Как работает вертолет

Как летает вертолет.

Здравствуйте, друзья!

МИ-1. Первый серийный вертолет в СССР.

Так что же позволяет ей это делать? Ведь вроде бы несуразный по сравнению с самолетом летательный аппарат. Рискуя в который раз повторить самого себя скажу, что на самом деле принцип полета вертолета достаточно прост. И кое-что для его объяснения мы уже знаем.

Слышали, наверное, расхожее выражение «винтокрылая машина»? Оно достаточно правильное. Самолет держит в воздухе крыло, а у вертолета эти функции выполняет винт большого диаметра. Его называют несущим винтом. Каждая лопасть несущего винта представляет собой, по сути дела, крыло, имеющее аэродинамический профиль, и движущееся при вращении винта в воздушном потоке. Вот, пожалуй, принципиально и все :-). Что при этом происходит с крылом мы с Вами уже разобрались здесь и здесь. Возникает аэродинамическая сила, приложенная к каждой лопасти и, как их сумма, общая сила приложенная к винту и через него ко всему вертолету. Сила эта всегда перпендикулярна плоскости вращения винта.

Силы, действующие на вертолет.

Как всегда все элементарно :-). Эту роль выполняет все тот же несущий винт. Если плоскость вращения винта наклонить, то вместе с ней наклонится и суммарная аэродинамическая сила. И теперь ее можно будет разложить на две составляющие: вертикальную, которая поднимает вертолет вверх и держит его в воздухе и горизонтальную, которая заставляет его двигаться вперед. Хотя правильней сказать не вперед, а туда, куда она направлена. Можно и вбок или назад, что вертолет с успехом и делает, кстати.

Вот, собственно, и все. На вопрос о том, как летает вертолет мы ответили. Конечно теория и практика этого вопроса значительно сложнее, но общий принцип полета именно таков.

Скажу, что на самом деле несущий винт вместе с массивной осью и тяжелыми сопутствующими механизмами никуда не отклоняется. Это, мягко говоря, трудно осуществимо и технически нецелесообразно. И тем не менее плоскость вращения винта наклоняется. Говоря вертолетным языком создается «перекос винта». Достигается он за счет изменения положения лопастей, которые подвешены к оси на специальных шарнирах, а управляет этим процессом специальное устройство, называемое «автомат перекоса несущего винта». Все, вертолет полетел… И именно туда, куда нам нужно.

КА-52 Аллигатор. Хвостового винта нет.

Всех эти заумных понятий мы еще очень популярно (и незаумно :-))коснемся в дальнейших наших разговорах, а сейчас я напоследок еще упомяну об одной необходимой вещи. Вы наверняка все видели у вертолетов маленький хвостовой винт и задавали себе вопрос: «Для чего он?». Отвечаю. Я думаю все, даже ярые нелюбители физики слышали про три закона Ньютона. А если не слышали, то поверьте мне на слово, я знаю, что говорю :-). Так вот третий закон в популярной форме гласит: «Каждое действие равно противодействию.» Именно согласно этому выражению возникает так называемый реактивный момент. То есть если несущий винт вертолета вращается, например, вправо, этот момент будет стремиться повернуть корпус вертолета влево (или же наоборот). Чтобы устранить эту совсем ненужную тенденцию и существует хвостовой винт. Он работает, как обычный тянущий самолетный винт и, создавая тягу, обратную реактивному моменту просто его уравновешивает. А если вертолету нужно повернуть, то тяга этого винта меняется за счет поворота его лопастей.

Все. Сказано уже более чем достаточно. Теперь если Вас спросят как летает вертолет, Вы без труда сможете на этот вопрос ответить. И я Вам советую присмотреться к современным типам этого летательного аппарата. Они сейчас развились в некий тип, стоящий в определенном смысле особняком от традиционной авиации и иной раз просто завораживают своим видом и своими возможностями… Хотя, впрочем, продолжение следует…

Источник

IT News

Last update Вс, 29 янв 2017 11pm

Как летает вертолет

Вертолеты летают, потому что у них крутятся длинные лопасти несущего винта, чьи поперечные сечения по форме похожи на сечение самолетных крыльев. Подъемная сила вертолетных лопастей может меняться, если изменять угол наклона всех лопастей одновременно.

А различные повороты машины выполняются при помощи изменения наклона отдельно каждой лопасти при ее вращении. Если надо лететь вперед или назад, поворачивать налево или направо, вращающийся несущий винт поворачивают в направлении желаемого маневра.

В хвостовой части вертолета установлен еще один, небольшой вспомогательный несущий винт. Он нужен для того, чтобы, вращаясь, уравновешивать такое действие главного винта, которое могло бы привести к закручиванию всего вертолета вокруг его вертикальной оси. Другими словами, вспомогательный винт позволяет машине стабильно держаться в воздухе. Кроме всего прочего, вертолеты могут неподвижно зависать в воздухе. Для Вы здесь: Главная Познавательное Все о транспорте Как летает вертолет

Источник

Принцип работы вертолета

Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудо-вания. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения НВ, и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки – (МИ-24)).

Силовая установка (двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несущего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.).

Несущий винт служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей и втулки НВ.

Трансмиссия служит для передачи мощности от двигателя к несущему и рулевому винтам. Составными элементами трансмиссии являются валы, редукторы и муфты.

Рулевой винт (РВ) (бывает тянущий и толкающий) служит для уравновешивания реактивного момента, возникающего при вращении НВ, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги РВ создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент от НВ. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги РВ. РВ так же состоит из лопастей и втулки.

Система управления (СиУпр) вертолета состоят из ручного и ножного управления.

Они включают командные рычаги (ручку управления, рычаг «шаг-газ» и педали) и системы проводки к НВ и РВ. Управление НВ-ом производится при помощи специального устрой-ства, называемого автоматом перекоса. Управление РВ производится от педалей.

Взлетно-посадочные устройства (ВПУ) служат опорой вертолета при стоянке и обеспечивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж.

Рис. 3. Общий вид конструкции вертолёта (на примере боевого вертолёта МИ-24П).

Автомат перекоса: принцип работы устройства

Автоматы перекоса позволяют контролировать полет вертолета. Современные модификации выделяются высоким углом наклона по крену и тангажу.

Стандартный автомат включает в себя набор стоек и опор. Подвижное кольцо устройства крепится в верхней части механизма. Под ним располагается большая тарелка. Подшипники тяги могут находиться над стойкой или втулкой. Хордовые лопасти подсоединены к тарелке. В нижней части модификаций располагаются шарниры крепления. Под ними находится непосредственно ротор.

Принцип работы автоматов перекоса

Принцип действия автомата перекоса построен на изменении положения винтов. Осуществляется данный процесс за счет смены угла наклона опор. Нижнее кольцо отвечает за стабилизацию тяги. Для управления вертолетом по тангажу применяются задние стойки. Угол наклона у них ограничен. Подъемная сила вертолета регулируется при помощи передних стоек. Плавность вращения лопастей обеспечивается сферическими подшипниками. Однако, в данном случае многое зависит от типа модификации.

Типы автоматов перекосов

Разделение автоматов осуществляется по количеству лопастей. Трехлопастные устройства, как правило, устанавливаются с двойными кольцами. Модификации на четыре лопасти считаются более распространенными. Переходные модификации отличаются наличием широких тарелок в нижней части конструкции. Существуют коленчатые модификации и устройства с крыльчаткой. В отдельную категорию выделены ходовые модификации, которые используются на автожирах.

Модификации на три винта

Модели на три винта замечательно подходят для вертолетов. Несущие стойки используются разных размеров. Диаметр нижнего кольца, как правило, составляет не более 22 см. У многих модификаций используется несколько тарелок. Управление по тангажу осуществляется через переднюю тягу. Подшипники сферического типа применяются в автоматах довольно часто.

Непосредственно неподвижная тарелка может устанавливаться под кольцом или над ним. У многих моделей винты крепятся через стойки. Отклонение тарелки в данном случае зависит от размеров боковых стоек. Установочные углы определяются формой тарелки. Втулки чаще всего располагаются в нижней части конструкции. Недостатком устройств на три лопасти считается малый циклический шаг.

Модели на четыре винта

Устройства на четыре лопасти в основном производятся с кулачковым механизмом. У многих модификаций угол наклона по тангажу не превышает 40 градусов. Проблемы с перекосом контролируются несущими винтами. Если верить экспертам, то модификации со сдвоенными втулками встречаются довольно редко. Вращающиеся кольца устанавливаются различных размеров.

Многие специалисты говорят о том, что подшипники сферического типа хорошо себя зарекомендовали. У многих моделей применяется блокировщик для стойки. Таким образом, наклон по крену у автомата сильно ограничен. Проблемы с перекосом модификации не страшны. Устанавливаются модификации в основном через шарниры.

Переходные устройства

Переходные автоматы широко применяются на вертолетах различных производителей. К преимуществам устройств следует отнести стабильность. Наклон по тангажу регулируется только передними стойками. Предельный угол наклона по тангажу у модификаций данного типа равняется 35 градусов.

Подшипники у автоматов, как правило, применяются сферического типа. При этом накладки под них встречаются очень редко. Отдельно важно отметить, что существуют модификации под автожиры. Стойки у них применяются вытянутой формы. Тарелки довольно часто фиксируются в верхней части механизма. Циклический шаг лопастей зависит от размеров фиксированного кольца. Блокировка у стойки встречается довольно часто. Над тарелкой находятся втулки, которые защищают лопасти.

Соосные модификации с крыльчаткой

Соосный автомат перекоса с крыльчаткой подходит для конвертопланов. Сила тяги у моделей довольно высокая. Если верить экспертам, то стойки применяются небольшой длины. Установка подшипников осуществляется на тарелки. Модификации с большими переходниками встречаются очень редко. Угол наклона винтов по тангажу, как правило, не превышает 40 градусов. У многих автоматов блокиратор отсутствует. Установка устройств стандартно осуществляется на ротор. В данном случае втулки устанавливаются в два ряда.

Крыльчатки применяются с шарнирными креплениями, которые находятся в нижней части конструкции. По мнению экспертов, тяговая сила модификаций зависит от диаметра тарелок. Циклический шаг лопастей тесно связан с размером стоек, которые находятся по бокам от тарелок с неподвижными кольцами. Подшипники сферического типа у автоматов с крыльчаткой встречаются очень часто. Многие специалисты утверждают, что модификации страдают отклонением тарелки. Наклон по крену в устройствах сильно ограничен.

Коленчатые устройства

Коленчатые модификации у вертолетов встречаются довольно редко. Сила тяги у них, как правило, находится на высоком уровне. Если говорить про недостатки, то важно упомянуть о сложной управляемости механизма при сильных порывах ветра. Если верить мнению экспертов, то несущие винты располагаться должны в верней части модификации. Для решения проблем с уклоном тарелки устанавливается блокиратор. Непосредственно передние стойки фиксируются на тарелки.

Предельный угол наклона по тангажу составляет около 40 градусов. Многие модификации производятся без сферических подшипников. Тарелки применяются с накладками и без них. Модификации с подвижными кольцами встречаются довольно редко. Вращательный момент у тарелок высокий. Стойки за креплением используются небольшой ширины. Внутренние кольца у модификаций данной серии способны выдерживать большие нагрузки. Также стоит отметить, что на рынке представлены модификации с нижним расположением несущих винтов. В таком случае передние стойки применяются небольшой высоты и крепятся под тарелкой.

Сила подъема у автоматов данной серии довольно высокая. Для современных модификаций они подходят замечательно. Из недостатков можно выделить малый угол по тангажу. На сферические подшипники оказывается большая нагрузка. Наклон по крену максимум достигает 50 градусов. Блокировка стоек используется очень редко. Установка автоматов данного типа осуществляется только на роторы через шарниры.

Ходовые устройства

Их можно использовать на вертолетах и конвертопланах. Многие модификации применяются с длинными стойками и широкой тарелкой. Несущие винты, как правило, находятся в верхней части автомата. Наклон по тангажу в данном случае зависит от ширины подвижного кольца. Проблемы с перекосом винтов у модификаций возникают очень редко.

Защитные втулки устанавливаются над переходником. Крепление к ротору происходит только через шарниры. При этом внутренние кольца часто применяются небольшого диаметра. Основная нагрузка у механизмов оказывается именно на стойки. Циклический шаг у лопастей не сильно высокий. Также стоит отметить, что модификации данного типа выделяются качественными блокираторами. Шаровые опоры на автоматах встречаются очень редко.

Модификация Сикорского

Автомат перекоса Сикорского является надежным и отличается прочными стойками. Тарелки в данном случае применяются на 23 см. Проблемы с наклоном по тангажу возникают нечасто. Несущие винты у моделей находятся выше уровня тарелок. Установка по вертикали осуществляется очень быстро. Многие специалисты говорят о том, что регулировка по крену происходит очень плавно. Достигнут данный эффект был за счет установки небольших стоек. Предельный угол наклона по тангажу равняется 40 градусов.

Шаровые опоры применяются с накладками. Недостатком модификаций принято считать малый вращающийся момент. Кольца в устройствах изнашиваются довольно быстро. Отдельного внимания у модификаций заслуживают шарниры. Располагаются они в нижней части конструкции, что позволяет просто регулировать отклонение тарелок.

Особенности модели серии МИ 8Т

Данный автомат перекоса винта применяется на вертолетах разных серий. Несущие винты у него установлены на уровне кольца. Работа автомата перекоса осуществляется путем смены положения лопастей. Если верить мнению экспертов, то шаровые опоры способны выдерживать большие нагрузки. В данном случае циклический шаг контролируется отлично. Подшипники у автомата применяются сферического типа. Западание подшипников при наклоне происходит редко.

При этом износ у колец очень малый. Отдельного внимания заслуживают компактные шарниры. На ротор модификация устанавливается очень плотно. Круговые движения осуществляются плавно, нагрузка на подшипники распределяется равномерно. Предельный наклон по тангажу равняется 30 градусам. Многие эксперты говорят, что тарелки и при больших оборотах быстро стабилизируются. Отдельно важно отметить, что предельный наклон по крену не превышает 20 градусов.

Параметры модификации серии АВ-1

Представленный автомат перекоса фаз выделяется низкими стойками. Предельный наклон по тангажу в данном случае равняется 50 градусов. Подшипники тяги применяются с накладками. Если верить мнению экспертов, то проблемы с блокировкой стойки возникают очень редко. Тарелка в данном случае установлена на 23 см. Несущие винты у модификации находятся выше уровня тарелки. Втулки в данном случае способны прослужить долгое время.

Отклонение тарелки контролируется на хорошем уровне. Циклический шаг лопасти регулируется только передними стойками. Наклон по крену равняется 30 градусов. Установка по вертикали выполняется довольно быстро. Подшипники сферического типа располагаются только над тарелкой.

Отличия устройств В 912

Данный автомат перекоса выделяется хорошим переходником. Устройство относится к кулачковым механизмам, обладает отличной стабилизацией. Шарниры крепления находятся в нижней части модификации. Подшипники применяются только на тарелке. Установка лопастей по вертикали много времени не отнимает. Предельный угол наклона по крену равняется 25 градусов. Также стоит отметить, что вращающиеся кольца используются диаметром в 34 см.

Защитные втулки применяются только на передних стойках. Предельный угол наклона по крену не превышает 55 градусов. Проблемы с прекосами этому автомату не страшны. Крепление модификации на ротор стандартно осуществляется через шарниры. Многие специалисты отмечают, что регулировка лопастей по горизонтали происходит очень быстро. Блокировка стойки у модели отсутствует.

Особенности модели серии В 915

Отличается большим наклоном по крену. Относится устройство к коленчатым типам. Несущие винты располагаются на уровне подшипников тяги. Если верить экспертам, то пробелы с перекосом не наблюдаются. При этом защитные втулки находятся под стойкой и над ней. Ходовые лопасти способны выдерживать большие нагрузки.

Шаровые опоры в данном случае применяются с накладками. Предельный угол наклона по тангажу равняется 55 градусов. По словам специалистов, блокиратор работает хорошо. Среди недостатков стоит упомянуть о быстром износе колец. Циклический шаг лопастей регулируется не очень плавно. Крепление у шарниров оставляет желать лучшего. Для конвертопланов модификация данной серии не подходит.

Параметры модификации серии В 920

Модель производится с четырьмя стойками. Вращаются они свободно, предельный угол крена равняется 35 градусов. Несущие винты установлены на уровне подшипникового ряда. Тарелка используется из нержавеющей стали, а ее диаметр равняется 4 см. Многие эксперты говорят о том, что модификация производится с качественными шарнирами крепления, и в установке она довольно проста.

Втулки располагаются только над защитным кольцом. Предельный угол наклона по тангажу составляет 50 градусов. Вращающееся кольцо производителем применяется на 30 см. Блокировка стойки у данного автомата отсутствует. Некоторые эксперты говорят о том, что модификация может применяться на автожирах. Также стоит отметить, что у модели установлено две шаровые опоры. Проблемы с прекосом им не страшны.

Отличия устройств V922-04

Вращающееся кольцо применяется диаметром в 30 см. Подшипники у автомата используются только сферического типа. Шаровые опоры у модификации отсутствуют. Блокировка стойки стандартно установлена под тарелкой. Подшипники тяги применяются без накладок. Установка лопастей по горизонтали происходит довольно быстро. Отклонение тарелки происходит очень редко. При этом циклический шаг лопастей регулируется без проблем.

Особенности модели МИ-8

Автомат перекоса вертолета МИ-8 имеет массу преимуществ. В первую очередь важно отметить, что модификация относится к переходным устройствам. Несущие винты в данном случае располагаются на уровне втулок. Установка по вертикали занимает довольно много времени. Предельный угол по крену составляет не более 40 градусов. Ходовые лопасти способны выдерживать больше нагрузки. Также стоит отметить, что автомат перекоса МИ-8 делается со сферическими подшипниками. Многие эксперты указывают на низкую прочность опор. При этом тарелка применяется малого диаметра. Отдельного внимания в устройстве заслуживает малый угол наклона по тангажу. Шаровые опоры в данном случае установлены над тарелкой. Крепеж модификации осуществляется через ротор. Крепления в данном случае применяются небольшой ширины. Отклонения тарелки при значительных нагрузках сильно заметны. При подъеме большая нагрузка направляется именно на шаровые опоры.

Параметры модификации серии 8-1950-000

Автомат перекоса 8-1950-000 пользуется большим спросом. Подходит он не только для вертолетов, но и автожиров. Автомат перекоса 8-1950-000 оснащен качественными опорными стойками. Установка лопастей по вертикали происходит быстро. При этом проблемы со стабилизацией тарелки модификации не страшны.

Отличия устройств 8-1975-000

Это качественный кулачковый автомат перекоса вертолета. Принцип действия устройства построен на изменении угла наклона лопастей. Если говорить про показатели, то диаметр тарелки равняется только 34 см. Несущие винты располагаются на уровне сферических подшипников.

Модификация способна выдерживать большие нагрузки. Однако важно отметить, что максимальный угол по крену не превышает 40 градусов. Блокировка стойки в данном случае отсутствует. Отдельного внимания заслуживает компактная шаровая опора. Проблемы со скручиванием ей не страшны. Установка лопастей по вертикали происходит довольно быстро.

Для регулировки циклического шага лопастей применяются передние опоры. Для конвертопланов модификация этой серии не подходит. Шарнирные крепления у нее находятся под тарелкой. Защитное кольцо у модификации фиксируется на втулке. Накладка на шаровой опоре изнашивается очень медленно. Для автожиров данный автомат перекоса не подходит.

СИСТЕМА МЕХАНИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕРТОЛЕТА

Управление вертолетом может осуществляться:

– летчиком, а также механизмами и устройствами, служащими для облегчения процесса управления и улучшения его качества (полуавтоматическая система);

– системой, в которой создание и изменение управляющих сил и моментов осуществляется комплексом автоматических устройств, а роль летчика сводится к отладке этих устройств и наблюдению за правильностью их работы.

СУ вертолетом состоит из ручного и ножного управления.

Ручное управление предназначено для воздействия на автомат перекоса (АП) НВ и разделяется на управление общим шагом (управление подъемной силой НВ по оси У) и циклическим шагом НВ (продольное и поперечное управление относительно осей X и Z).

Управление общим шагом летчик осуществляет при помощи рычага, расположенного слева от него. Управление циклическим шагом НВ производится правой рукой.

Ножным управлением создается момент М относительно вертикальной оси вертолета и осуществляется путевое управление (рысканье). На вертолете одновинтовой схемы путевое управление предназначено для изменения общего шага РВ, на вертолетах соосной схемы – для дифференциального изменения общего шага НВ.

Движение рук и ног летчика при управлении вертолетом соответствует естественным рефлексам человека. При перемещении ручки вперед, т.е. от себя, вертолет опускает нос (появляется пикирующий момент тангажа Мг относительно оси Z) и увеличивает горизонтальную скорость полета Vх при повышении мощности двигателя.

При движении ручки назад, т.е. на себя, появляется кабрирующий момент Мz и происходит соответствующее движение вертолета назад (вперед хвостом).

Движение ручки влево вызывает левый крен вертолета (относительно оси X) и при увеличении мощности двигателя – полет боком влево вдоль оси Z. Движение ручки вправо вызывает правый крен и полет боком вправо.

Движением левой ноги вперед вертолет поворачивается налево, правой ноги – направо.

Требования к системе управления вертолётом

Основной задачей конструктора является создание такой СУ, которая наиболее точно осуществляет кинематическую связь между командными рычагами и органами управления. Эта задача значительно усложняется при увеличении полетной массы вертолета из-за роста нагрузок на органы управления, а также вследствие увеличения расстояния между командными рычагами и органами управления.

Летчик в общем случае решает две по существу различные задачи: одна из них – стабилизация положения вертолета в пространстве; вторая – управление траекторией полета вертолета. Наиболее эффективным средством улучшения устойчивости вертолета с шарнирным НВ является система автоматической стабилизации, называемая автопилотом.

Включение автопилота в СУ вертолета производится по дифференциальной схеме (рис. 3.1.2).

Рис. 3.1.2. Включение автопилота в систему управления по дифференциальной схеме: 1 – муфта автотриммера; 2 – загрузочная пружина; 3 – ручка управления; 4 – раздвижная тяга; 5 – силовой цилиндр; 6 – автопилот

В этой схеме применяются рулевые приводы, работающие одновременно как от сигналов автопилота, так и от воздействия летчика. При дифференциальном включении рулевых машин рычаг управления, например, ручка, может быть неподвижным (или перемещаться летчиком), в то время как соответствующий орган управления независимо от ручки отклоняется под воздействием сигналов автопилота, но его максимально возможное отклонение обычно ограничено диапазоном шириной около 20% полного хода.

В то же время для быстрого изменения режима полета или при отказе автопилота летчик всегда может вмешиваться в управление, непосредственно отклоняя ручку управления. Дифференциальное включение автопилота обеспечивает устойчивость вертолета на всех режимах в течение всего времени полета.

Вертолеты, управление которыми невозможно или затруднительно без применения гидроусилителей (ГУ) или бустеров, должны иметь, кроме основной гидравлической системы, дублирующую. На вертолетах, управление которыми возможно без усилительных механизмов, допускается установка только основной усилительной системы.

ГУ состоит из исполнительного механизма (силового привода), следящего элемента (золотника) и связи между ними (рис. 3.1.3).

Рис. 3.1.3. Принципиальная схема работы гидроусилителя:

1 – ручка управления; 2 – ограничитель хода золотника; 3 – головка ГУ; 4 – золотник; 5 – силовой цилиндр; 6 – поршень силового штока

При нейтральном положении золотника гидросмесь не поступает в силовой цилиндр и система остается неподвижной. Если сдвинуть золотник, то одна из полостей цилиндра соединяется с питающей магистралью гидросистемы, а другая – со сливной. Под действием разности давлений в полостях шток силового цилиндра начнет перемещаться, поворачивая лопасть относительно осевого шарнира. Одновременно со штоком в ту же сторону будет перемещаться и корпус золотника (через механическую обратную связь), стремясь снова перекрыть питающую и сливную магистрали. Если летчик или автопилот перестанут смещать золотник – он остановится. Таким образом, каждому положению тяги управления золотником, а следовательно, и ручки управления, связанной с ним, соответствует свое положение исполнительного штока.

На вертолетах по всех каналах применяют необратимую бустерную систему управления. Усилия, возникающие в проводке управления от шарнирных моментов на органах управления, не передаются на рычаги управления вертолетом, т.к. целиком воспринимаются ГУ. Для имитации усилий от органов управления в систему включаются загрузочные механизмы. В этом случае пилот преодолевает усилие не от шарнирных моментов лопастей, а от сжатия или растяжения пружины загрузочного механизма (рис. 3.1.4). К загрузочному устройству присоединяется т.н. механизм триммерного эффекта. При включении этого механизма снимается (по желанию пилота при длительном полете) усилие с ручки (педали).

Рис. 3.1.4. Схемы «автотриммирования»:

а – схема «автотриммирования» с применением электромеханизма: 1 – электромеханизм с самотормозящейся червячной парой; 2 – концевые выключатели;3 – триммерная кнопка; 4 – ручка управления; 5 – пружинный механизм

б – схема «автотриммирования» с применением электромагнитной муфты: 1 – электромагнитная муфта; 2 – триммерная кнопка; 3 – ручка управления; 4 – пружинный механизм

Люфты в управлении неблагоприятно влияют на управляемость вертолета. Если имеется люфт на участке между ручкой и золотником ГУ, то после страгивания ручки золотник переместится лишь после выбора люфта. При наличии люфта между ручкой и загрузочным механизмом летчик ощутит усилие от последнего уже после начала поворота лопастей и реагирования вертолета. Это нарушение чувства управления может вызвать раскачку вертолета.

Появление чрезмерного суммарного люфта в проводке управления может привести к самопроизвольному перемещению управляющих золотников и включению ГУ.

В СУ вертолета должна быть обеспечена независимость действия продольного, поперечного, путевого управления и общего шага НВ.

Рекомендуется не превышать следующих значений отклонения рычагов управления:

±170 мм – для продольного отклонения ручки;

± 125 мм – для поперечного отклонения ручки;

± 100 мм – для отклонения педалей.

Вертолёт Ка-32

Транспортный вертолёт Chinook-46 (США)

Первый в мире электровертолёт

Источник

Вертолеты

Основные идеи и краткая история

Вертолет, или, иначе, геликоптер, создает подъемную силу за счет вращения винта, в отличие от самолета, у которого подъемная сила создается поступательным движением аппарата.

Воздух обтекает лопасти вращающегося винта вертолета. Поскольку для создания подъемной силы не имеет существенного значения, создается ли движение путем перемещения всего аппарата или перемещением одного крыла относительно воздуха, то и основной принцип появления данной силы неизменен.

Иными словами, лопасть винта вертолета представляет собой аналог крыла самолета, у которого верхняя часть более «выпуклая», чем нижняя — для эффекта Бернулли.

Кроме того, как и крыло самолета, лопасть винта вертолета образует определенный угол атаки с горизонталью. Это делается для того, чтобы сила сопротивления воздуха при движении лопасти давала составляющую, направленную вверх.

Винт, в соответствии с 3-м законом Ньютона, воздействует на воздух с той же силой, с какой воздух действует на винт. Это приводит к движению воздуха. Движение воздуха направлено сверху вниз. Получается, что вертолет как бы висит на воздушных струях.

Вращение винта, в соответствии с законом сохранения момента импульса, создает так называемый «реактивный момент», закручивающий летательный аппарат в противоположную сторону. Для компенсации применяют либо соосную схему с двумя винтами, вращающимися в разные стороны, либо, чаще, используют малый хвостовой «подруливающий» винт, задача которого — создать момент в направлении, противоположном действию реактивного момента. Следует отметить, что реактивный момент свойственен не только вертолетам. В равной степени он возникает и на вращающемся винте у самолета (компенсируется вращением винтов в разные стороны, положением элеронов или рулей высоты).

Когда винт вертолета работает в горизонтальной плоскости, параллельно земле, вертолет может только висеть, поднимаясь выше и ниже (что, кстати, невозможно для самолетов). Чтобы вертолет начал двигаться вперед, ему необходимо изменить угол наклона винта так, чтобы винт толкал аппарат не только вверх, но и вперед.

Идея создания подобного аппарата, взлетающего при помощи винта, была высказана еще Леонардо да Винчи в 1475 году. Неоднократно совершались попытки построить подобный аппарат, в том числе и в России. Так, в 1754 г. М. В. Ломоносовым были проведены экспериментальные работы по определению подъемной силы летательного аппарата с соосными винтами. Однако практическое использование вертолета без мощного двигателя, даже при удачной попытке поднять аппарат в воздух, было невозможно. Вертолет в лучшем случае мог поднять вверх только себя самого.

Первый в истории вертикальный полет состоялся 24 августа (по другим источникам, 29 сентября) 1907 года и продолжался одну минуту. Вертолет, построенный братьями Луи и Жаком Бреге (Louis & Jacques Bréguet) под руководством профессора Шарля Рише (Charles Richet), поднялся в воздух на 50 см.

В России первый вертолетоподобный аппарат, с соосными винтами, создал и довел до стендовых испытаний в 1909–1910 гг. И. И. Сикорский, однако этой машине не хватало подъемной силы.

Вертолет классической схемы (с большим и малым винтами) появился после изобретения Б. Н. Юрьевым в 1911 году автомата перекоса.

Автомат перекоса — устройство, изменяющее угол наклона каждой лопасти несущего винта по мере движения по окружности. Подобное решение позволило в разных секторах, ометаемых винтом, иметь разные подъемные силы. За счет этого плоскость, в которой вращается несущий винт вертолета, переходит из горизонтального положения в наклонное, наклоняя при этом всю машину, то есть плоскость вращения винта образует некоторый угол с горизонтом. За счет этого поворота у «подъемной силы» появляется составляющая, направленная вперед. Автомат перекоса находится на втулке винта и управляется с помощью рукоятки в кабине пилота. С помощью этого устройства вертолет способен совершать поступательное движение.

К сожалению, попытки поднять в воздух первый вертолет Б. Н. Юрьева с несущим винтом диаметром 8 м и подруливающим винтом, вынесенным на хвостовую балку, оказались неудачными из-за недостаточной прочности вала главного винта.

Источник

Вертолеты

Вертолет.

Вертолет — летательный аппарат, у которого подъёмная сила и пропульсивная сила для горизонтального полёта создаются одним или несколькими несущими винтами (НВ). Вертолет может совершать вертикальные взлет и посадку, неподвижно «висеть» в воздухе, перемещаться вдоль и поворачиваться относительно любой оси. При отказе двигателей вертолет продолжает полёт со снижением и осуществляет посадку на режиме авторотации винта на неподготовленную площадку. Применяя резкое увеличение угла установки лопастей непосредственно перед посадкой, можно значительно увеличить подъёмную силу и тем самым существенно уменьшить вертикальную скорость вертолета в момент посадки.

Силы, действующие на вертолет.

Благодаря возможности взлетать и садиться вертикально, вертолет эксплуатируется с небольших площадок. Способность неподвижно висеть позволяет вертолету производить погрузку и выгрузку грузов, не совершая посадки, а также выполнять сложные строительно-монтажные операции. Вертолет широко применяются в народном хозяйстве для перевозки грузов, людей, выполнения сельскохозяйственных и других работ. Большую помощь оказывают вертолеты в разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений в труднодоступных районах и на море, строительстве магистральных газо- и нефтепроводов, линий электропередачи. Используются вертолеты также санитарной службой, для защиты лесов от пожаров и т.п.

Вертолеты входят в состав вооруженных сил всех крупных государств и предназначены для перевозки и десантирования войск и грузов, уничтожения танков и другой техники противника, огневой поддержки войск, разведки, связи, инженерного обеспечения и выполнения других заданий. В военно-морских силах вертолеты служат как поисково-спасательные, противолодочные, десантно-транспортные, противокорабельные летательные аппараты, а также как тральщики.

Вертолет состоит из планёра, включающего фюзеляж, шасси, а в некоторых схемах также крыло и (или) оперение, винтовой несущей системы (несущих винтов), силовой установки, электро-, радио- и навигационного оборудования. Одновинтовые вертолеты с механическим приводом НВ, кроме того, имеют рулевой винт для уравновешивания реактивного момента и для путевого управления вертолетом.

Основные летно-технические характеристики вертолетов 80-х гг.; крейсерская скорость до 280 км/ч; макс,скорость до 350 км/ч; дальность полета до 800 км; динамический потолок до 6 км; статический потолок до 3 км и более; полезная нагрузка составляет от 0,4 т для лёгких вертолетов и до 25 т для тяжёлых.

Классифицируются вертолеты по следующим признакам:
-по числу НВ различают вертолеты: одно-, двух- и многовинтовые;
-по взаимному расположению НВ — продольные, соосные, поперечные, с перекрещивающимися осями винтов;
-по числу двигателей — одно-, двух- многодвигательные;
-по типу привода НВ с механическим приводом от двигателя и с реактивным приводом (с реактивными двигателями на концах лопастей или с турбокомпрессором в фюзеляже и реактивными соплами на концах лопастей);
-по назначению — многоцелевые, транспортные, пассажирские, вертолёты-краны, сельскохозяйственные, спасательные, санитарные и др.;
-по взлётной массе или грузоподъёмности — сверхлёгкие, легкие, средние, тяжёлые, сверхтяжёлые;
-по типу взлётно-посадочных устройств — сухопутные и амфибии.

Наиболее распространены вертолеты одновинтовой схемы с механической трансмиссией и установленным на хвостовой балке рулевым винтом (около 95% всех построенных). Затраты на привод рулевого винта составляют 8-15% полной мощности двигателей. Рулевой винт работает в более тяжёлых условиях, чем несущий, из-за воздействия потока воздуха от НВ и наличия режима разворота вертолета относительно вертикальной оси на режиме висения. Вертолеты одновинтовой схемы разрабатываются большинством вертолётостроительных предприятий мира (Московский вертолётный завод, (вертолеты «Ми»), ПЗЛ «Свидник», фирмы «Белл», «Сикорский», «Льюз геликоптерс», «Аэроспасьяль», «Уэстленд», «Агуста» и др.).

У вертолета соосной схемы вал верхнего винта проходит через полый вал нижнего. НВ вращаются в противоположные стороны, их реактивные моменты взаимно уравновешиваются. Вертолет имеет меньшие габариты, чем вертолеты других схем. Условия работы винтов неодинаковы, так как нижний винт работает в потоке воздуха от верхнего. Вертолет такой схемы разрабатываются на Ухтомском вертолётном заводе (вертолеты «Ка»).

Вертолеты продольной схемы занимают второе место после одновинтовых вертолетов по числу построенных за рубежом. В связи с тем, что задний винт вертолета работает в потоке переднего, условия его работы более тяжёлые, чем у изолированного винта. Вертолеты продольной схемы строятся фирмой «Боинг вертол» (США), а в СССР в 50-х годах создавались на Московском машиностроительном заводе «Скорость» (вертолет Як-24).

У вертолета поперечной схемы НВ соединены с фюзеляжем при помощи крыльев или ферм, эта схема имеет полную аэродинамическую симметрию, что улучшает устойчивость и управляемость вертолета. Взаимное влияние винтов практически отсутствует. Из-за поперечного расположения НВ улучшаются лётные характеристики на средний скоростях, допустима значительная перегрузка вертолета при взлёте с разбегом. По этой схеме были построены вертолеты конструкции И.П.Братухина (СССР), Г.Фокке (Германия), а также самый тяжёлый в мире вертолет Ми-12 (СССР). Для уменьшения габаритов вертолеты поперечной и продольной схем, как правило, имеют перекрытие несущих винтов.

Вертолет с перекрещивающимися осями винтов — разновидность вертолета поперечной схемы (крайний случай перекрытия винтов). Вращение винтов синхронизировано таким образом, что в любом положении лопасти одного винта проходят над лопастями другого. Вертолет имеет малые габариты, но опасен в эксплуатации из-за низко проходящих над землёй лопастей вследствие значительного, развала винтов. Винты работают в условиях существенного взаимного влияния. Производством вертолетов этой схемы занималась фирма «Каман». В 60-х годах постройка прекращена.

Вертолеты многовинтовой схемы (с числом винтов от 3 до 20) строились на ранних стадиях развития вертолётостроения.

В силовой установке вертолета с механическим приводом НВ применялись поршневые, а затем получили распространение в основном газотурбинные двигатели со свободной турбиной. Силовая установка включает также топливную систему, систему охлаждения, маслосистему, систему управления двигателями, противопожарную систему.

По методам создания подъёмной силы, пропульсивной силы и управляющих воздействий вертолеты принципиально отличается от других летательных аппаратов (пропульсивная сила, управляющие силы и моменты создаются тем же органом, который создаёт и подъемную силу).

Подъёмная сила НВ изменяется посредством рычага «Шаг — газ», находящегося слева от кресла пилота. Перемещение рычага одновременно изменяет общий шаг всех лопастей и массу топлива, подаваемого в двигатели. Поворот рукоятки рычага относительно оси обеспечивает коррекцию (более точную регулировку) подачи топлива и, следовательно, мощности двигателей.

С помощью ручки управления лётчик правой рукой посредством автомата перекоса изменяет циклический шаг лопастей винта, что приводит к изменению наклона вектора аэродинамической силы, создаваемой НВ. Возникающая при этом составляющая вектора в плоскости вращения винта определяет направление поступательного движения. Кроме того, изменение в этом случае плеча аэродинамической силы относительно центра масс вертолета создает управляющий момент в продольной или поперечной плоскости и обеспечивает управление по углам тангажа и крена. Продольное (у вертолета продольной схемы) или поперечное (у вертолета поперечной схемы) управление может также осуществляться дифференциальным изменением общего шага НВ. Для путевого управления, как и на самолете, служат педали.

На вертолете одновинтовой схемы лётчик, воздействуя на педали, через проводку управления изменяет общий шаг рулевого винта, то есть его тягу. На вертолете двух- и многовинтовой схем (кроме соосной) путевое управление осуществляется дифференциальным изменением циклического шага НВ. На вертолете соосной схемы путевое управление достигается дифференциальным изменением общего шага винтов. На одновинтовых вертолетах наклон оси рулевого винта позволяет получить вертикальную составляющую тяги (до 25% тяги рулевого винта), что облегчает балансировку вертолета и улучшает его летно-технические характеристики.

На вертолеты устанавливаются стабилизаторы и кили для улучшения динамической устойчивости в поступательном полёте и изменения его балансировки в нужную сторону при изменениях режима полёта. Установленное на некоторых вертолетах крыло служит для разгрузки НВ при большой скорости полёта или используется в качестве кронштейна для подвесного оборудования.

Список источников:
А.М.Изаксон. Советское вертолетостроение.
М.Н.Тищенко, А.В.Некрасов, А.С.Радин. Вертолеты. Выбор параметров при проектировании.

Источник

ПРИНЦИП ПОЛЁТА И ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ВЕРТОЛЁТА

ВЕРТОЛЁТЫ

Рис. 1. К объяснению принципа полёта вертолёта

Несущий винт (НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе.
При вращении в горизонтальной плоскости НВ создает тягу (Т), направленную вверх и т.о. выполняет роль создателя подъёмной силы (Y). Когда тяга НВ будет больше веса вертолета (G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги НВ вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу НВ сделать несколько меньше веса вертолета. Сила (P) для поступательного движения вертолета обеспечивается наклоном плоскости вращения НВ при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения НВ вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная — вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.

Рис. 2. Основные части вертолета:

1 – фюзеляж; 2 – авиадвигатели; 3 – несущий винт; 4 – трансмиссия;5 – хвостовой винт;
6 – концевая балка; 7 – стабилизатор; 8 – хвостовая балка; 9 – шасси

Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудо-вания. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения НВ, и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки – (МИ-24)). Силовая установка (двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несу-щего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.).
НВ служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей
и втулки НВ. Трансмиссия служит для передачи мощности от двигателя к несущему и рулевому винтам. Составными элементами трансмиссии являются валы, редукторы и муфты. Рулевой винт (РВ) (бывает тянущий и толкающий) служит для уравновешивания реактив-ного момента, возникающего при вращении НВ, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги РВ создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент от НВ. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги РВ. РВ так же состоит из лопастей и втулки.

Система управления (СиУпр) вертолета состоят из ручного и ножного управления. Они включают командные рычаги (ручку управления, рычаг «шаг-газ» и педали) и системы проводки к НВ и РВ. Управление НВ-ом производится при помощи специального устрой-ства, называемого автоматом перекоса. Управление РВ производится от педалей.

Взлетно-посадочные устройства (ВПУ) служат опорой вертолета при стоянке и обеспе-чивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж.

Рис. 3. Общий вид конструкции вертолёта (на примере боевого вертолёта МИ-24П).

Источник

Каталог статей

Вертолет – это винтокрылая машина, в которой подъемную силу и силу тяги создает винт. Несущий винт служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе. При вращении в горизонтальной плоскости несущий винт создает тягу(Т) направленную вверх, выполняет роль подъёмной силы(Y). Когда тяга несущего винта будет больше веса вертолета(G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги несущего винта вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу несущего винта сделать несколько меньше веса вертолета. Поступательное движение вертолета(P) обеспечивается наклоном плоскости вращения несущего винта при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения винта вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная — вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.

Рис 1. Схема распределения сил

Конструкция вертолета

Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудования. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения несущего винта,и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки несущего винта (МИ-24)).Силовая установка(двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несущего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.). Несущий винт(НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей и втулки несущего винта. Рулевой винт служит для уравновешивания реактивного момента, возникающего при вращении несущего винта, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги рулевого винта создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент несущего винта. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги рулевого винта. Рулевой винт так же состоит из лопастей и втулки. Управление несущим винтом производится при помощи специального устройства, называемого автоматом перекоса. Управление рулевым винтом производится от педалей. Взлетно-посадочные устройства служат опорой вертолета при стоянке и обеспечивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж

Рис.2 Основные части вертолета:

1 — фюзеляж; 2 — авиадвигатели; 3 — несущий винт (несущая система); 4 — трансмиссия; 5 — хвостовой винт; 6 — концевая балка; 7 — стабилизатор; 8 — хвостовая балка; 9 — шасси

Принцип создания подъемной силы винтом и система управления винтом

При вертикальном полете п олная аэродинамическая сила несущего винта выразится как произведение массы воздуха, протекающего через поверхность, сметаемую несущим винтом за одну секунду, на скорость уходящей струи:

По сути сила тяги винта равна силе реакции при ускорении воздушного потока

Для того чтобы вертолет двигался поступательно, нужен перекос плоскости вращения винта, причем изменение плоскости вращения достигается не наклоном втулки несущего винта (хотя визуальный эффект может быть именно такой), а изменением положения лопасти в разных частях квандрантов описываемой окружности.

Рис.3 Изменение скоростей набегающего потока при вращении винта для вертолета МИ-1 (средние скорости полета).

Чтобы этого не происходило, конструктора применили одну хитрость. Дело в том, что лопасти несущего винта закреплены во втулке (это такой массивный узел, насаженный на выходной вал), но не жестко. Они с ней соединены с помощью специальных шарниров (или устройств, им подобных). Шарниры бывают трех видов: горизонтальные, вертикальные и осевые.

Рис. 4 Силы, действующие на лопасть, подвешенную ко втулке винта на шарнирах.

От 0º до 90º скорость обтекания лопасти растет, значит растет и подъемная сила. Но! Теперь лопасть подвешена на горизонтальном шарнире. В результате избыточной подъемной силы она, поворачиваясь в горизонтальном шарнире, начинает подниматься вверх ( специалисты говорят «делает взмах »). Одновременно из-за увеличения лобового сопротивления (ведь скорость обтекания возросла) лопасть отклоняется назад, отставая от вращения оси винта. Для этого как раз и служит вертикальный шар-нир.

Однако при взмахе получается, что воздух относительно лопасти приобретает еще и некоторое движение вниз и, таким образом, угол атаки относительно набегающего потока уменьшается. То есть рост избыточной подъемной силы замедляется. На это замедление оказывает свое дополнительно влияние отсутствие управляющего воздействия. Это значит, что тяга автомата перекоса, присоединенная к лопасти, сохраняет свое положение неизменным, и лопасть, взмахивая, вынуждена поворачиваться в своем осевом шарнире, удерживаемая тягой и, тем самым, уменьшая свой установочный угол или угол атаки по отношению к набегающему потоку. (Картина происходящего на рисунке. Здесь У – это подъемная сила, Х – сила сопротивления, Vy – вертикальное движение воздуха, α – угол атаки.)

Рис.5 Картина изменения скорости и угла атаки набегающего потока при вращении лопасти несущего винта.

Однако несмотря на свою незначительность вертикальное отклонение лопастей присутствует, и несущий винт при вращении описывает конус, правда очень пологий. Основание этого конуса и есть плоскость вращения винта (см рис1.)

Для придания вертолету поступательного движения нужно эту плоскость наклонить, дабы появилась горизонтальная составляющая полной аэродинамической силы, то есть горизонтальная тяга винта. Иначе говоря, нужно наклонить весь воображаемый конус вращения винта. Если вертолету нужно двигаться вперед, значит конус должен быть наклонен вперед.

Рис. 6 Автомат перекоса модели вертолета

Для более лучшего понимания помещаю еще несколько иллюстраций втулки винта с автоматом перекоса.

Рис. 7 Втулка винта с автоматом перекоса (схема).

Рис. 8 Поворот лопасти в вертикальном шарнире втулки несущего винта.

Рис. 9 Втулка несущего винта вертолета МИ-8

Источник

ВЕРТОЛЕТ

ВЕРТОЛЕТ, винтокрылый летательный аппарат, называемый также винтокрылом, – летательный аппарат, у которого подъемная сила создается вращающимися винтами. Хотя полеты винтокрылых летательных аппаратов были осуществлены только в 20 в., сама концепция винтокрыла имеет намного более раннее происхождение. В рукописи Леонардо да Винчи (1452–1519) имеется рисунок машины с винтом на вертикальной оси, приводимым в движение мускульной силой летящего на ней человека. Это, несомненно, прообраз вертолета.

В настоящее время существуют как небольшие двухместные учебные вертолеты, так и гигантские транспортные винтокрылые машины, способные поднимать в воздух более 22 т груза и перевозить, например, гусеничные транспортные средства. Вертолеты – это высокоманевренные и универсальные летательные аппараты, предназначенные для выполнения разнообразных функций и не требующие больших и ровных площадок для взлета и посадки.

Самолеты могут лететь быстрее, чем вертолеты, но только в одном направлении. Вертолеты редко развивают скорости выше 320 км/ч, однако могут перемещаться в любую сторону и при необходимости зависать в воздухе.

О ПОЛЕТЕ ВЕРТОЛЕТА

Полет вертолета объясняется теми же законами аэродинамики, что и полеты любых других летательных аппаратов тяжелее воздуха, а именно – обтеканием воздухом лопастей винта или крыльев, создающих подъемную силу. В случае самолета воздух обтекает крыло, движущееся вперед. В случае вертолета воздух обтекает лопасть винта, вращающегося над фюзеляжем. Так как подъемная сила возникает при вращении винта, сам вертолет может перемещаться туда, куда его направят.

Крутящий момент.

Вследствие вращения винта на фюзеляж вертолета действует момент сил, закручивающий его в противоположном направлении. Существует несколько способов компенсации этого крутящего момента, и соответственно различаются схемы вертолетов.

Наиболее распространенной является схема с большим несущим винтом, устанавливаемым над фюзеляжем и обеспечивающим создание подъемной силы и горизонтальное перемещение, и небольшим хвостовым винтом, который вращается в вертикальной плоскости, как винт самолета, и используется для управления. Хвостовой винт создает силу тяги, момент которой противоположен крутящему моменту, порождаемому несущим винтом, и препятствует вращению фюзеляжа.

В двухвинтовой конфигурации вертолет имеет два несущих винта, вращающихся в горизонтальной плоскости. Винты устанавливаются на противоположных концах летательного аппарата и вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя моменты. В двухвинтовых схемах один винт располагается в передней части фюзеляжа, а второй – в хвостовой; такая схема называется продольной. У некоторых винтокрылов эти два винта расположены на концах поперечных выносных ферм (поперечная схема); по этой схеме выполняются летательные аппараты с поворотными воздушными винтами (см. ниже).

Наконец, существуют вертолеты с винтами, установленными друг над другом на одной оси и вращающимися в противоположных направлениях. Эта схема называется соосной. Соосная схема является одной из первых концепций винтокрылов, однако она нашла практическое воплощение только в Советском Союзе (вертолеты Н.И.Камова, который приступил к их конструированию еще в начале 1920-х годов).

Хотя схема вертолета с несущим и хвостовым винтами оказалась наиболее подходящей во многих отношениях, возникло желание убрать хвостовой винт, так как на его работу расходуется часть мощности двигателя, а лопасти могут представлять опасность. Фирма «Макдоннелл – Дуглас геликоптер» (США) разработала летательный аппарат, на котором крутящий момент гасится с помощью воздушной струи, выдуваемой из хвостовой части вертолета. Регулируя величину и направление реактивной силы струи, летчик создает компенсирующий крутящий момент.

Система управления полетом.

Управление полетом вертолета осуществляют с помощью четырех органов управления. Это рычаг управления двигателем, рычаг «шаг – газ», ручка управления и педали ножного управления рулевым винтом.

Рычаг управления двигателем регулирует подачу топлива и, следовательно, мощность двигателя.

Рычаг «шаг – газ» служит для регулирования подъемной силы посредством изменения общего шага лопастей несущего винта. Этот рычаг располагается слева от кресла летчика. Поднимая рычаг вверх, летчик увеличивает угол наклона (тангажа) лопастей – одновременно и одинаково сразу на всех лопастях. С увеличением угла тангажа подъемная сила винта возрастает.

Ручка управления используется для изменения направления движения: вперед, назад или вбок. Она расположена непосредственно перед летчиком. Накреняя ручку в желаемом направлении полета, можно в соответствующую сторону наклонить ось диска ротора. При наклоне оси диска вперед нос летательного аппарата наклоняется вниз, и создается ускорение, направленное вперед. При отклонении ручки управления «на себя» летчик поднимает нос летательного аппарата вверх, и вертолет движется назад.

Педали ножного управления рулевым винтом (т.е. рысканием) служат для изменения угла тангажа лопастей хвостового винта, используемого для компенсации крутящего момента. Чем больше угол тангажа лопастей хвостового винта, тем больше его тяга и тем больший крутящий момент от несущего винта он может погасить.

Управляемый полет вертолета возможен даже при остановке двигателя. Воздушный поток, возникающий при движении вертолета вперед или при снижении, поддерживает вращение винта. Это явление называется авторотацией. При относительно большой высоте полета у летчика хватит времени выбрать место для аварийной посадки, подлететь к нему и произвести мягкую посадку. Использование этого явления входит в программу обучения начинающих пилотов.

Вертолеты обладают качествами, которые позволяют применять их в нетрадиционных ситуациях. Для взлета и посадки они могут использовать любые небольшие площадки, включая палубы кораблей, крыши зданий, лесные поляны и пляжи. Для них не нужны специальные взлетно-посадочные полосы. Кроме того, они могут перевозить большие тяжести и опускать их в точно указанное место. Вследствие этого вертолеты способны выполнять разнообразные специфические задания, в частности высотные монтажные работы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРТОЛЕТОВ

Впервые вертолеты использовали в военных целях во время Второй мировой войны для несения патрульной службы и спасательных работ. Эвакуация раненых с поля боя была главной задачей для вертолетов во время войны в Корее. Эти вертолеты имели поршневые двигатели, и поэтому скорость их полета и грузоподъемность были невысокими.

Американские вертолеты с газотурбинными двигателями появились во время войны во Вьетнаме. Роль вертолетов значительно возросла. Военные вертолеты использовались для наблюдения, транспортировки войск и снаряжения.

Позже вертолеты начали принимать активное участие и в боевых действиях. Вооруженный реактивными снарядами и ракетами, вертолет стал высокоэффективным средством борьбы с танками. Дальнейшее усовершенствование оптических приборов расширило возможности применения вертолетов для контроля за передвижением войск даже ночью (с помощью инфракрасных приборов ночного видения). Появились вертолеты-разведчики и вертолеты для выполнения специальных заданий, таких, как борьба с террористами.

В сухопутных войсках США насчитывается более 7000 действующих вертолетов. ВМС, морская пехота и ВВС США также используют вертолеты.

Вертолеты находят универсальное применение как транспортное средство. Они используются для воздушного наблюдения, поисковых и спасательных операций, перевозки людей и грузов, особенно в труднодоступных районах.

Почти четверть гражданских вертолетов США принадлежит частным компаниям. Служебные вертолеты компаний используются главным образом для перевозки работников в деловые центры, филиалы компании и аэропорты.

Вертолеты обслуживают также и обычных пассажиров. Во многих крупных городах имеются рейсовые вертолеты, которые курсируют между центром города и ближайшими аэропортами.

Рыбаки используют вертолеты для обнаружения косяков рыбы. Фермеры применяют их для обработки посевов, а лесничие – для обнаружения лесных пожаров. Универсальность вертолетов содействовала их успешному применению в многочисленных совершенно различных областях человеческой жизнедеятельности.

ДРУГИЕ ВИДЫ ВИНТОКРЫЛОВ

Существуют винтокрылы, не являющиеся, строго говоря, вертолетами. К ним относится автожир, авторотирующий винт которого создает подъемную силу, но не позволяет зависать в воздухе. Для взлета и посадки автожира требуется взлетно-посадочная полоса.

Хуан де ла Сиерва изобрел автожир в 1919. Первые модели его летательного аппарата были оборудованы ротором со свободно машущими лопастями из бамбука. Этот автожир не имел хвостового винта, так как на нем не нужно было конпенсировать крутящий момент.

Вертолеты более маневренны, чем самолеты с неподвижным крылом, но имеют меньшую скорость полета. Инженеры давно мечтали объединить достоинства этих различных типов летательных аппаратов.

Примером такого аппарата является конвертоплан (преобразуемый летательный аппарат). Этот летательный аппарат осуществляет взлет и посадку, как вертолет, однако он преобразуется в самолет с фиксированным крылом при полете в воздухе. Имеется несколько вариантов схемы таких преобразуемых аппаратов.

В одной схеме используется ротор с вращающимися лопастями для взлета и посадки. На высоте крейсерского полета лопасти останавливают. Затем их можно убрать внутрь фюзеляжа или оставить снаружи, используя в качестве крыльев. Был разработан проект и испытан опытный образец такой компоновки преобразуемого летательного аппарата.

Концепция преобразуемого летательного аппарата получила наибольшее развитие в компоновке самолета с поворотными винтами, располагаемыми на концах крыла этого летательного аппарата (см. САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ; АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ). Во время взлета и посадки винты вращаются в горизонтальной плоскости, как на вертолете поперечной схемы. При достижении высоты крейсерского полета гондолы винтов поворачивают на 90°, чтобы винты вращались в вертикальной плоскости подобно винтам двухмоторного самолета с фиксированным крылом. Были исследованы различные варианты этой компоновки. В США наибольших успехов добилась вертолетостроительная фирма «Белл», разработавшая, в частности, усовершенствованный СВВП XV-15, осуществляющий переход из вертикального полета в горизонтальный посредством поворота гондол несущих винтов.

Фирма «Белл» совместно с «Боинг геликоптер» также разработала и запустила в производство СВВП с поворотными винтами, способный перевозить более 40 пассажиров. Этот многоцелевой военный самолет подходит и для выполнения многих гражданских задач. Так как для взлета и посадки такого самолета не нужны большие взлетно-посадочные полосы, его можно использовать для разгрузки аэропортов. См. также САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ.

ЛЕТАЮЩИЕ ПЛАТФОРМЫ

Одним из видов винтокрылых летательных аппаратов являются летающие платформы. Подобно вертолетам и конвертопланам, они удерживаются в режиме висения подъемной силой, создаваемой при непрерывном ускорении вниз масс окружающего воздуха.

В отличие от транспортных средств на воздушной подушке, летающие платформы способны подниматься на значительную высоту. Летающая платформа – это винтокрылый летательный аппарат, у которого размер несущего винта мал по сравнению с корпусом.

Первый свободный полет летающей платформы был осуществлен 4 февраля 1955. Построенная вертолетостроительной фирмой США «Хиллер» платформа имела диаметр 1,8 м. Вращение винтов осуществляли два двигателя.

Летающие платформы имеют три недостатка, и все они обусловлены малыми размерами несущих винтов. Во-первых, вследствие малого размера несущего винта для создания нужной подъемной силы приходится увеличивать скорость струи. Такая струя вызывает эрозию почвы и поднимает тучи пыли. Кроме того, для создания высокоскоростной струи нужен двигатель большой мощности и много топлива. Во-вторых, из-за малых размеров несущих винтов в случае отказа двигателя большая скорость снижения платформы может привести к катестрофе. Чтобы решить эту проблему, летающие платформы оборудуют несколькими отдельными двигателями. В-третьих, при таких соотношениях между размерами несущих винтов и летательного аппарата в целом возникает значительная аэродинамическая интерференция, особенно сильная при горизонтальном полете. Эти помехи существенно ухудшают характеристики устойчивости и управляемости.

Камов Н.И. Винтовые летательные аппараты (автожиры и геликоптеры). М., 1948
Ружицкий Е.С. Безаэродромная авиация. М., 1959
Бирюлин В.А. Винтокрыл Ка-22. – Крылья Родины, № 8, 1980
Изаксон А.М. Советское вертолетостроение. М., 1981

Источник

Просто о сложном. Вертолеты

Подобно самолету, который держится в воздухе благодаря крыльям, вертолет взлетает при помощи винтов большого диаметра. Такой винт называют несущим. У винта есть лопасти, каждая из которых имеет аэродинамический профиль и при вращении винта движется в воздушном потоке. При вращении винта возникает аэродинамическая сила, приложенная к каждой лопасти. Сила каждой лопасти суммируется и прикладывается ко всему винту, а через него ко всему вертолету. Эта сила всегда перпендикулярна плоскости вращения винта. Таким образом вертолету обеспечивается вертикальный взлет.

Вертолет, как и многие изобретения начала XX века, описывал в своих трудах Леонардо да Винчи. По его чертежам машина должна была приводиться в действие силой четырех человек, а винтовая конструкция, обтянутая тканью, служила несущей поверхностью. Однако есть версия, что да Винчи не был пионером в этой области, так как по описаниям еще в 400 году н.э. в Китае существовала игрушка с пропеллером, которая могла взлетать вверх.

С конца XIX века инженеры всего мира пытались сконструировать аппарат, который мог бы подниматься в воздух и быть управляемым. Пилотируемость и взлетная масса оказались самыми сложно решаемыми в ходе тестовых испытаний. Чаще всего испытатели добивались только одного из двух критериев, в результате чего их попытки оказывались безуспешными.

Первым, кто смог приблизиться к успешной конструкции вертолета, стал Поль Корню в 1907 году. Его аппарат поднимался на высоту 50 м и держался в воздухе 2 секунды.

В 1909 году российский студент Игорь Сикорский во дворе дома создал свой первый вертолет, но и его изобретение постигла та же участь, что и предшественников. Мощности аппарата не хватало, чтоб поднять в воздух даже человека, и на время он забросил идею о создании машины с вертикальным взлетом. В России карьера Сикорского успешно сложилась в авиации. Став главным авиаконструктором в России, Сикорский создал самые большие в мире самолеты «Русский витязь» и «Илья Муромец». Эмигрировав в США в период гражданской войны, Сикорский основал там фирму и успешно занимался авиастроительством.

В те же годы эмигрировавший из России авторитетнейший специалист в области аэродинамики активно работал над созданием вертолета для Министерства обороны США. Его машина была сложна, но могла поднимать в воздух до четырех человек и развивать скорость до 50 км/ч. К сожалению изобретателя, вертолет не был запущен в серийное производство, так как правительство посчитало его слишком дорогостоящим проектом.

Игорь Сикорский не оставлял идею о создании вертолета. Уже в 1939 году прошли первые успешные испытания одновинтового вертолета VS-300. Но вертолет Сикорского получил свой шанс лишь в 1942 году, после того как США вступили во Вторую мировую войну. Возможности летательного аппарата поразили военных, и уже в 1943 году вертолеты были запущены в серийное производство под кодом R-4.

Сикорский по праву считается отцом вертолетостроения, так как создал порядка 20 серийных моделей вертолетов, первым предложил конструкцию вертолета-амфибии. Вертолеты Сикорского совершили трансатлантический и тихоокеанские перелеты с дозаправкой в воздухе, а модель S-58 считается лучшим вертолетом первого поколения.

Для российского производства прототипом стал немецкий вертолет FA-223, который сконструировал профессор Генрих Фоке еще в 1936 году. Отличительной особенностью вертолета Фоке стало наличие двух винтов.

От Ми-1 до «Черного призрака»

Отрасль вертолетостроения сразу заявила о себе как о перспективной в сфере авиации. СССР и США стали основными конкурентами в борьбе за первенство в создании более совершенного вертолета. Более 70 лет инженеры-конструкторы двух сверхдержав стремятся создать технологический шедевр, который надолго смог бы закрепить за той или иной страной пальму первенства. За годы существования отрасли было создано множество вертолетов, которые внесли свой вклад в историю и увековечили имена своих создателей. Самые успешные вертолеты поступали в серийное производство и становились основой для разработки модификаций, обрастая целым семейством моделей.

Первым серийным вертолетом, выпущенным в СССР, был Ми-1. По летно-техническим характеристикам он напоминал вертолет Sikorsky S-51 1949 года, но, в отличие от импортного аналога, получил широкое распространение как в гражданской, так и в военной авиации, а также производился на экспорт.

Свое название, как принято в авиации, вертолет получил от фамилии главного конструктора Михаила Миля.

Вертолеты «Ми» стали одними из самых популярных не только на территории СССР, а потом и России, но и во всем мире.

Вертолет Ми-8 долгие годы лидировал в мировом вертолетостроении и даже сейчас уверенно держится в тройке самых распространенных вертолетов мира.

Вертолет Ми-8 был запущен в серийное производство в 1965 году, после того как Михаил Миль был командирован в США для покупки нескольких единиц вертолета Сикорского и для более подробного понимания потенциала иностранных конкурентов в отрасли.

Вертолет Ми-8 стал настоящей сенсацией на авиасалоне в Ле-Бурже. Он был оснащен двумя двигателями таким образом, что при отказе одного второй автоматически выходил на повышенную мощность, благодаря чему вертолет не терял высоту. Взлетная масса Ми-8 позволяла взять на борт трех членов экипажа и 24 десантника или 28 пассажиров и совершить беспосадочный полет на 425 км со скоростью 225 км/ч.

За годы производства Ми-8 не потерял популярность. У данного вертолета существует 60 модификаций, включая военные, спасательные, пассажирские и грузовые.

Золотая летопись вертолетостроения не могла обойтись без машин, выпущенных заводом Sikorsky. В середине ХХ века был создан UH-60 «Черный ястреб». Семейство «Черного ястреба» включает вертолеты грузоподъемностью от 1500 кг до 4 т, палубные вертолеты, санитарные, вертолеты огневой поддержи и пр. На сегодняшний день это один из самых часто экспортируемых вертолетов.

Такой титан авиации, как Boeing, также внес свой вклад в историю вертолетостроения. Ударный вертолет Boeing AH-64 Apache получил известность благодаря операции «Буря в пустыне». Специалисты утверждают, что достойным соперником «Апачу» может стать только Ми-28 «Ночной охотник». Вокруг указанного вертолета существует много споров и слухов, однако он не раз становился источником вдохновения для деятелей искусства, так как часто появлялся в кинофильмах и даже стал прообразом коллекции шляпок.

Имя вертолета Bell UH-1 Iroquois также связано с боевыми действиями. «Ирокез», или «Хьюи», стал символом войны во Вьетнаме. Этот вертолет выполнял всевозможные функции: доставлял на поле боя, снабжал провизией и боеприпасами, эвакуировал раненых. За 11 лет боевых действий было совершено 36 млн боевых вылетов. На каждые 18 тыс. вылетов приходилась одна потеря. Учитывая тот факт, что вертолет не имел никакого бронирования, такая статистика считается уникальной.

В истории вертолетостроения есть множество машин, которые стали символами эпохи и знаковыми в определении хода тех или иных событий.

Холдинг «Вертолеты России», который объединил усилия инженеров КБ Миля и КБ «Камов», продолжает создавать машины, сочетающие успешный опыт вертолетной классики с современными технологиями.

По мировой статистике численности, вертолеты, выпускаемые холдингом «Вертолеты России», занимают шестое место, что говорит о высокой конкурентоспособности продукции наравне с вертолетами Boeing, Sikorsky и Bell.

Одними из ведущих разработок являются многоцелевой вертолет Ка-226 и его модификации. Отличительной особенностью нового вертолета стала установка двух турбовальных двигателей. Модификации семейства Ка-226 могут быть выполнены в пассажирском, транспортном, медицинском, полицейском или поисково-спасательном вариантах. У вертолета существует множество комплектующих, которые позволяют легко менять его назначение, например грузовая платформа или модули для транспортировки раненых. Модификация Ка-226Т обладает широким спектром характеристик, которые дают ему преимущество над многими аналогичными машинами.

Такая вариативность компоновки борта и возможность работы при экстремальных температурах заинтересовала многих иностранных заказчиков. Этот вертолет считается одним их самых перспективных на сегодняшний день.

Случай один на миллион

История знает немало случаев, когда от мастерства и умения экипажа вертолета зависели жизни людей. Вертолеты служб спасения ежедневно совершают вылеты по всему миру, спеша на помощь тем, кто оказался в безвыходной ситуации.

Одной из самых распространенных и регулярно производимых операций спасения в России становится снятие людей со льдины. Чаще всего это рыбаки, которые оказались в плену стихии, в период ледохода. Людей, оказавшихся в такой ситуации, как правило, снимает со льдины вертолет, зависая над ней и спуская спасательное оборудование.

Истории известны случаи уникальных спасательных операций. Так, в апреле 1985 года исследовательское судно «Михаил Симов» оказалось зажато в арктических льдах. На помощь исследователям отправили теплоход «Павел Корчагин». Однако дрейфующие льды не позволили теплоходу подойти на нужное расстояние. Экипаж вертолета Ми-8, направленный на место ЧП, принял решение садиться на льдину. За два дня спасательной операции вертолет совершил 11 посадок и эвакуировал с корабля 77 человек.

С вертолетами связано немало рекордов по работе в экстремальных погодных условиях, эвакуации пострадавших из горячих точек, а также поднятию несоразмерно больших грузов. С развитием вертолетной техники рекорды обновляются, постоянно повышая планку возможностей.

Однако есть рекорд, который до сих пор не побит. Его установил в 2010 году французский летчик-испытатель Дидье Дельсаль. 14 мая он поднял свой модифицированный Eurocopter Ecureuil/AStar AS350 B3 на высоту 8850 м над уровнем моря и совершил посадку на вершине Эвереста. Для того чтобы посадка считалась действительной, Дельсалю нужно было зафиксировать вертолет и касаться земли не менее двух минут. Чтобы подтвердить свое достижение, Дельсаль повторил полет на следующий день и удвоил время пребывания на вершине Эвереста. Своим экспериментальным полетом Дельсаль дал надежду альпинистам, покоряющим большие высоты, так как с такой высоты эвакуация не осуществляется и случаи спасения пострадавших, к сожалению, крайне редки и уникальны. Рекорд французского летчика все еще не побит, но случаи посадки вертолетов на различные горные вершины становятся более частым явлением.

Отрасль вертолетостроения является востребованной и перспективной как на внутреннем рынке государства, так и на международной арене.

Темпы развития отрасли показали, что при консолидации научного потенциала и технической базы, как показал опыт холдинга «Вертолеты России», можно добиться серьезных результатов и создавать машины, которые становятся лидерами рынка на долгие годы.

Частные капиталовложения и тесное взаимодействие с государственными структурами и вооруженными силами ускоряют темпы развития и позволяют своевременно реагировать на запросы и потребности отрасли и оставаться лидерами на конкурентном рынке.

Создавать благоприятные условия для интеграции частного капитала, научно-технического прогресса и инновационных технологий для разработки передовых машин, опережающих вызовы времени.

Поддерживать диалог между всеми сторонами, заинтересованными в развитии отрасли, и включать в разработки технологии, которые являются востребованными и актуальными для всех областей использования вертолетной техники.

Создавать благоприятные условия в рамках политики импортозамещения в части разработки всех необходимых комплектующих, таких как двигатели и системы авионики, для серийного производства полностью отечественных вертолетов и их дальнейших модификаций.

Источник

Вертолёты основы конструкций отдельные узлы детали

Проспект машин | Вертолёты основы конструкций отдельные узлы детали

Воздушные машины – вертолёты, активно используются на службе человека. Эта техника, конечно, достаточно далека от неискушённого в делах воздухоплавания обывателя, но познания такой техники явно не будут лишними. Поэтому рассмотрим компоненты и системы, что используются большинством конструкций современных вертолётов. Не исключено, что знакомство с материалами поможет кому-то пробиться в ряды профессиональных пилотов, управляющих воздушными судами.

Воздушные машины вертикального взлёта/посадки

Конструкции вертолётов представлены в мире разными размерами и формами. Тем не менее, значительная доля техники имеет похожие основные компоненты. Рассмотрим в качестве ознакомления вертолётные узлы и системы, непосредственно связанные с техникой такого типа.

Знания работы компонентов и систем вертолёта позволят потенциальному пилоту легче распознавать неисправности, избегать возможных аварийных ситуаций. Понимание взаимосвязи систем обеспечит принятие обоснованных решений и соответствующих корректирующих действий на случай непредвиденных проблем.

Авионика – фундаментальная структура вертолёта

Фундаментная структура вертолёта допускает выстраивание на основе разных материалов:

Как правило, композитный компонент содержит множество слоёв волокна, пропитанного смолой, соединённых для образования гладкой панели.

Трубчатые и листовые металлоконструкции обычно изготавливаются из алюминия, но иногда для некоторых зон конструкции, подверженных высоким напряжениям или нагреву, используются нержавеющая сталь или титан.

Базовые детали конструкции: 1 – посадочное шасси; 2 – фюзеляж; 5 – главный роторный механизм; 4 – корпус воздушного судна; 5 – трансмиссия; 6 – хвостовая роторный механизм; 7 – силовая установка (двигатель)

Конструкция фундаментальной структуры вертолёта предусматривает необходимую аэродинамику, технологию материалов и методы производства. Соответствие требованиям помогает достичь оптимального баланса производительности, надёжности и стоимости вертолётной системы.

Вертолёты и конструкция фюзеляжной части машин

Фюзеляж, по сути, является внешним ядром фундаментальной структуры. Это основной корпус вертолёта, объединяющий кабину экипажа, пассажирский и грузовой отсеки.

Кабина вертолёта имеют различные варианты пассажирской рассадки. Обычно место пилота с правой стороны, но не исключены и другие вариации.

Фюзеляж также выступает местом размещения, установки, крепления:

Важной составляющей конструкции воздушной машины является главная роторная система. Это вращающаяся деталь вертолёта, создаваемая подъёмную силу. Роторная система состоит из мачты, ступицы и лопастей ротора.

Мачта роторной системы представляет собой полый цилиндрический металлический вал, приводимый в движение напрямую или через коробку передач. Верхняя часть мачты — точки крепления лопастей ротора, именуемая ступицей. Лопасти ротора прикрепляются к ступице различными способами.

Несущий винт на четыре лопасти без шарниров (жёсткий): 1, 4, 5 – лопасти винта; 2 – роторная ступица; 3 – кронштейн шага лопасти; 6 – колонка несущего винта; 7 – связь изменения шага винта

Главная роторная система классифицируется в зависимости от способа крепления лопастей и перемещения относительно ступицы. Существует три основных классификации:

Некоторые современные роторные системы, например, без подшипников, используют специально разработанные комбинации отмеченных типов классификации.

Вертолёты — роторная система полужёсткого типа

Так называемая полужёсткая роторная система традиционно состоит из двух лопастей, которые жестко закреплены на ступице основного ротора. Ступица основного ротора может свободно наклоняться относительно вала основного ротора на так называемом горизонтальном аэро шарнире.

Такая конструкция позволяет лопастям складываться вместе как единое целое. Когда одна лопасть вздымается, другая — опускается. Поскольку отсутствует сопротивление вертикального шарнира, отсутствуют силы опережения / отставания, поглощаемые и уменьшаемые изгибом лопасти.

Полужёсткий ротор также поддерживает установку флюгерного положения, то есть изменения угла наклона лопасти. Если полужёсткая роторная система представлена как подвесной ротор, центр тяжести находится ниже точки креплен к мачте.

Такое подвесное крепление предназначено для выравнивания центра массы лопастей с общим горизонтальным шарниром. Частота вращения системы имеет тенденцию изменяться, но это сдерживается инерцией двигателя и гибкостью системы привода.

Вариант исполнения модуля шарнирного опережения: 1 – амортизатор; 2 – аэро шарнир горизонтальный; 3 – ось изменения шага винта; 4 – угол наклона высокоорбитального полёта; 5 – вертикальный аэро шарнир

Умеренной степени жёсткости в основании лопасти достаточно, чтобы справиться с этим ограничением. Проще говоря, нижняя подвеска эффективно устраняет геометрический дисбаланс. Система подвешенного ротора смягчает силы опережения / запаздывания, устанавливая лопасти немного ниже, чем обычная плоскость вращения, поэтому силы опережения / запаздывания сводятся к минимуму.

Поскольку лопасти сужаются вверх, центр давлений лопастей находится почти в той же плоскости, что и ступица. Независимо от того, какие напряжения остаются, лопасти делают несколько согнутыми для соответствия. Вертолёты с полужесткими роторами чувствительны к состоянию, известному как «удар мачты», который может привести к тому, что заслонки ротора срезают мачту.

Поэтому механическая конструкция полужесткой роторной системы требует, чтобы колебание лопастей вниз ограничивалось некоторым физическим пределом. Подъём мачты является результатом чрезмерного взмаха ротора. Каждая конструкция роторной системы имеет максимальный угол поворота.

Вертолёты – роторный механизм жёсткого типа

Механически относительно простой, но конструктивно достаточно сложной выглядит жёсткая роторная система вертолёта. Сложность конструкции обусловлена тем, что рабочие нагрузки должны поглощаться при изгибе, а не через шарниры.

В этой системе основания лопастей жёстко крепятся к ступице ротора. Жёсткие роторные системы вертолётов по действию сходны с действием шарнирных систем в плане аэродинамики, но не имеют шарниров. Вместо этого используется эффект сгиба.

Жёсткие роторные системы вертолётов и не поддерживают взмах, но могут иметь «оперение». По мере улучшения аэродинамики и появления новых материалов для вертолётов, системы с жесткими роторами становятся более распространёнными.

Это очевидно, так как система принципиально проще в разработке и предлагает лучшие свойства как полужестких, так и полностью шарнирных систем. Жесткая система ротора вертолёта очень чувствительна и обычно не подвержена ударам мачты, как это характерно для полужестких систем. Причины — ступицы ротора установлены прочно на мачте основного ротора.

Такая установка позволяет ротору и фюзеляжу двигаться совместно как единое целое, за счёт чего устраняется большая часть колебаний, обычно присутствующих в других роторных системах вертолётов. Другие преимущества жесткого ротора вертолёта обусловлены уменьшением веса и сопротивления втулки ротора, а также увеличенным откидным рычагом, что значительно снижает входные данные управления.

Без сложных петель роторная система вертолёта становится намного надежнее и проще в обслуживании, чем в случаях с другими конфигурациями.

Недостатком жёсткой роторной системы вертолёта является качество перемещения машины в условиях турбулентности. Поскольку нет петель, помогающих поглощать большие нагрузки, вибрации ощущаются в кабине пилотов гораздо сильнее, чем это отмечается в других конструкциях вертолётов.

Существует несколько вариантов базовых конструкций трёх роторных головок. Роторная система без подшипника тесно связана с роторно-сочленённой системой, но не имеет подшипников (шарниров). Эта конструкция опирается на структуру лопастей и ступицы с целью поглощения нагрузки.

Основное различие между жёсткой и несущей системами вертолёта является то, что второй вариант не имеет подшипниковой системы. Почти все подшипниковые ступицы ротора изготовлены из волокнистых композиционных материалов.

Вертолёты — полностью сочлененный роторный механизм

Системы роторного типа полностью шарнирные чаще всего встречаются в конструкциях вертолётов, имеющих более чем две лопасти несущего винта. Когда ротор вращается, каждая лопасть реагирует на входы от системы управления, обеспечивая управление вертолётом.

Ход лопастей по шарниру опережения /запаздывания: 1 – центр вращения; 2 – ступица ротора; 3 – петля опережения / запаздывания; 4, 5, 6 – посадочные позиции лопасти

Центр подъёма всей системы ротора перемещается в ответ на эти входы, обеспечивает наклон, крен и движение вверх. Величина этой подъёмной силы основана на общем входном сигнале, который изменяет шаг на всех лопастях в одном и том же направлении одновременно.

Расположение этой подъёмной силы основано на подаче и тангаже от пилота. Следовательно, угол поворота каждой лопасти (пропорциональный подъёмной силе) изменяется при вращении ротора. Отсюда имеет место название — «циклическое управление».

При увеличении подъёма конкретной лопасти налицо тенденция взмаха вверх. Откидной шарнир лопасти позволяет выполнить это движение. Уравновешивание определяется центробежной силой и весом лопасти, удерживающей лопасть в горизонтальной плоскости.

Центробежная сила является номинально постоянной; тем не менее, на силу взмаха влияют критерии маневра:

Так же, как изменяется взмах лопасти, изменяется центр тяжести. Эти моменты изменяют локальный момент инерции лопасти относительно роторной системы вертолёта. Соответственно, имеет место ускорение или замедление относительно остальной части лопастей и всей роторной системы вертолёта.

Поскольку ротор здесь представляет собой большую вращающуюся массу, налицо поведение, подобное гироскопу. Эффект — управляющий вход обычно реализуется на прикреплённом корпусе в положении 90° до смещения управляющего входа по оси вращения.

Это учитывается дизайнерами путём размещения управляющего входа в роторной системе вертолёта таким образом, чтобы прямой ввод рукоятки циклического управления приводил к номинально поступательному движению летательного аппарата.

Конструктивное исполнение роторной механики вертолётов

Отмечается использование нескольких вариантов исполнения роторов вертолёта, каждый из которых сопровождают определённые особенности. Рассмотрим вкратце три типичных исполнения:

Вертолёты, оснащаемые тандемным (двойным) ротором имеют две большие горизонтальные сборки вместо одного основного узла, плюс меньший хвостовой ротор. Вертолёты с одним ротором нуждаются в системе нейтрализации крутящего момента, создаваемого одним большим ротором.

Вертолёты с тандемным исполнением, однако, используют вращающиеся в противоположных направлениях роторы, взаимно компенсирующих крутящие моменты. Вращающиеся в противоположных направлениях лопасти исключают столкновение и разрушение, если огибают рабочие пути. Эта конфигурация имеет преимущество — способна выдерживать больший вес посредством коротких лопастей, поскольку используются два рабочих комплекта.

Кроме того, всю мощность двигателей можно использовать для подъёма, тогда как вертолёт с одним винтом использует мощность для противодействия крутящему моменту. Коаксиальное исполнение также отмечается парой роторов, установленных на одном валу, но вращающихся в противоположных направлениях.

Конструкция коаксиальная исключает необходимость использования хвостового винта или других противоударных механизмов. Поскольку лопасти вращаются в противоположных направлениях, исключается влияние симметрии на подъём техники.

Основным недостатком коаксиального исполнения является повышенная механическая сложность конструкции. Большое количество российских вертолётов, например, «Ka-31» и «Ka-50», наряду с экспериментальным вертолётом Сикорского «Sikorsky X2» имеют соосное исполнение.

Взаимозаменяемое исполнение представляет собой набор из двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях, при этом каждая роторная мачта установлена на вертолёте под небольшим углом. Такой подход позволяет лопастям перемещаться без столкновения. Конструкция также устраняет необходимость в системе защиты от помех, обеспечивает большую мощность двигателя воздушного судна на подъём.

Однако ни один из роторов не поднимается прямо вертикально, что снижает эффективность каждого. Вертолёт «Kaman HH-43», разработанный ВВС США для пожаротушения, и вертолёт «Kaman K-MAX», являются примерами машин, использующих соосный механизм несущих винтов.

Источник

ВЕРТОЛЁТ

В книжной версии

Том 5. Москва, 2006, стр. 187-189

Скопировать библиографическую ссылку:

ВЕРТОЛЁТ, ле­та­тель­ный ап­па­рат, у ко­то­ро­го подъ­ём­ная си­ла, а так­же про­пуль­сив­ная си­ла для го­ри­зон­таль­но­го по­лё­та соз­да­ют­ся од­ним или не­сколь­ки­ми вра­щаю­щи­ми­ся не­су­щи­ми вин­та­ми (НВ). В. мо­жет за­ви­сать не­под­виж­но в воз­ду­хе, пе­ре­ме­щать­ся в про­стран­ст­ве в лю­бом на­прав­ле­нии бла­го­да­ря воз­мож­но­сти из­ме­не­ния ве­ли­чи­ны и на­прав­ле­ния рав­но­дей­ст­вую­щей аэ­ро­ди­на­мич. сил, соз­да­вае­мых НВ. Эти свой­ст­ва по­зво­ля­ют В. со­вер­шать вер­ти­каль­ный взлёт и по­сад­ку на не­под­го­тов­лен­ные пло­щад­ки ог­ра­ни­чен­ных раз­ме­ров (кры­ша до­ма, па­лу­ба ко­раб­ля и т. п.). При от­ка­зе дви­га­те­лей В. мо­жет про­дол­жать по­лёт, сни­жа­ясь с не­боль­шой вер­ти­каль­ной ско­ро­стью в ре­жи­ме ав­то­ро­та­ции (при этом ло­па­сти НВ вра­ща­ют­ся за счёт энер­гии на­бе­гаю­ще­го по­то­ка).

Источник

Управление вертолетом.

Здравствуйте!

Взлет МИ-8 в зоне воздушной подушки.

Мы с Вами уже выяснили как, в принципе, управляется вертолет, и как работает автомат перекоса. А сегодня внесем некоторую ясность в вопрос о том, какую роль во всем этом играет пилот. Какие даны ему органы управления для решения вобщем-то непростой задачи, каковой является управление вертолетом

С самолетом все более-менее понятно. У него есть две самостоятельные системы: система управления самолетом (собственно управление рулями и элеронами) и система управления двигателем. И органы в кабине экипажа в количестве трех штук 🙂 : ручка управления самолетом (РУС), ручка управления двигателем (РУД), и педали для управления рулем направления. Как в этом плане обстоят дела у вертолета?…

Начнем с того, что определим более конкретно типы управления вертолетом.

Что такое « шаг-газ ». Дело в том, что угол установки лопастей несущего винта (общий шаг) и обороты двигателя связаны. Ведь если увеличить угол, то возрастет величина аэродинамических сил, действующих на лопасти. Увеличивается и подъемная сила, и сила сопротивления. Винт, как говорят, нагружается. Двигатель, находясь на определенном уровне мощности не может «обслужить» возросшую нагрузку и может начать терять обороты. Тяга винта, соответственно, может уменьшиться.

Чтобы этого не происходило, была придумана система шаг-газ, которая одновременно с увеличением угла установки лопастей подает команду в топливную автоматику на увеличение оборотов (то есть «увеличиваешь шаг – даешь газ» и наоборот), тем самым исключая падение мощности двигателя.

Теперь о том, что у нас в кабине. У пилота есть собственно две ручки управления вертолетом.

Первая – ручка управления циклическим шагом винта (или просто ручка управления вертолетом). Она самолетного типа, расположена перед креслом пилота, и с ее помощью осуществляется продольное и поперечное управление вертолетом. От нее через специальную систему тяг и качалок воздействие передается на тарелку автомата перекоса, которая, в свою очередь, определяет циклический угол установки лопастей.

Системы управления циклическим и общим шагом винта.

Кабина вертолета. Хорошо видны спаренные ручки управления и ручки шаг-газ.

Вторая – ручка управления общим шагом винта или, как ее еще называют « ручка шаг-газ ». Эта ручка обычно расположена слева от кресла пилота и перемещается вертикально вверх-вниз. С ее помощью осуществляется вертикальное управление путем одновременного воздействия на автомат перекоса и систему изменения оборотов двигателя. Обычно обороты двигателя меняются на первой трети перемещения ручки, далее уже меняется только общий шаг винта.

Отдельно от шага винта мощность двигателя может меняться только в небольших пределах для необходимой корректировки. Для этого на ручке шаг-газ существует специальный корректор ( обычно что-то типа поворотного кольца).

На схеме под номерами: 1 — ручка управления циклическим шагом; 2 — ручка шаг-газ; 3 — автомат перекоса; 4 — агрегат системы управления двигателем.

Система управления шагом рулевого винта.

Кабина вертолета. Хорошо видны ручка управления и правая педаль.

При использовании всех описанных органов управления вертолетом, этот аппарат превращается в маневренную машину с довольно широкими возможностями.

Чуть-чуть подробнее о режиме взлета. Существует два способа взлета. Первый – « по вертолетному ». В этом случае вертолет взлетает вертикально с кратковременным зависанием на высоте 1,5-2 метров (контрольное висение), после чего производится разгон с набором высоты. Второй – «по самолетному». При этом вертолет разгоняется на земле, набирает скорость отрыва и взлетает с последующим набором высоты и скорости.

Способ взлета выбирается в зависимости от состояния самого аппарата и от внешних условий. Определяющим в этом плане является запас мощности двигателя, что вполне понятно :-). Этот запас, в свою очередь, зависит от массы вертолета (точнее взлетной массы) и от таких параметров состояния атмосферы, влияющих на параметры работы двигателя и несущего винта, как местное давление воздуха, температура и влажность (влияющие на плотность воздуха).

Взлет по вертолетному.

Кроме того на выбор способа взлета влияет размер и состояние поверхности площадки, на которой находится вертолет, наличие каких-либо препятствий по курсу взлета и обязательно направление и сила ветра у земли.

Чем выше барометрическая высота места взлета (ниже давление), чем выше температура и влажность воздуха, а также чем ниже скорость встречного ветра, тем ниже запас мощности двигателя, и тем ниже должна быть взлетная масса вертолета.

Воздух, отбрасываемый несущим винтом вниз тормозится у земли и образует как бы поддерживающую аппарат подушку. Такое может происходить обычно на совсем малом расстоянии от земной поверхности. Считается, что для вертолета это явление можно принимать во внимание, если расстояние от земли до плоскости вращения винта равно радиусу винта (или меньше). В этом случае прирост подъемной силы составляет 10-15%.

Первый случай выбирается тогда, когда взлетная площадка имеет ограниченные размеры и окружена высокими препятствиями, а также если она имеет сильное запыление или покрыта свежевыпавшим снегом. Режим работы двигателя при таком взлете – максимальный то есть запаса по мощности нет.

Это самый напряженный режим взлета, а при отказе двигателя (одного из двигателей) безопасная посадка не гарантирована. Вертикальный подъем должен осуществляться до высоты обеспечения прохода над препятствиями с превышением не менее 5 метров.

Взлет вне зоны воздушной подушки с площадки, ограниченной препятствиями.

Разгон по наклонной траектории может быть использован на такой же площадке, но с высотой препятствий до 5 метров. Запас мощности при таком взлете должен обеспечивать одновременный разгон с набором высоты. Должна быть гарантирована безопасная посадка в случае отказа двигателя (одного из двигателей).

Взлет с разгоном в зоне воздушной подушки – самый распространенный способ взлета. Он обычно производится с аэродромов (вертодромов), имеющих открытые подходы. При этом двигатель работает обычно на номинальном режиме, то есть имеется запас мощности для необходимого, в случае чего :-), маневрирования. Вертолет после контрольного висения разгоняется вдоль земли с углом тангажа на пикирование в 10-15 º (иной раз и больше, и это очень эффектно :-)) и далее переходит в набор высоты. Этот взлет, кстати, – самое распространенное из того, что мы видим в кино.

Взлет по самолетному.

Вот так вкратце о возможностях взлета. О других рабочих (а также аварийных и специальных) режимах полета поговорим в следующих статьях и по пожеланиям трудящихся :-).

В конце статьи помещаю ролик, который уже есть в моей статье о турбовальном двигателе. Для сегодняшней статьи он подходит как нельзя лучше :-). Взлет с разгоном в зоне воздушной подушки. Правда не совсем типичный, а с применением еще одного элемента под названием шик, граничащий с воздушным хулиганством. Однако ведь до чего ж эффектно выглядит! :-). Летчик… Снимаю шляпу…

В довершении еще ролик « О том как летает вертолет». Последний, к сожалению, на английском языке. Но кое-какие полезные моменты с точки зрения управления в нем можно понять и так и они неплохо показаны. К сожалению более приемлемого материала в этот раз не нашел 🙁 …

Источник