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.