Моделирование стационарных аэродинамических характеристик воздушного винта с учетом упругости его лопастей в рамках вихревой теории и балочной аналогии
Автор: Владислав Сергеевич Некипелов
Организация: Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского
При расчете аэродинамических характеристик воздушного винта обычно принимается, что лопасти являются абсолютно жесткими, и моделирование проводится без учета изменения их формы. В то же время влияние деформаций может оказаться существенным: расхождение в получаемых величинах тяги и мощности винта может составлять свыше 10% в широком диапазоне режимов работы винта. Более того, учет этого эффекта может приводить к изменению характеристик как в большую [1], так и в меньшую [2] сторону по сравнению со случаем абсолютно жестких лопастей. С другой стороны, трудоемкость сопряженных расчетов существенно выше аналогичных «однодисциплинарных» задач, что ограничивает применение сеточных методов при параметрических исследованиях. Вследствие этого первоначальный анализ требуется проводить с использованием методов, обладающих низкими вычислительными затратами и удовлетворительной точностью.
В данной работе аэродинамические силы моделировались по вихревой теории воздушного винта, упругие деформации рассчитывались по балочной теории с учетом центробежных сил [3]. Стационарный сопряженный расчет проводился методом последовательных нагружений.
По описанной методике был проведен расчет модели тематического 6-лопастного воздушного винта, имеющей однородные полнотелые лопасти с прямой осью жесткости. Проведено сравнение результатов расчетов в случае упругих и абсолютно жестких лопастей с данными испытаний в аэродинамической трубе. Показано, что учет деформаций лопастей позволил повысить точность прогнозирования тяги и мощности.
1. Moehren F., Bergmann O., Janser F., Braun C. On the influence of elasticity on propeller performance: a parametric study // CEAS Aeronautical Journal. 2023. Vol. 14. № 2. P. 311–323.
2. Rotundo C. D., Sinnige T., Sodja J. Aeroelastic Model for Design of Composite Propellers // AIAA SciTech 2024 Forum. 2024. DOI: 10.2514/6.2024-2677.
3. Некипелов В.С. Об учете влияния упругих деформаций на аэродинамические характеристики воздушного винта с прямыми однородными лопастями // Ученые записки ЦАГИ. 2025. Т. 56. № 3. С. 51–63.
