В МАИ разработали методы прогнозирования опасного вихревого кольца у вертолётов

В Московском авиационном институте разработали методы компьютерного моделирования, позволяющие прогнозировать вихревое кольцо – опасный режим работы вертолётных винтов, который является одной из частых причин авиационных происшествий и катастроф.

– Режим вихревого кольца возникает при крутом снижении вертолёта с вертикальными скоростями примерно 6–10 м/с. В этот момент струя воздуха, отбрасываемая несущим винтом вниз, сталкивается с внешним набегающим потоком. Это приводит к торможению и развороту струи в обратном направлении, после чего она вновь захватывается и начинает циркулировать вокруг винта. В таком режиме несущий винт резко теряет тягу, появляются сильные вибрации, и вертолёт начинает стремительно терять высоту. При отсутствии правильных и своевременных действий пилота возможна катастрофа, – рассказывает один из авторов проекта, доцент, преподаватель кафедры 102 «Проектирование вертолётов» МАИ Павел Макеев.

Изучение режимов снижения традиционными методами имеет множество ограничений: лётные испытания опасны и дороги, экспериментальные стенды на земле – технически сложны и также требуют больших затрат на установку. Современное CFD-моделирование с применением известных пакетов программ также малоэффективно из-за чрезвычайной ресурсоёмкости задачи. Поэтому в МАИ разработали две взаимодополняющие методики. Первая – метод численного моделирования аэродинамических характеристик винтов в режиме вихревого кольца, который обеспечивает высокую точность и оперативность расчётов. Решение базируется на многолетних исследованиях кафедры 102. Вторая часть проекта – метод определения границ области возникновения режима вихревого кольца, основанный на анализе данных аэродинамики винта. 

Преимуществом решения является то, что в расчётах учитываются индивидуальные особенности конкретного винта, что позволяет максимально точно прогнозировать появление и протекание опасных режимов.

Разработанные методы могут применяться для уточнения моделей динамики полёта в тренажёрах, что позволит повысить качество подготовки пилотов. Также результаты пригодятся при разработке руководств по лётной эксплуатации вертолётов. Сейчас полученные данные уже интегрированы в учебный курс «Аэродинамический расчёт вертолёта» – одну из ключевых дисциплин по специальности «Самолёто- и вертолётостроение» в МАИ.

Работа над проектом продолжается: несмотря на завершение основного этапа, развитие методов и их применение к новым типам летательных аппаратов остаются приоритетными задачами. 

– Проект подвёл итог большому научному циклу, но перед нами открываются новые направления – например, анализ поведения винтов перспективных скоростных и преобразуемых винтокрылых аппаратов вертикального взлёта и посадки, а также малых беспилотных летательных систем, – говорит Павел Макеев.