Численное моделирование аэродинамических характеристик и анализ эффективности концепций двухрядного и соосного рулевых винтов вертолета на режимах висения
Авторы: Макеев П.В.
Опубликовано в выпуске: #2(170)/2026
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов
Представлены результаты исследования аэродинамических характеристик двухрядного рулевого винта (ДРВ) и соосного рулевого винта (СРВ), концепция которых базируется на оригинальной схеме рулевых винтов экспериментального вертолета ЦАГИ-1ЭА (1930 г). ДРВ/СРВ представляют собой пару отдельных двухлопастных модулей с совмещенными горизонтальными шарнирами, которые в отличие от обычных рулевых винтов устанавливают на одной оси с разных сторон (справа и слева) концевой балки вертолета. Проведено сравнение ДРВ/СРВ с существующим перспективным Х-образным рулевым винтом вертолетов семейства Ми-8/17, базирующееся на его геометрии. Разнос плоскостей вращения пар лопастей ДРВ/СРВ составляет 0,83RРВ. Рассмотрены два варианта направления вращения пар лопастей: в одном направлении (ДРВ) и в противоположных направлениях (СРВ). Для винтов в изолированной постановке без влияния киля и несущего винта рассчитаны режимы висения, при которых значительный разнос плоскостей вращения лопастей винтов позволяет максимально реализовать положительный аэродинамический эффект, свойственный классическим соосным несущим винтам вертолетов марки «Ка». Исследование выполнено на основе нелинейной вихревой модели винта. Построены и проанализированы формы вихревого следа, картины обтекания винта, зависимости распределенных и суммарных аэродинамических характеристик. На режимах висения исследованные винты демонстрируют по сравнению с Х-образным рулевым винтом значительный прирост относительного КПД, составляющий до +10 % для ДРВ и до +11,3 % для СРВ. ДРВ и СРВ рассмотренных типов можно использовать на одновинтовых вертолетах для повышения запасов путевого управления, снижения затрат мощности и повышения безопасности полета.
EDN BMKTYW
Литература
[1] Анимица В.А., Леонтьев В.А. О «самопроизвольном» вращении одновинтовых вертолетов. Научный вестник МГТУ ГА, 2011, № 172, с. 96–102.
[2] Шибаев В., Фаворова Т., Аполлонов Д. Тренировки пилотов в расширенной области параметров движения воздушного судна как залог безопасности полетов. Аэрокосмический курьер, 2011, № 5, с. 48–49.
[3] Крицкий Б.С. Моделирование обтекания лопастей несущего винта с различными законцовками. Научный вестник МГТУ ГА, 2010, № 151, c. 28–32.
[4] Игнаткин Ю.М., Константинов С.Г. Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолета методом CFD. Труды МАИ, 2012, № 57, 14 с. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=30875
[5] Bourtsev B.N., Kvokov V.N., Vainstein I.M., Petrosian E.A. Phenomenon of a Coaxial Helicopter High Figure of Merit at Hover. 23rd European Rotorcraft Forum, Germany, Dresden, September 1997.
[6] Yana J., Rand O. Performance analysis of a coaxial rotor system in hover: Three points of view. In: Proceedings of the 28th International Congress of Aeronautical Sciences. Brisbane, Australia, September 2012.
[7] Singh P., Friedmann P. Application of Vortex Methods to Coaxial Rotor Wake and Load Calculations in Hover. Journal of Aircraft, 2017, vol. 55, pp. 1–9.
[8] Sonneborn W.G.O., Drees J.M. The Scissors Rotor. Journal of the American Helicopter Society, 1975, vol. 20, no. 3, pp. 18–27.
[9] Rozhdestvensky M.G. Scissors rotor concept-new results obtained. In: Proceedings of the 52nd Annual Forum of the American Helicopter Society. Washington, DC, 1996, pp. 1231–1241.
[10] Ивчин В.А., Самсонов К.Ю. Экспериментальные исследования модели Х-образного рулевого винта с целью улучшения его аэродинамических характеристик. Научный вестник МГТУ ГА, 2010, № 151, с. 71–78.
[11] Xu G.H. An experimental and analytical investigation of scissors rotor aerodynamics in hover. American Helicopter Society 60th Annual Forum, 2004, vol. 1, pp. 54–62.
[12] Zhu Z., Zhao Q., Wang B. Studies on vortex interaction mechanism and aerodynamic characteristic of scissors tail rotor. Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2016, vol. 48(4), pp. 886–896.
[13] Артамонов Б.Л. Метод расчета аэродинамических характеристик Х-образного рулевого винта на режимах осевого обтекания на основе линейной дисковой вихревой теории. Труды ОКБ МВЗ им. М.Л. Миля, Вып. 4. Москва, Машиностроение–Полет, 2019, с. 144–162.
[14] Каталог гражданских вертолетов, производство — Россия. Интернет-ресурс. URL: https://rhc.ru/catalog/mi-171a2/ (дата обращения: 12.12.2025).
[15] Ивчин В.А., Судаков В.Г. Вычислительный эксперимент по определению аэродинамических характеристик цилиндрической хвостовой балки вертолета с гребнем. Научный вестник МГТУ ГА, 2014, № 200, с. 55–62.
[16] Рождественский М. Г. Влияние аэродинамических гребней на силы на хвостовой балке вертолета. Общероссийский научно-технический журнал «Полет», 2020, № 7, с. 3–14.
[17] Ezerta A., Can B., Güngör O., Ortakaya Y. CFD Based Aerodynamic Design of Helicopter Tail Boom for Hover and Sideward Flight Performance Enhancement. Vertical Flight Society’s 75th Annual Forum & Technology Display. Philadelphia, PA, USA, May 2019.
[18] Вертолет TSAGI-1EA — история разработки, фотографии, чертежи, технические данные. Интернет-ресурс. URL: https://aviastar.org/helicopters_eng/brat_1ea.php?ysclid=mha5x4ixon747159711 (дата обращения: 10.12.2025).
[19] Макеев П.В., Игнаткин, Ю.М., Шайдаков В.И., Никитин С.О. Сравнительное исследование аэродинамических характеристик одиночного, соосного и двухрядного несущих винтов на режиме висения. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2021, № 2, с. 57–62.
[20] Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И., Гревцов Б.С. Нелинейная лопастная вихревая теория винта и ее приложения для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолета. Вестник МАИ, 2009, т. 16, № 5, с. 24–31.
[21] Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И., Ивчин В.А. Сравнительные расчетные исследования трехлопастного и Х-образного рулевых винтов на режимах «вихревого кольца». Научный вестник МГТУ ГА, 2016, № 223 (1), с. 93–100.
[22] Makeev P.V., Ignatkin Y.M, Shomov A.I., Ivchin V.A. Comparative Study of 3-Bladed and Scissors Tail Rotors Aerodynamics in Axial Flow. International Review of Aerospace Engineering (IREASE), 2022, vol. 15, no. 2, pp. 71–84.
[23] Зозуля В.Б., Иванов Ю.П. Практическая аэродинамика вертолета Ми-8. Москва, Машиностроение, 1977, с. 151.
[24] Макеев П.В. Методы численного моделирования нестационарных аэродинамических характеристик и формирования границ области режимов вихревого кольца винтов и их приложение к задачам повышения безопасности полетов вертолетов: Дис. … д-ра техн. наук. Москва, 2025, 350 с. URL: https://mai.ru/upload/iblock/d13/1lq8umfxpvol6ssz6yilf4qgigh9m2xe/Tekst_Dissertatsii_Makeev_PV_MAI.pdf