Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Performance of quiet helicopter

Stanisławski Jarosław

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 1 (258)

1-17

EN

Noise generated by helicopters is one of the main problems associated with the operation of rotorcrafts. Requirements for reduction of helicopter noise were reflected in the regulations introducing lower limits of acceptable rotorcraft noise. A significant source of noise generated by helicopters are the main rotor and tail rotor blades. Radical noise reduction can be obtained by slowing down the blade tips speed of main and tail rotors. Reducing the rotational speed of the blades may decrease rotor thrust and diminish helicopter performance. The problem can be solved by attaching more blades to main rotor. The paper presents results of calculation regarding improvement of the helicopter performance which can be achieved for reduced rotor speed but with increased number of rotor blades. The calculations were performed for data of hypothetical light helicopter. Results of simulation include rotor loads and blade deformations in chosen flight conditions. Equations of motion of flexible rotor blades were solved using the Galerkin method which takes into account selected eigen modes of the blades. The simulation analyzes can help to determine the performance and loads of a quiet helicopter with reduced rotor speed within the operational envelope of helicopter flight states.

PL

Hałas generowany przez śmigłowce jest jednym z głównych problemów związanych z eksploatacją wiropłatów. Wymagania ograniczenia hałasu śmigłowców znalazły odzwierciedlenie w przepisach zakładających zmniejszenie hałasu wytwarzanego przez wiropłaty. Znaczącym źródłem hałasu generowanego przez śmigłowce są łopaty wirnika nośnego oraz śmigła ogonowego. Znaczące obniżenie hałasu może być uzyskane w wyniku zmniejszenia prędkości końcówek łopat wirnika i śmigła ogonowego. Zmniejszenie prędkości obrotowej łopat pociąga za sobą spadek wytwarzanego ciągu wirnika i zmniejszenie osiągów śmigłowca. Rozwiązaniem problemu może być zastosowanie większej liczby łopat wirnika. W pracy przedstawiono obliczeniowe wyniki dotyczące możliwych do uzyskania osiągów śmigłowca przy obniżonej prędkości obrotowej wirnika i zwiększonej liczbie łopat. Obliczenia przeprowadzono dla danych masowych hipotetycznego śmigłowca lekkiego. Wykonano symulacyjne obliczenia obciążeń wirnika i odkształceń łopat w kilku stanach lotu śmigłowca rozwiązując równania ruchu elastycznych łopat wirnika z zastosowaniem metody Galerkina przy uwzględnieniu wybranych postaci własnych łopat. Uwzględniono możliwość regulacji obrotów wirnika w zależności od stanu lotu. Przeprowadzone analizy mogą znaleźć zastosowanie przy określaniu parametrów wirnika cichego śmigłowca ze zmniejszoną prędkością wirnika dla obwiedni stanów lotu śmigłowca.

2

Effectiveness of the compound helicopter configuration in rotorcraft performance increase

Stanisławski Jarosław

Transactions on Aerospace Research

|

2020

|

Nr 4 (261)

81--106

EN

The article presents the results of calculations applied to compare flight envelopes of varying helicopter configurations. Performance of conventional helicopter with the main and tail rotors, in the case of compound helicopter, can be improved by applying wings and pusher propellers which generate an additional lift and horizontal thrust. The simplified model of a helicopter structure, consisting of a stiff fuselage and the main rotor treated as a stiff disk, is applied for evaluation of the rotorcraft performance and the required range of control system deflections. The more detailed model of deformable main rotor blades, applying the Galerkin method, is used to calculate rotor loads and blade deformations in defined flight states. The calculations of simulated flight states are performed considering data of a hypothetical medium class helicopter with the take-off mass of 6,000 kg. In the case of both of the helicopter configurations, the articulated main rotor hub is taken under consideration. According to the Galerkin method, the elastic blade model allows to compute blade deformations as a combination of the blade bending and torsional eigen modes. Introduction of additional wing and pusher propellers allows to increase the range of operational speed over 300 km/h. Results of the simulation are presented as timeruns of rotor loads and blade deformations and in a form of disk distribution plots of rotor parameters. The simulation method can be useful in defining requirements for a high speed rotorcraft.

PL

W pracy przedstawiono wyniki obliczeń umożliwiających porównanie obwiedni stanów lotu dla układu konwencjonalnego śmigłowca z wirnikiem głównym i śmigłem ogonowym oraz dla śmigłowca złożonego z dodatkowymi skrzydłami generującymi siłę nośną i śmigłami pozwalającymi zwiększyć poziomą siłę napędową. Uproszczony model struktury śmigłowca obejmujący sztywny kadłub i wirnik nośny traktowany jako sztywny dysk, zastosowano do określenia osiągów wiropłata oraz wymaganego zakresu wychyleń układu sterowania. Bardziej złożony model odkształcalnych łopat wirnika z wykorzystaniem metody Galerkina zastosowano do obliczeń obciążeń wirnika i odkształceń łopat w zadanych stanach lotu obejmujących przedział lotów z dużymi prędkościami. Obliczenia przeprowadzono dla danych dotyczących hipotetycznego śmigłowca średniego o masie 6000 kg i przegubowym połączeniem łopat z głowicą wirnika. Model łopaty odkształcalnej, zgodnie z metodą Galerkina, pozwala wyznaczać odkształcenia łopat jako złożenie składowych pochodzących od uwzględnianych giętnych i skrętnych postaci własnych łopat. wprowadzenie dodatkowych skrzydeł i pchających śmigieł pozwala zwiększyć zakres prędkości lotu powyżej 300 km/h. wyniki obliczeń symulacyjnych przedstawiono w postaci przebiegów czasowych obciążeń wirnika i odkształceń łopat oraz w postaci rozkładów parametrów na dysku wirnika. Metody symulacyjne mogą być zastosowane do zdefiniowania wymagań dotyczących wiropłata dużych prędkości.

3

A simulation model for computing the loads generated at landing site during helicopter take-off or landing operation

Stanisławski Jarosław

Transactions on Aerospace Research

|

2019

|

Nr 2 (255)

65--81

EN

The paper presents simulation method and results of calculations determining behavior of helicopter and landing site loads which are generated during phase of the helicopter take-off and landing. For helicopter with whirling rotor standing on ground or touching it, the loads of landing gear depend on the parameters of helicopter movement, occurrence of wind gusts and control of pitch angle of the rotor blades . The considered model of helicopter consists of the fuselage and main transmission treated as rigid bodies connected with elastic elements. The fuselage is supported by landing gear modeled by units of spring and damping elements. The rotor blades are modeled as elastic axes with sets of lumped masses of blade segments distributed along them. The Runge-Kutta method was used to solve the equations of motion of the helicopter model. According to the Galerkin method, it was assumed that the parameters of the elastic blade motion can be treated as a combination of its bending and torsion eigen modes. For calculations, data of a hypothetical light helicopter were applied. Simulation results were presented for the cases of landing helicopter touching ground with different vertical speed and for phase of take-off including influence of rotor speed changes, wind gust and control of blade pitch. The simulation method may help to define the limits of helicopter safe operation on the landing surfaces.

PL

W pracy przedstawiono metodę symulacyjną wyznaczania obciążeń lądowiska generowanych przez podwozie śmigłowca w fazie startu lub lądowania. Przy wirującym wirniku wielkość obciążenia podwozia śmigłowca może zmieniać się w zależności od parametrów ruchu śmigłowca w momencie zetknięcia podwozia z podłożem, sterowaniem kątem nastawienia łopat, wystąpieniem podmuchów. Rozważany model fizyczny śmigłowca składa się z kadłuba i przekładni głównej traktowanych jako ciała sztywne połączone elementami sprężystymi. Kadłub podparty jest na podwoziu modelowanym przez układ elementów sprężystych i tłumiących. Łopaty wirnika nośnego zastąpiono osiami elastycznymi z rozmieszczonymi wzdłuż nich masami skupionymi segmentów łopat. Do rozwiązania równań ruchu modelu śmigłowca zastosowano metodę Runge-Kutta. Zgodnie z metodą Galerkina przyjęto, że parametry ruchu odkształcalnych łopat można traktować jako złożenie uwzględnianych giętnych i skrętnych postaci własnych. Do obliczeń symulacyjnych wykorzystano dane hypotetycznego śmigłowca lekkiego. Przedstawiono symulacyjne wyniki dotyczące zachowania się śmigłowca w trakcie zetknięcia się z podłożem oraz dotyczące zmian obciążeń wirnika i podwozia przy wystąpieniu podmuchów lub wprowadzeniu sterowaniu skokiem łopat wirnika nośnego. Metoda symulacyjna może być przydatna przy określeniu granic bezpiecznej eksploatacji śmigłowca.

4

Simulation of boundary states of helicopter flight

Stanisławski Jarosław

Journal of KONES

|

2019

|

Vol. 26, No. 2

137--144

EN

Results of simulation of main rotor blade loads and deformations, which can be generated during boundary states of helicopter flight, are presented. Concerned cases of flight envelope include hover at maximum height, level flight at high velocity, pull-up manoeuvres applying cyclic pitch and mixed collective and cyclic control. The simulation calculations were executed for data of light helicopter with three-bladed articulated rotor. For analysis, the real blades are treated as elastic axes with distributed masses of blade segments. The model of deformable blade allows for out-of-plane bending, in plane bending, and torsion. For assumed flight state of helicopter, the equations of rotor blades motion are solved applying Runge-Kutta method. According to Galerkin method, for each concerned azimuthal position of blade the parameters of its motions are assumed as a combination of considered bending and torsion eigen modes of the blade. The loads of rotor blades generated during flight depend due to velocity of flight, helicopter mass, position of rotor axis in air and deflections of swashplate that correspond to collective and cyclic pitch angle applied to rotor blades. The results of simulations presenting rotor loads and blade deformations are shown in form of timeruns and as plots of rotor-disk distributions. The simulations of helicopter flight states may be useful for prediction the conditions of flight-tests without exceeding safety boundaries or may help to define limitations for manoeuvre and control of helicopter.