Metodyka badań eksperymentalnych rozwoju i zaniku stanu pierścienia wirowego

• Autorzy: Surmacz K. , Ruchała P. , Stryczniewicz W.

Identyfikatory

DOI

10.5604/20815891.1195202

Warianty tytułu

EN

A Research Methodology for Wind Tunnel Investigation of Development and Demise of a Vortex Ring State

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym z zagrożeń bezpieczeństwa lotu śmigłowców jest stan pierścienia wirowego (ang. Vortex Ring State - VRS). W niniejszej pracy przedstawiono metodykę oraz przykładowe wyniki badań eksperymentalnych dotyczących zagadnienia VRS, przeprowadzonych w tunelu aerodynamicznym Instytutu Lotnictwa. Badanym obiektem był zdalnie sterowany śmigłowiec, umieszczony w przestrzeni pomiarowej tunelu niskich prędkości o średnicy 1,5 m. Zakres badań obejmował pomiary wagowe za pomocą wagi tensometrycznej oraz badania wizualizacyjne metodą anemometrii obrazowej (PIV). W trakcie prowadzonych testów zarejestrowano spadek siły ciągu generowanej przez wirnik nośny śmigłowca towarzyszący wejściu w stan pierścienia wirowego oraz dokonano wizualizacji powstałych struktur wirowych. Uzyskane wyniki potwierdziły, że przyjęta metodyka jest skuteczna do analizy procesu rozwoju i zanikania pierścienia wirowego na wirniku nośnym śmigłowca.

EN

The Vortex Ring State (VRS) of the main rotor is one of the threats for the safety of a helicopter. Therefore this phenomenon has been intensively investigated for several years, in order to understand the mechanisms of its development and the possibilities of avoiding the danger flight regime. The paper presents a research methodology applied for investigations of development of the VRS of the main rotor of a helicopter. The object of investigation was a model of a helicopter with a powered rotor, placed in a low-speed wind tunnel with test section diameter of 1.5 m. The investigation includes a strain gage measurements and flow visualization with the Particle Image Velocimetry (PIV) method. The results show the decrease in the thrust generated by the main rotor due to the VRS. The velocity field, measured with PIV method, shows the process of the VRS forming, development and demise. The results proved the feasibility of the presented methodology for investigation of the Vortex Ring State.

Słowa kluczowe

PL

aerodynamika stosowana; stan pierścienia wirowego; VRS; dynamika lotu śmigłowca; badania wagowe; badania tunelowe; tunel aerodynamiczny; anemometria obrazowa; PIV

EN

applied aerodynamics; vortex ring state; VRS; helicopter flight dynamics; strain gage balance investigations; wind tunnel investigations; Particle Image Velocimetry; PIV

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Problemy Mechatroniki : uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 7, Nr 1 (23)
• Strony: 79--96
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Surmacz K.

• Zakład Aerodynamiki, Instytut Lotnictwa, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warszawa

autor

Ruchała P.

• Zakład Aerodynamiki, Instytut Lotnictwa, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warszawa

autor

Stryczniewicz W.

• Zakład Aerodynamiki, Instytut Lotnictwa, Al. Krakowska 110/114, 02-256 Warszawa
• Zakład Aerodynamiki i Termodynamiki, Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Wojskowa Akademia Techniczna, ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Adrian Ronald J. 2005. „Twenty years of particle image velocimetry”. Experiments in Fluids 39.
• [2] Florczuk Wojciech. 2009. „Analiza powstawania pierścienia wirowego wokół wirnika głównego na podstawie badań śmigłowca W-3 Sokół przy użyciu pakietu obliczeniowego FLUENT”. Prace Instytutu Lotnictwa 201 : 67-80.
• [3] Grzegorczyk Katarzyna. 2009. „Analiza zjawiska pierścienia wirowego na wirniku nośnym śmigłowca”. Prace Instytutu Lotnictwa 201 : 52-66.
• [4] Grzegorczyk Katarzyna. 2012. Symulacja lotu śmigłowca w bliskości granic użytkowania. W Mechanika w Lotnictwie nr ML-XV : 615-625.
• [5] Grzegorczyk Katarzyna. 2013. „Analysis of influence of helicopter descent velocity changes on the phenomena of vortex ring state”. Postępy Nauki i Techniki 7 (17) : 35-41.
• [6] Juriew Borys Nikołajewicz. 1956. Aerodynamika śmigieł i śmigłowców. Warszawa: Wydawnictwo MON.
• [7] Leishman J. Gordon. 2000. Principles of Helicopter Aerodynamics. Cambridge University Press.
• [8] Lewis J.P. 1995. „Fast Template Matching”. Vision Interface 95 : 120-123. Quebec City.
• [9] Meijer Drees Jan., W.P. Hendal. 1951. „Airflow patterns in the neighbourhood of helicopter rotors”. Aircraft Engineering 23 (266) : 107-111.
• [10] Pust Oliver, 2000. PIV: Direct Cross-Correlation compared with FFTbased Cross-Correlation. In Proceedings of the 10th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics, 114-125. Lisbon.
• [11] Raffel Markus, Christian E.Willert, Steve T. Wereley, Jürgen Kompenhans. 2007. Particle Image Velocimetry - A practical Guide.
• [12] Riards C., LabView for Data Analysis: Chapter 2 Smoothing. Film instruktażowy dostępny pod adresem : http://www.youtube.com/watch?v=AxlyqR-vGe0 (cz. 1) ; http://www.youtube.com/watch?v=E3CuIQ9V73Y (cz. 2) ; http://www.youtube.com/watch?v=jq1wPp0o-Fg (cz. 3) ; http://www.youtube.com/watch?v=JWYliXDiDsM (cz. 4).
• [13] Ruchała Paweł. 2013. „System pomiarowo-sterujący tunelu aerodynamicznego T-1”. Prace Instytutu Lotnictwa 232 : 63-78.
• [14] Sobczak Kamil. 2008. „Metodyka symulacji CFD warunków granicznych lotu śmigłowca przy wykorzystaniu uproszczonego modelu wirnika nośnego”. Prace Instytutu Lotnictwa 194-195 : 158-165.
• [15] Stalewski Wieńczysław, Adam Dziubiński. 2006. „Symulacja zjawiska pierścienia wirowego wokół wirnika śmigłowca w oparciu o rozwiązanie równań N-S z uproszczonym modelem wirnika w postaci powierzchni skoku ciśnienia”. Prace Instytutu Lotnictwa 184-185 : 65-71.
• [16] Stryczniewicz Wit. 2012. „Algorytm do wyznaczania wektorowego pola prędkości metodą anemometrii obrazowej”. Problemy mechatroniki. Uzbrojenie, lotnictwo, inżynieria bezpieczeństwa 3 (3) : 41-54.
• [17] Stryczniewicz Wit, Katarzyna Surmacz, 2014. „Badania eksperymentalne stanu pierścienia wirowego na wirniku nośnym śmigłowca metodą anemometrii obrazowej (PIV)”. Prace Instytutu Lotnictwa 235 : 17-27.
• [18] Szumański Kazimierz. 2006. „Przelot dynamiczny śmigłowca przez strefę występowania strumienia wirowego”. Prace Instytutu Lotnictwa 184-185: 110-118.
• [19] Varnes David J. 1999. Development of a Helicopter Vortex Ring State Warning System Through a Moving Map Display Computer. California, USA: U.S. Navy.
• [20] Wielgus Stanisław, 1963. Sprawozdanie z prób w locie śmigłowca SM-1 w stanie pierścienia wirowego. Warszawa: Wydawnictwo Instytutu Lotnictwa.
• [21] Witkowski Ryszard. 1986. Budowa i pilotaż śmigłowców. Warszawa: Wydawnictwo KiŁ,
• [22] Witkowski Ryszard. 1998. Wprowadzenie do wiedzy o śmigłowcach. Warszawa: Biblioteka Naukowa Instytutu Lotnictwa.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.