3.11.3. Выбор двигателя

Выбор двигателя при прямом проектировании осуществляется по максимальной величине потребной, удельной, приведенной мощности (потребной энерговооруженности вертолета):

. (3.72)

Энерговооруженность является характеристикой вертолета, использующего в качестве основного движителя воздушный (несущий) винт, и выражается через отношение взлетной мощности силовой установки к взлетному весу аппарата:

. (3.73)

Энерговооруженность влияет на основные ЛТХ вертолета: максимальную скорость, скороподъемность и маневренность. При этом стремление к высокой энерговооруженности должно ограничиваться определенной (допустимой) переразмеренностью двигателей силовой установки.

Соответствие энерговооруженности условиям, отличающимся от международной стандартной атмосферы, обеспечивается учетом изменения мощности силовой установки в зависимости от высоты и скорости полета , степени дросселирования силовой установки и величины потерь мощности .

Следовательно,

, (3.74)

откуда , (3.75)

где ‑ номер приближения; ‑ число двигателей в силовой установке вертолета; ‑ приведенная мощность силовой установки, ; ‑ расчетное значение потребной взлетной мощности одного двигателя.

Потребная мощность двигателя в большой степени зависит от режимов полета вертолета. Располагаемая мощность двигателя в рабочем диапазоне скоростей вертолета мало зависит от скорости полета. Разная зависимость располагаемой и потребной мощности от скорости полета позволяет, согласовав параметры двигателя и вертолета на режиме висения, иметь на остальных режимах полета запас располагаемой мощности. При этом если двигатель на режиме висения работает на взлетном режиме, то на остальных режимах полета потребная мощность будет обеспечиваться при крейсерских режимах работы двигателя.

Обычно первый (максимальный) крейсерский режим, на котором продолжительность работы двигателя не ограничена, соответствует 0,75...0,80 взлетной мощности . Полет на крейсерском режиме может осуществляться в широком диапазоне скоростей. Интерес представляют два наиболее характерных режима: максимальной продолжительности, близкой к экономическому режиму полета, и максимальной дальности, близкой к наивыгоднейшему режиму. Первый режим соответствует минимальному часовому расходу топлива, а второй – минимальному километровому расходу. Взлетный и номинальный режимы работы двигателя ограничены по времени (соответственно ~5 мин и ~1 ч).

По данным [87], минимально потребная энерговооруженность составляет для средних вертолетов 0,015 кВт/Н. Однако надо полагать, что эти данные устарели и занижены, так как статистические материалы дают для легких вертолетов = 0,0250 кВт/Н.

На ранних стадиях проектирования значение позволяет определить по мощности и количеству двигателей взлетную массу вертолета и целевую нагрузку при заданной дальности или продолжительности полета.

Таким образом, требование эксплуатации вертолета на характерных режимах, при условии выполнения заданных ТТТ по , , , , , , , экстремума критерия эффективности применения аппарата и соответствующих ограничений, позволяет выбрать двигатель силовой установки согласно зависимости (3.75).

Для этого на оси значений (см. рис. 3.12) откладывают значение , соответствующее экстремуму критерия эффективности применения вертолета, и вычисляют значения его приведенной энерговооруженности и взлетной массы (см. рис. 3.13, 3.14) соответствующего -го приближения, которые используют для определения расчетного значения мощности двигателя.

Тип и марку двигателя выбирают из каталога двигателей или других источников (см. Приложение 6). При этом учитывают габаритные и установочные размеры двигателя, расположение двигателя на вертолете-прототипе, удельные параметры (удельные массу и расход топлива) двигателя и т.д. (см. Приложение 7).

Предпочтительным является установка на вертолет отечественных авиадвигателей, но в учебном процессе допустимо применять также двигатели иностранных марок, параметры которых указаны в описаниях (см. Приложение 6).

Если в каталоге приведены несколько типов двигателей с одинаковыми или близкими мощностями и другими параметрами, то предпочтение следует отдать тому из них, который имеет наименьшие удельный расход топлива, массу и габариты, а также требует меньшего расхода воздуха.

Для получения необходимой мощности и/или категории "А" легкого вертолета на него устанавливают два двигателя. Масса силовой установки при этом будет несколько больше, зато увеличивается безопасность полета.

Для вертолетов с одним двигателем режим продолженного взлета практически невыполним и потому не является характерным.