
4
stopa =
f t
funt
= l b
l b/ft*
f HP
1 mila
550 /
b .ft/
sek
0,3048 mtr.
0,4536 kg.
4,883 kg/m2
1,0138 MK
1609,3 mtr,
75 kgm/sek
Do studjow ania teorji autożyra i napisania niniej­
szej pracy, skłoniło mnie przeświadczenie, iż już obec­
nie ten rodzaj maszyn latających wkroczył zdecydowa­
nie w sferę realnych możliwości, a wyniki przez nie osią­
gnięte wróżą im dużą przyszłość.
Jasn ą jest rzeczą, iż autożyro nie. zastąpi samolotu
o stałych skrzydłach, jednak zajmie w dziedzinie ma­
4
W IADOM O ŚCI TECHNICZNE LO TN ICTW A
X
,
Nb 1
szyn latających m iejsce obok niego — podobnie jak ste­
rówce i t. p,
Sądzę, iż polscy inżynierowie ii technicy lotnicy spot­
k ają się prędzej czy później z problemem autożyra.
Należy zaznaczyć, iż teorja autożyra jest dopiero
w początkach swego rozwoju, a praca tu podana stano­
wi wstęp do dalszego gruntownego studjum.
Niezbędne są dalsze badania, które będą musiały
w yświetlić wiele kw estyj, dotychczas niejasnych lub nie­
dokładnie zbadanych — stanowią one cel dalszych prac
w tej dziedzinie, koniecznych do podjęcia.
TEORJA AUTOŻYRA
w
poniższych wyw odach przyjęto następujące ozna-
czenia.
B
= ilość śmig rotoru.
R = D l2
= promień śmigi,
c
= szerokość śmigi,
M , =
moment ciężaru jednej śmigi około jej osi,
■ = Biegunowy moment bezwładu śmigi (względem jej
A
osi wahania),
= kąt określający położenie śmigi w płaszczyźnie ro­
toru, liczony od płaszczyzny sym etrji autożyra,
0
= kąt zaklinowania profilu śmigi,
r
— promień danego elementu śmigi.
Gj
= ciężar jednej śmigi,
A = moment bezwładności śmigi (około jej osi wahania)-
o)
= szybkość kątowa rotoru.
J3
= w ychylenie kątowe śmigi (koło jej osi poziomej
wahania),
< = kąt natarcia szybkości w ypadkowej na element
1*
łopatki.
RUCH ROTORU
1
=
V
=
u
—
U
=
vi
=
W
kąt natarcia całego rotoru,
szybkość lotu autożyra,
szybkość osiowa prostop, do płaszcz,rotoru,
R
tu = szybkość obwodowa końców śmig.
szybkość osiowa indukowana,
odniesieniu do elementu
Kr
podobnie
K
w
R2
y
V2
g
_
g
K
l
oraz
K
d
— spółczynniki wyporu i oporu profilu śmigi.
° = średni spółczynnik oporu prtjfilu śmigi,
__
& • 0
RT
-
powierzchnia śmig
powierzchnia rotoru
11
szybkość osiowa
S ~~ R w ~
szybkość obwodowa*końca śmig
V
R
w
I.
_________szybkość lotu
szybkość obwodowa końca śmig.
SIŁY D Z IA Ł A JĄ C E NA ROTOR.
Konstruktor p rojektu jący autożyro,
musi zgóry-
określić jego własności aerodynamiczne i ich zmianę
w razie zmiany głównych wym iarów rotoru. Do tego
celu służy teorja, która pozwala zorjentować się co do
przypuszczalnych wyników, jako też co do ważności da­
nego czynnika na własności lotne rotoru.
T eorja podana poniżej, rozwinięta została pod na-
stępującemi założeniami ogólnemi (prócz dodatkowych
założeń, podanych w tekście):
1) K ą ty natarcia śmig są małe.
2) W p ływ spływu strug jest podobny, jak przy
normalnym skrzydle.
3) Ruch bijący śmig możemy przedstawić w posta­
ci szeregu F o u rrie ra , przyczem tylko pierwsze .w yrazy
harmoniczne w ystarozy zatrzym ać w wyrażeniach p erio­
dycznych.
= szybkość wypadkowa w
śmigi.
S I Ł Y
G
T
X
Y
p
H
Z
Q
= ciężar całkowity rotoru.
—
ciąg prostop. do płaszcz, rotoru.
—
opór rotoru.
—
wypór rotoru,
G
= ---------- = obciążenie powierzchni rotoru,
R 2
7t
= siła podłużna.
= siła boczna,
—
moment obrotowy w płaszcz, rotoru.
SPÓŁCZYNNIKI.
r. R 2
R2
g
podobnie
Hc
= -
H
K R 2 T_l
g
R
i
t. d.
U ważajm y lin ję
a-a
(rys. 1), jako kierunek lotu au­
tożyra, zaś kąt „i" jako kąt natarcia rotoru, natenczas
ogólnie biorąc, siły w ypadkowe działające na rotor
będą:
WIADOM O ŚCI TECHNICZNE LO TN ICTW A
T
— ciąg w górę prostop. do pł. rotoru,
H —
siła pozioma prostop, do ciągu
T,
a leżąca
w płaszczyźnie rotoru oraz w płaszczyźnie ruchu auto­
żyra.
Z = siła boczna prostop. do poprzednich i uważana
za dodatnią, jeżeli leży po stronie ruchu śmig do przodu.
Zatem w ypór
Y
i opór
X
w yrażają się równaniami:
Y =
X =
T
cos.
i
—
H
sin.
i
T
sin,
i
-| ■
H
cos.
i
(
5
które tó równania, >jak widzimy, dają nam związek mię­
dzy obiema grupami współczynników
K x Kyi TC Hc.
i
II.
RUCH ŚMIG.
1
)
By w yrazić siły w formie niemianowanych współ­
czynników, bierzemy za podstawę odniesienia powierzch­
nię całego retoru
F = R 2.n ,
zaś jako szybkość, szybkość
obwodową końca śmig
U = R
o ,
>
Dzięki przegibnemu umocowaniu śmig, jedyny mo­
ment, jaki można przenieść na oś rotoru, jest moment
kręcący „Q“ — dodatni, jeżeli przeciwstawia się rucho­
wi obrotowemu rotoru.
Siły
T, H, Z, Q,
możemy wyrazić zapomocą równań
Nim przejdziem y do dalszych rozważań ogólnych,
musimy zająć się bliżej ruchami samych śmig, Ja k mó­
wiliśmy każda śmiga je st zawieszona swobodnie na osi
poziomej, tak, iż może się w ychylać od płaszczyzny ro ­
toru wgórę (i wdół). Istnieje też oś pionowa, pozwala­
jąca na ruchy śmigi w jej własnej płaszczyźnie obrotu,
jednak w tej chwili nie obchodzi nas ona. W czasie
lotu śmiga nie zachowuje lin ji prostej, lecz tw orzy linję
krzywą, lekko w ypukłą ku górze, przyczem linja ta jest
w przybliżeniu lukiem koła (rys. 2 ) i za taki będziemy
T
=
T F —
g
H = HC
F —
g
Z — Z„ F
—
g
R2
w2 f= 7 ,
F
—
g
U2
U2
. . . (2)
U2
R3
w2 =
Qc F —
g
U2 . R
ją uważać w dalszych rozważaniach. Weźm y dowolny
przekrój przez śmigę w odległości „r" od osi obrotu.
W zniesienie luku wynosi w tym przekroju
„h“
zaś
z styczną w tym punkcie tworzy kąt „a" z płaszczyzną
chwilową śmigi
x
—x,
d h
czyli
d a
— ——
d r
4
Q=Qr F —
g
W idzim y odrazu, iż wielkości
T, H,
Z,
Q,
są nieza­
leżne od szybkości lotu autożyra, lecz jedynie od szyb­
kości obwodowej, a zatem od średnicy i ilości obrotów
rotoru, Z drugiej strony możemy wziąć pod uwagę cał­
kowitą powierzchnię rotoru, jako jednostajną płaszczyz­
nę, poruszającą się w powietrzu z szybkością V, naten-
cżas otrzymamy:
X = K XF
^ =
KyF
K ZF —
g
Równania
oznaczając
znane
V
g
2
Ogólnie biorąc do matematycznego przedstawienia
krzywizny śmigi potrzeba nam znajomości następujących
czterech całek:
/„ “
d r =
0
%
V2
V2
(3)
J * a r d r = —
/ *
h d r —
— y],
R 2
J ) a r2 d r —
— 2
J
o
h r d r
=
płatowca
f"
a? r d r = e R 2
2 yjjj
k 3
. (
6
)
ii
dobrze z aerodynam iki
V
V
—— = ---- =
t,
i rugując
Y
i
X
oraz
T
i
H
F ui
U
(z rów nania 1) otrzymamy:
X = Kx F
—
g
Ą- H
F Kx
F K„
F
g
Tc
sin,
i
-f-
Hc
cos,
i
Tc
cos,
i
Hc
sin.
i
(5)
V2
=
T
F —
V
2 sin,
i
+
°
g
(4)
V2
cos,
i
czyli:
Czyli, że krzywizna śmigi jest całkowicie określona
trzema współczynnikami yj, , y]2 ,
e,
Ruch bijący śmig
zależy zatem od trzech całek obejmujących masę śmigi
„m" i jej ciężar Gi.
Je ż eli przyjm iem y, że ciężar śmigi rozłożony jest
równomiernie wzdłuż jej długości, to równanie określa­
jące moment ciężaru śmigi według jej osi obrotu (po­
ziomej) będzie:
rn
R2
M i
—
j Qm . g , r d r = m . g . ~ = ^ G 1 R . . ,
<7a)

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin