Как летает вертолет. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.
Здравствуйте, друзья!
МИ-1. Первый серийный вертолет в СССР.
А действительно интересно, как летает вертолет? Как этот удивительный (без преувеличения ) летательный аппарат не только держится в воздухе, но и красиво летает. Еще как красиво! Я неоднократно был свидетелем пилотажа серийного боевого вертолета МИ-24 над аэродромом города Бжег в Польше. Вертолет уже заслуженный ветеран, но грозная боевая машина, отлично зарекомендовавшая себя в Афганистане, и летает так, что дух захватывает, и взгляд оторвать от этого действа невозможно.
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.
Если она направлена вверх и больше веса вертолета, то он поднимается вертикально, если она равна весу, то он зависает в воздухе. Просто, неправда ли? Но теперь Вы вправе спросить, а как же вертолет двигается вперед? Ведь никакого горизонтального винта, как , например у винтового самолета у него нет и реактивного двигателя тоже. Что же создает ему тягу?
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.
Есть достаточно вертолетов без хвостового винта. Это, например, всем известные КА-50 и КА-52. Но у них на одной оси как бы два несущих винта. И вращаются они в разные стороны, тем самым уравновешивая вредный реактивный момент.
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…
P.S. Напоследок маленький ролик с участием МИ-24. Не российского, к сожалению. Вот так люди заботятся о технике, тем более такой заслуженной. Второй ролик – пилотаж Ми-24.
Фото и картинки кликабельны.
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.).
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).
Устройство и работа несущего винта вертолета
Для того чтобы самолет или планер летал, нужна подъемная сила, а эта сила создается крылом. Поэтому главным в самолете является крыло, ибо в конечном счете Весь самолет может быть сведен в летающее крыло, без фюзеляжа, без оперения.
У вертолета роль крыла играет несущий винт. Даже если в летательном аппарате ничего больше нет, кроме несущего винта, мы можем принципиально назвать его «вертолетом».
Наверное, многие в детстве делали себе такой «вертолет», состоящий только ив одного винта, вырезанного из куска жести. Стартовым устройством для него служила обыкновенная катушка от ниток, вращающаяся на стержне.
Однако роль несущего винта вертолета гораздо более многогранна, чем роль крыла самолета.
Созданием подъемной силы еще не ограничивается назначение несущего винта.
Когда вы посмотрите на вертолет в горизонтальном полете, вы неизбежно обратите внимание на то, что фюзеляж носом наклонен к горизонту. При этом наклоненным вперед оказывается и несущий винт.
Полная аэродинамическая сила R, развиваемая несущим винтом и направленная перпендикулярно к плоскости вращения концов лопастей, в этом случае может быть разложена на две составляющие: направленную вертикально подъемную силу, которая поддерживает вертолет на заданной высоте, и силу, направленную по касательной к траектории полета, Р, которая на вертолете является силой тяги. За счет этой силы вертолет летит вперед. Таким образом, несущий винт в поступательном полете одновременно является и тянущим винтом.
Однако и этим не ограничивается роль несущего винта. У вертолета в отличие от самолета нет рулевых поверхностей, таких, как элероны, триммеры, рули направления и высоты. Да они и не имели бы смысла, так как во время полета не обдувались бы потоком воздуха и в силу этого не могли бы служить целям управления.
Ведь мы знаем, что для изменения положения тела, к нему нужно приложить внешнюю силу. В полете вертолет окружен воздухом, поэтому внешняя сила может быть только результатом взаимодействия каких-либо частей вертолета с воздушной средой. Для того чтобы возникла сила сопротивления воздуха, тело должно перемещаться с большей скоростью. Когда вертолет висит в воздухе, то этому условию не отвечает ни одна его часть, кроме винта. Поэтому роль органа управления вертолетом также возложена на несущий винт. Действуя ручкой управления, летчик с помощью особых устройств, о которых будет рассказано в следующих главах, добивается такого положения, которое равносильно изменению плоскости вращения несущего винта. При этом изменяет свое направление и полная аэродинамическая сила воздушного винта и обе ее составляющие. И если подъемная сила всегда направлена вертикально вверх, то вторая составляющая — по касательной к траектории полета.
В зависимости от угла наклона полной аэродинамической силы меняется не только направление, но и величины ее составляющих. Следовательно, управляя несущим винтом, летчик может изменять не только направление полета, но и скорость полета.
Для подъема или спуска вертолета летчик также воздействует на лопасти несущего винта, уменьшая или увеличивая одновременно и на одинаковую величину угол установки всех лопастей.
Если на вертолете отказывает двигатель, то, уменьшая углы атаки лопастей, летчик ставит несущий винт в положение самовращения (авторотации). Поддерживаемый подъемной силой, создаваемой винтом на этом режиме работы, вертолет совершает безопасный планирующий спуск.
Из сказанного выше ясно, что для понимания устройства и полета вертолета надо разобраться прежде всего в работе несущего винта; для того чтобы вертолет успешно мог летать, конструктор должен обеспечить надежность прежде всего несущего винта.
Летчики, инженеры, техники и механики, летающие на вертолетах и обслуживающие их, прежде всего должны следить за безукоризненным состоянием несущего винта.
Итак, несущий винт — вот что главное в вертолете
Режимов работы несущего винта вертолета чрезвычайно много. Каждому режиму полета вертолета соответствует свой режим работы несущего винта. Основными для вертолета являются: пропеллерный режим, режим косой обдувки, режим самовращения (авгоротация) и режим вихревого -сольца.
Пропеллерный режим возникает при вертикальном подъеме или висении вертолета.
Режим косой обдувки возникает при поступательном полете вертолета.
Режим самовращения возникает при отключении двигателя вертолета от несущего винта в полете, при этом винт вращается под действием потока воздуха.
Режим вихревого кольца возникает при снижении вертолета. При таком режиме поток воздуха, проходя сквозь ометаемую винтом поверхность сверху вниз, вновь подходит к винту сверху.
Однако в некоторых частных случаях, например, в пропеллерном режиме, его работа схожа с работой самолетного винта. Когда самолет находится на земле или летит горизонтально, его винт обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Когда вертолет находится на земле, висит в воздухе или поднимается вертикально вверх, его несущий винт также обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Различие при этом состоит только В ТОМ, что у самолета струи воздуха проходят через плоскость вращения винта в горизонтальном направлении, спереди назад, тогда как у вертолета — в вертикальном направлении, сверху вниз. При этом несущий винт захватывает воздух из зоны А сверху и отбрасывает его, закручивая, вниз, в зону. На место частиц воздуха, забранных из зоны А, поступают частицы воздуха из окружающей среды и частично из зоны Б, но уже вне плоскости вращения винта.
До того, как несущий винт был приведен во вращение, воздух над винтом н под ним находился в состоянии покоя С началом вращения винта приборы, внесенные с область действия винта, но находящуюся вдали от него, покажут наблюдателю, что в сечении 0—0 воздух по-прежнему находится в состоянии относительного покоя. Его давление равно атмосферному, а скорость. Расстояние от сечения 0—0, где еще не наблюдается влияния винта, до плоскости вращения винта есть величина переменная, которая зависит от вязкости среды и точности применяемых нами приборов. Чем точнее прибор, тем он дальше от винта зарегистрирует наличие скорости воздуха, частички которого будут устремлены к винту.
Если бы воздух был лишен сил вязкости, то действие винта сказалось бы бесконечно далеко.
Фактически ввиду того, что воздух представляет собой вязкую среду, влияние винта перестает ощущаться уже на расстоянии десятков метров.
Перенося наши приборы из сечения 0—0 все ближе к сечению, мы заметим постепенный прирост скорости воздуха, подсасываемого винтом. Та скорость, которую воздух имеет, подходя к сечению, называется индуктивной скоростью подсасывания. На основании закона сохранения энергии кинетическая энергия (энергия скорости движения) не может увеличиться без того, чтобы не уменьшался другой какой-либо вид энергии. И действительно, наряду с ростом скорости воздуха до ш, мы замечаем, что давление воздуха р0 при этом падает. Это значит, что увеличение скорости воздуха произошло за счет уменьшения давления. За винтом сечение потока сжимается и происходит еще большее увеличение скорости воздуха. Казалось бы, должно было последовать дальнейшее падение давления. Однако сразу за винтом давление растет до р-2. Не противоречит ли это закону сохранения энергии? Да, противоречит, если мы не примем во внимание того обстоятельства, что воздух извне (от винта) получил добавочную энергию (механическую). Механическая энергия винта, преобразуюсь в кинетическую и потенциальную энергию потока, увеличивает и скорость и давление воздуха одновременно.
В сечении сразу за винтом прибор нам показывает, что воздух по сравнению с сечением имеет скорость и», называемую скоростью отбрасывания. Причем скорость отбрасывания оказывается вдвое больше скорости подсасывания.
Далеко за винтом, в сечении (теоретически на бесконечном удалении), скорость и давление воздуха восстанавливаются до первоначальных значений. Энергия потока при этом из-за наличия сил вязкости рассеивается в пространстве.
Таково действие винта на воздух, которое является следствием приложения к винту энергии вращения. Этому действию соответствует ответное действие воздуха на винт, которое проявляется в виде силы тяги, являющейся проекцией полной аэродинамической силы R на ось, проходящую через втулку винта перпендикулярно плоскости его вращения. Если динамометр, соединенный с винтом, при остановленном винте показывал нулевое значение тяги, то по мере роста оборотов тяга будет все больше и больше возрастать. На режиме висения и вертикального подъема на всех других режимах полета
Величину тяги, создаваемой винтом, можно не только замерить, но и подсчитать.
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<» этого требуется, чтобы вес машины оказался равен подъемной силе, создаваемой несущим винтом.
Главный несущий винт
В поперечном сечении лопасть главного несущего винта похожа на крыло самолета. Воздушный поток, обтекая верхнюю и нижнюю поверхность лопасти, создает над ней пониженное давление и рождает подъемную силу.
Вспомогательный несущий винт
Сила, возникающая при вращении главного винта, стала бы раскручивать весь вертолет, если бы не было стабилизирующего эффекта от работы вспомогательного винта, расположенного на хвосте.
Втулка главного несущего винта
Чтобы вертолет был стабилен в полете, пилот устанавливает нужный угол лопастей главного винта. Для этого служит устройство, известное как кольцо автомата перекоса. Оно укреплено на валу несущего винта. Вертолет может лететь, кружить или неподвижно парить в воздухе в соответствии с тем, как пилот установит это кольцо. Ниже на рисунке показаны перемещения кольца вверх и вниз, которые приводят к изменению наклона лопасти винта. Кроме того, кольцо автомата перекоса можно наклонять, чтобы изменить угол наклона винтового диска.
Пилотирование вертолета
1. Чтобы лететь вперед, пилот толкает рычаг управления от себя. При этом винтовой диск наклоняется к носу.
2. Чтобы набирать высоту, пилот увеличивает общий тангаж всех лопастей, пока подъемная сила не превзойдет силу тяжести.
3. Чтобы висеть неподвижно, пилот удерживает такой угол наклона винта, чтобы подъемная сила и сила тяжести были равны.
4. Чтобы дать задний ход, пилот наклоняет винтовой диск по направлению к хвосту.
5. Чтобы повернуть, пилот поворачивает винтовой диск влево или вправо.
6. Чтобы изменить курс, пилот устанавливает нижний угол наклона лопастей вспомогательного винта.
ГЛАВА II. ТЯГА НЕСУЩЕГО ВИНТАПодъемная сила и тяга для поступательного движения у вертолета создаются при помощи несущего винта. Этим он отличается от самолета и планера, у которых подъемная сила при движении в воздухе создается несущей поверхностью — крылом, жестко соединенным с фюзеляжем, а тяга — воздушным винтом или реактивным двигателем (рис. 6). В принципе полета самолета и вертолета можно провести аналогию. В том и другом случае подъемная сила создается за счет взаимодействия двух тел: воздуха и летательного аппарата (самолета или вертолета). По закону равенства действия и противодействия следует, что с какой силой летательный аппарат действует на воздух (вес или земное притяжение), с такой же силой воздух действует на летательный аппарат (подъемная сила).
При полете самолета происходит следующее явление: набегающий встречный поток воздуха обтекает крыло и за крылом скашивается вниз. Но воздух представляет собой неразрывную, достаточно вязкую среду, и в этом скашивании участвует не только слой воздуха, находящийся в непосредственной близости от поверхности крыла, но и соседние слои его. Таким образом, при обтекании крыла за каждую секунду скашивается вниз назад довольно значительный объем воздуха, приблизительно равный объему цилиндра, у которого сечением является круг диаметром, равным размаху крыла, а длина — скорость полета в секунду. Это есть не что иное, как секундный расход воздуха, участвующего в создании подъемной силы крыла (рис. 7). Рис. 7. Объем воздуха, участвующего в создании подъемной силы самолета
Из теоретической механики известно, что изменение количества движения за единицу времени равно действующей силе:
где Р — действующая сила; в результате взаимодействия с крылом самолета. Следовательно, подъемная сила крыла будет равна секундному приросту количества движения по вертикали в уходящей струе. где l—полуразмах крыла;Вращающийся несущий винт сметает поверхность, которую можно представить себе как несущую, аналогичную крылу самолета (рис. 8). Воздух, протекающий через поверхность, сметаемую несущим винтом, в результате взаимодействия с вращающимися лопастями отбрасывается вниз с индуктивной скоростью и. В случае горизонтального или наклонного полета воздух притекает к поверхности, сметаемой несущим винтом под некоторым углом (косая обдувка). Как и у самолета, объем воздуха, участвующего в создании полной аэродинамической силы несущего винта, можно представить в виде цилиндра, у которого площадь основания равна площади поверхности, сметаемой несущим винтом, а длина — скорости полета, выраженной в м/сек. При работе несущего винта на месте или в вертикальном полете (прямая обдувка) направление воздушного потока совпадает с осью несущего винта. В этом случае воздушный цилиндр будет расположен вертикально (рис. 8, б). Полная аэродинамическая сила несущего винта выразится как произведение массы воздуха, протекающего через поверхность, сметаемую несущим винтом за одну секунду, на индуктивную скорость уходящей струи: где πD2/4 — площадь поверхности, ометаемой несущим винтом;u — индуктивная скорость уходящей струи в м/сек. Необходимо оговориться, что в рассмотренных случаях как для крыла самолета, так и для несущего винта вертолета за индуктивную скорость и принимается индуктивная скорость уходящей струи на каком-то удалении от несущей поверхности. Индуктивная скорость струи воздуха, возникающая на самой несущей поверхности имеет в два раза меньшую величину.Такое толкование происхождения подъемной силы крыла или полной аэродинамической силы несущего винта не является совершенно точным и справедливо только в идеальном случае. Оно лишь принципиально правильно и наглядно объясняет физический смысл явления. Здесь же уместно отметить одно очень важное обстоятельство, вытекающее из разобранного примера. Если полная аэродинамическая сила несущего винта выражается как произведение массы воздуха, протекающего через поверхность, ометаемую несущим винтом, на индуктивную скорость, а объем этой массы есть цилиндр, у которого основанием является площадь поверхности, ометаемой несущим винтом, и длиной — скорость полета, то совершенно ясно, что для создания тяги постоянной величины (например, равной весу вертолета) при большей скорости полета, а значит, и при большем объеме отбрасываемого воздуха, требуется меньшая индуктивная скорость и, следовательно, меньшая мощность двигателя. Наоборот, для поддержания вертолета в воздухе при “висении” на месте требуется больше мощности, чем во время полета с некоторой поступательной скоростью, при которой имеет место встречный поток воздуха за счет движения вертолета. Иными словами, при затрате одной и той же мощности (например, номинальной мощности двигателя) в случае наклонного полета с достаточно большой скоростью можно достичь большего потолка, чем при вертикальном подъеме, когда общая скорость перемещения вертолета меньше, чем в первом случае. Поэтому у вертолета имеется два потолка: статический, когда высота набирается в вертикальном полете, и динамический, когда высота набирается в наклонном полете, причем динамический потолок всегда выше статического.В работе несущего винта вертолета и воздушного винта самолета есть много общего, но имеются и принципиальные отличия, о которых будет сказано дальше. Сравнивая их работу, можно заметить, что полная аэродинамическая сила, а следовательно, и тяга несущего винта вертолета, являющаяся составляющей силы R в направлении оси втулки, всегда больше (в 5—8 раз) при одинаковой мощности двигателя и одинаковом весе летательных аппаратов за счет того, что диаметр несущего винта вертолета в несколько раз больше диаметра воздушного винта самолета. При этом скорость отбрасывания воздуха у несущего винта меньше, нежели скорость отбрасывания у воздушного винта.Величина тяги несущего винта в очень большой степени зависит от его диаметра D и числа оборотов. При увеличении диаметра винта в два раза тяга его увеличится приблизительно в 16 раз, при увеличении числа оборотов вдвое тяга увеличится приблизительно в 4 раза. Кроме того, тяга несущего винта зависит также от плотности воздуха ρ, угла установки лопастей φ (шага несущего винта), геометрических и аэродинамических характеристик данного винта, а также от режима полета. Влияние последних четырех факторов выражается обычно в формулах тяги воздушного винта через коэффициент тяги ат. .Таким образом, тяга несущего винта вертолета будет пропорциональна: Необходимо отметить, что на величину тяги при полетах у земли оказывает влияние так называемая “воздушная подушка”, благодаря чему вертолет может оторваться от земли и подняться на несколько метров при затрате мощности меньшей, чем та, которая необходима для “висения” на высоте 10—15 м. Наличие “воздушной подушки” объясняется тем, что воздух, отбрасываемый винтом, ударяется о землю и несколько поджимается, т. е. увеличивает свою плотность. Влияние “воздушной подушки” особенно сильно сказывается при работе винта у земли. За счет поджатия воздуха тяга несущего винта в этом случае, при одной и той же затрате мощности, увеличивается на 30— 40%. Однако с удалением от земли это влияние быстро уменьшается, а при высоте полета, равной половине диаметра винта, “воздушная подушка” увеличивает тягу только на 15—20%. Высота “воздушной подушки” приблизительно равна диаметру несущего винта. Далее прирост тяги исчезает.Для грубого расчета величины тяги несущего винта на режиме висения пользуются следующей формулой: T=(aND)2/3 а — коэффициент, характеризующий аэродинамическое качество несущего винта и влияние “воздушной подушки”. В зависимости от характеристик несущего винта величина коэффициента а при висении у земли может иметь значения 15 — 25.Несущий винт вертолета обладает исключительно важным свойством — способностью создавать подъемную силу на режиме самовращения (авторотации) в случае остановки двигателя, что позволяет вертолету совершать безопасный планирующий или парашютирующий спуск и посадку. Вращающийся несущий винт сохраняет необходимое число оборотов при планировании или парашютировании, если его лопасти будут переведены на небольшой угол установки (l—50)1. При этом сохраняется подъемная сила, обеспечивающая спуск с постоянной вертикальной скоростью (6—10 м/сек), с последующим уменьшением ее при выравнивании перед посадкой до l—1,5 м/сек.В работе несущего винта в случае моторного полета, когда мощность от двигателя передается на винт, и в случае полета на режиме самовращения, когда энергию для вращения винта он получает от встречной струи воздуха, имеется существенное отличие. вертолета: В моторном полете встречный воздух набегает на несущий винт сверху или сверху под углом. При работе винта на режиме самовращения воздух набегает на плоскость вращения снизу или под углом снизу (рис. 9). Скос потока за несущим винтом в том и другом случае будет направлен вниз, так как индуктивная скорость согласно теореме о количестве движения будет направлена прямо противоположно тяге, т. е. приближенно вниз по оси несущего винта. 1 Здесь речь идет об эффективном угле установки в отличие от конструктивного.
|
Управление вертолетом. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.
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.
Первое — это вертикальное управление. Осуществляется путем одновременного изменения угла установки лопастей несущего винта (то есть изменением общего шага). Делает это автомат перекоса.
Второе — путевое управление.То есть изменение направления полета. Осуществляется при помощи рулевого (хвостового) винта путем изменения его тяги (то есть изменение общего шага рулевого винта). Если вертолет двухвинтовой схемы (без хвостового винта), то путем изменения крутящего момента одного из винтов. Об этом я уже говорил ранее.
Третий тип — поперечное управление. Это управление вертолетом по крену. Крен создается наклоном плоскости вращения винта (а значит и полной аэродинамической силы винта) в нужную сторону, вправо или влево. При этом появляется боковая составляющая полной аэродинамической силы, обеспечивающая возможность бокового движения вертолета. Кроме того сила тяги винта теперь уже не проходит через центр тяжести вертолета. Поэтому относительно него появляется момент, кренящий вертолет в нужную сторону. Все это тоже прерогатива автомата перекоса.
Ну и четвертый тип управления вертолетом — продольное управление. Это управление вертолетом по тангажу, при этом вертолет летит вперед или назад с соответствующей скоростью. Осуществляется путем наклона плоскости вращения несущего винта и, соответственно, вектора полной аэродинамической силы в продольном направлении, вперед или назад. При этом создается угол тангажа (вертолет опускает или поднимает нос) из-за создания момента наклоненной аэродинамической силы относительно центра тяжести вертолета. Плюс появляется горизонтальная составляющая этой силы, которая, собственно, и движет вертолет в нужном направлении. Главную роль здесь опять же играет автомат перекоса, меняющий циклический шаг винта.
Итак у вертолета есть три главных агрегата, которые определяют его движение. Двигатель, автомат перекоса и рулевой винт. И, собственно, управление вертолетом означает управление этими тремя агрегатами. Для этого существуют три системы: система управления автоматом перекоса (управление циклическим шагом несущего винта), система управления хвостовым винтом и система управления общим шагом винта во взаимодействии с управлением оборотами (мощностью) двигателя, или система «шаг-газ».
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.
Кроме ручек управления есть еще педали. С их помощью опять же через систему управления вертолетом летчик воздействует на рулевой винт с целью изменения общего шага его лопастей, меняя тем самым, его тягу и, соответственно, разворачивающий момент вертолета.
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.
Основные режимы полета вертолета – это взлет, висение, разгон и набор высоты, маневрирование и далее снижение и посадка. Обычные, впрочем, режимы для любого летательного аппарата, за исключением, конечно, висения. Этот режим доступен еще только самолетам с вертикальным взлетом и посадкой (СВВП), не считая, конечно, всякой экзотики :-).
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.
Взлет по вертолетному – это основной вид взлета для современных аппаратов. Он, однако, тоже может иметь различную конфигурацию. Дело в том, что при работе воздушного винта вблизи земли может появиться эффект воздушной подушки. Это явление, я думаю, известно практически каждому современному человеку.
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%.
Так вот взлет по вертолетному может осуществляться с разгоном вне зоны воздушной подушки или в ее зоне, а также может осуществляться разгон по наклонной траектории.
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.
Если по вертолетному взлететь невозможно, то вертолет может взлететь по самолетному, вырулив для этого к месту старта. Далее все как у самолета :-). Ручка шаг-газ устанавливается на взлетный режим, ручка управления дается немного от себя (для появления горизонтальной тяги), вертолет разбегается и, набрав определенную скорость (порядка 40-50 км/ч), после небольшого взятия ручки управления на себя, отрывается от земли. Далее некоторое выдерживание на высоте около 1,5 метров и подъем.
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 :-).
А пока всем, я думаю, понятно, что на любых режимах полета управление производится совместными перемещениями ручек управления вертолетом, шаг-газ и педалями. Управление вертолетом максимально приближено к самолетному, но отличия, конечно, на лицо. Пилотов вертолетов даже наблюдению из кабины за землей учат по-другому. Ничего не поделаешь, специфика. Да и сравнивать вертолет и самолет наверное было бы неправильно. Однако, как говорится глаз радует и тот и другой :-). Оба летают удивительно красиво. Что еще нужно ? 🙂 :-)…….
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 🙁 …
До новых встреч…
Фотографии кликабельны.
Разберем управление вертолетом с одним несущим винтом и с одним рулевым винтом. Летчик управляет вертолетом и двигателем в полете, воздействуя на несущие рулевой винты.
В кабине летчика имеются ручки, рычаги и педали, связанные тросами «ли жесткими тягами с соответствующими органами управления вертолета. Кроме того, кабина летчика снабжена приборным и пилотажно-навигационным оборудованием, с помощью которого летчик контролирует работу двигателя, а также скорость, высоту и направление полета вертолета.
Как известно, для управления самолетом изменяют величины, направление и точки приложения аэродинамических сил, возникающих на крыле и на рулях, а также изменяют величину силы тяги.
Чтобы самолет мог лететь с набором высоты, летчик увеличивает тягу двигателя и отклоняет ручку управления на себя, что вызывает отклонение руля высоты вверх. При этом на руле высоты создается сила, которая изменяет направление полета, самолет поднимает нос, что вызывает увеличение угла атаки крыла. Увеличение угла атаки крыла соответствует увеличению подъемной силы крыла, при увеличении силы тяги самолет набирает высоту.
Управление вертолетом видео
Чтобы создать крен, летчик отклоняет ручку управления самолетом в требуемую сторону, это ведет к отклонению элеронов крыла. Один элерон отклоняется вверх, а другой — вниз, в результате чего левая и правая половины крыла создают различной величины подъемные силы и самолет накреняется.
Если нужно повернуть самолет влево или вправо, то летчик отклоняет ножные педали в требуемую сторону, что влечет за собой отклонение руля направления.
Для изменения скорости полета летчик сектором газа изменяет количество оборотов двигателя, или, что-то же самое, изменяет величину тяги винта или реактивного двигателя.
Если на самолете имеется воздушный винт изменяемого в полете шага, то для изменения шага винта в кабине имеется рычаг управления шагом винта, который обычно связывается с рычагом газа, так как шаг винта и газ двигателя должны быть между собой согласованы.
Чтобы управление вертолетом сделать похожим на управление самолетом, в кабине вертолета также имеются ручка управления, ножные педали, рычаг управления общим шагом винта и рычаг газа; однако они связаны уже не с теми органами, что на самолете, так как на вертолете нет крыла, ни элеронов, ни руля направления.
Ручка управления вертолетом связана тросами и тягами с механизмами продольного и поперечного управления автомата-перекоса на несущем винте.
Ножные педали соединены тросами или тягами с механизмом изменения установочных углов лопастей рулевого винта.
Рычаг управления общим шагом несущего винта соединен с ползуном автомата-перекоса.
Рычаг газа соединен тягами с дроссельной заслонкой карбюратора двигателя.
Управление вертолетом видео
Обычно управление общим шагом несущего винта и газом двигателя объединяют на одном рычаге, который в этом случае называется рычагом «шаг-газ». Дело в том, что изменение шага несущего винта, т. е. одинаковое изменение установочного угла всех лопастей винта, неизбежно вызывает увеличение или уменьшение мощности, потребной для вращения винта с неизменным числом оборотов. Несоответствие между мощностью, развиваемой двигателем, и мощностью, потребной для вращения винта, может привести к падению числа оборотов винта или чрезмерной раскрутке его, что влечет за собой невозможность продолжения полета. Управление шагом винта и газом объединено на одном рычаге таким образом, чтобы мощность двигателя всегда была приближенно равна мощности, потребляемой винтом. Для окончательной регулировки их на рычаге «шаг-газ» предусматривается рукоятка коррекции газа двигателя, позволяющая производить в небольших пределах изменение мощности двигателя без изменения шага винта.
За счет чего же вертолет перемещается вперед, в стороны и назад?
Если спросить об этом у конструктора, то он ответит: «За счет циклического изменения шага лопастей по азимуту».
А если задать вопрос, что же такое «циклическое изменение по азимуту», то последует разъяснение: «Это — синусоидальное изменение углов атаки лопастей в зависимости от их азимутального положения».
Это правильно? Безусловно. А понятно? Не очень. Разберемся, что это значит.
Для того чтобы из положения висения перевести вертолет в горизонтальный полет вперед, назад или в сторону, необходима сила, направленная в эту сторону. А как получить такую силу, которую по желанию можно было бы не только изменять по величине, но изменять по направлению.
Можно, конечно, поставить под фюзеляж еще один двигатель с воздушным винтом, который бы поворачивал вертолет в любом направлении.
А можно сделать значительно проще: использовать силу, уже имевшуюся на висящем вертолете, а именно — аэродинамическую силу несущего винта, которая при висении проходит вдоль оси винта.
Если изменить положение этой силы (наклонить ее) по сравнению с ее исходным вертикальным положением, то ее можно разложить на две составляющие силы: вертикальную и горизонтальную.
Горизонтальная составляющая и будет той силой, которая перемещает вертолет в желаемом направлении, а вертикальная составляющая будет по-прежнему выполнять роль подъемной силы. В зависимости от того, в какую сторону наклонить аэродинамическую силу винта, в ту сторону и может совершаться движение вертолета. Чем больший наклон будет иметь аэродинамическая сила, тем больше будет ее горизонтальная составляющая и тем большую скорость сможет развить вертолет в заданном направлении.
Итак, искомая сила найдена. Остается только найти способ наклонять эту силу в требуемом направлении и на необходимую величину.
Казалось бы, простейшим способом изменять наклон аэродинамической силы винта является наклон самой оси несущего винта, а значит, и всей плоскости его вращения в требуемую сторону. Эта кажущаяся очень простой схема управления была впервые применена на автожирах. Она называется схемой непосредственного управления. Принцип непосредственного управления показан.
Передвинув ручку управления вертолетом вперед, летчик тем самым посредством пары зубчатых колес наклоняет вперед всю втулку крепления лопастей несущего винта, а вместе с тем и изменяет положение плоскости вращения несущего винта. При этом полная аэродинамическая сила его будет иметь горизонтальную составляющую, направленную вперед, и вертолет начнет движение в этом направлении. Таким образом, движению ручки управления вертолетом вперед будет соответствовать и движение вперед самого вертолета.
Однако изменять угол наклона плоскости вращения несущего винта на вертолете нелегкое дело, так как огромная плоскость вращения несущего винта является как бы ротором гироскопа, который стремится сохранить плоскость своего вращения. Кроме того, трудность представляет собой выполнение разрезного главного вала для обеспечения наклона втулки.
Изобретенный Б. Н. Юрьевым автомат-перекос, включенный в управление несущим винтом вертолета, лопасти которого имеют горизонтальные шарниры, позволяет достигать такого же эффекта, как и при наклоне плоскости вращения винта, но другим, более легким способом.
Принципиальная схема управления винтом с помощью автомата-перекоса изображена.
На валу винта имеется ползун. Ползун соединен с валом продольными шлицами, которые передают ползуну вращение вала. Кроме того, наличие продольных шлиц дает возможность перемещать ползун вдоль вала вниз и вверх, при этом внешняя обойма 5 перемещается в муфте.
С ползуном осью А—А связано кольцо, а с кольцом осью Б—Б связана внутренняя обоина автомата-перекоса. Таким образом, и кольцо, п внутренняя обойма тоже вращаются вместе с валом несущего винта. Кольцо может наклоняться вправо и влево, а внутренняя обойма, кроме наклона вправо и влево вместе с кольцом, может быть на оси Б—Б наклонена вперед и назад. Вследствие наличия шарикоподшипниковой связи наклоны внешней обоймы 5 вместе с муфтой будут вызывать наклоны внутренней обоймы, но внешняя обойма не будет вращаться, так как вращение вала винта через шарикоподшипник передаваться на нее не будет.
Управление вертолетом видео
Внешняя обойма тарели автомата-перекоса через муфту посредством тяг со сферическими наконечниками
п качалок связана с ручкой управления. Ползун связан с рычагом «шаг-газ».
На внутренней обойме автомата-перекоса имеются выступы. Число выступов соответствует числу лопастей винта. В данном случае их три. Тяги соединяют внутреннюю обойму с лопастями винта. Таким образом, наклон внешней и внутренней обоймы заставит все три лопасти изменить свои установочные углы вокруг осевых шарниров.
Если летчик отклонит ручку управления вертолетом вперед, то он тем самым заставит наклониться вперед (вокруг оси Б—Б) обе обоймы автомата-перекоса, а вместе с этим изменят свои установочные углы и все лопасти несущего винта. Теперь, когда обоймы наклонены вперед, во время вращения винта каждая лопасть, проходя над ручкой летчика (угол азимута 180), будет автоматически уменьшать свои установочный угол, а проходя над хвостовой балкой (угол азимута 0° или 360°), будет увеличивать свой установочный угол. Естественно, что при уменьшении установочного угла уменьшится и подъемная сила лопасти, в результате чего лопасть опустится. Там, где установочный угол увеличится, там увеличится и подъемная сила, и лопасть совершит взмах.
Таким образом, при отклонении ручки управления вертолетом вперед каждая лопасть, проходя над ручкой управления (угол азимута 180°), опустится, а проходя над хвостовой балкой, приподнимется. Это равносильно тому, что наклонился вперед конус лопастей. Поскольку можно считать, что полная аэродинамическая сила винта совпадает с осью конуса, т. е. перпендикулярна плоскости вращения концов лопастей, то наклон конуса вперед означает также, что вперед наклонилась, и линия действия силы, развиваемой винтом. А это значит, что появилась горизонтальная составляющая силы, обеспечивающая движение вертолета вперед.
Если при нейтральном положении ручки управления вертолет висел, то теперь, при отклонении ручки вперед, вертолет начнет движение вперед.
Если до отклонения ручки вперед полная аэродинамическая сила несущего винта R проходила через центр тяжести вертолета, то теперь она проходит сзади центра тяжести, в результате чего возникает момент относительно центра тяжести, заставляющий вертолет опускать нос. Опускание — это будет продолжаться до тех пор, пока линия действия силы R снова не совпадет с центром тяжести.
Итак, благодаря наклону автомата-перекоса лопасть не сохраняет постоянного установочного угла, а значит, и не сохраняет постоянного угла атаки. При угле азимута 0° (лопасть проходит над хвостовой балкой) угол атаки наибольший; -при движении от угла азимута 0 до 180° (лопасть направлена вперед) угол атаки уменьшается, а затем начинает увеличиваться и при угле азимута 360° снова доходит до максимального значения. А это и есть циклическое изменение углов атаки лопасти в зависимости от ее азимутального положения.
Так создается на современном вертолете наклон конуса лопастей и сила, двигающая вертолет в избранном направлении.
Для полета назад ручка управления вертолетом должна быть отклонена на себя, за нейтральное положение.
Полет вбок, например вправо, требует отклонить ручку управления вертолета вправо от нейтрального положения. Вследствие этого автомат-перекос увеличивает установочный угол лопастей, ометающих левую часть диска, за счет чего на этом участке увеличивается их подъемная сила и лопасти взмахивают, и, наоборот, уменьшает установочный угол лопастей, ометающих правую часть диска, где лопасти опускаются. Весь конус лопастей оказывается таким образом наклоненным вправо. Появляется горизонтальная составляющая сила винта, направленная вправо, которая и служит причиной перемещения вертолета в этом направлении.
Если при висении аэродинамическая сила винта проходила через центр тяжести, то теперь она проходит левее центра тяжести. Появившийся момент наклоняет фюзеляж вертолета вправо до тех пор, пока линия действия силы не совпадет с центром тяжести. Поэтому полет вправо сопровождается наклоном фюзеляжа вправо.
Следует, однако, заметить, что наклон аэродинамической силы несущего винта не повторяет в точности наклона автомата-перекоса. В самом деле, пусть автомат-перекос наклонен назад, конус несущего винта также будет наклонен назад. Однако в этом случае происходит нежелательное изменение углов атаки у наступающей и отступающей лопастей, так как наклон винта назад неизбежно меняет тот угол, с которым встречают поток лопасти, проходя навстречу потоку или уходя от потока. Угол атаки наступающей лопасти увеличится, а отстающей уменьшится. Это вносит изменение в маховое движение лопастей, благодаря чему образуется угол отставания аэродинамической силы винта от того направления, в котором отклонен автомат-перекос.
Желательно, однако, чтобы аэродинамическая сила несущего винта строго подчинялась движению ручки управления вертолетом. Для этого передача от ручки управления к автомату-перекосу выполняется таким образом, чтобы автомат-перекос отклонялся несколько иначе, чем ручка, но зато наклон аэродинамической силы строго соответствовал бы наклону ручки управления вертолетом.
Если отклонение ручки управления вертолетом изменяет наклон линии действия подъемной сипы, развиваемой несущим винтом, то рычаг «шаг-газ» служит для изменения величины этой силы.
Когда рычаг «шаг-газ» отклоняется назад на себя, то ползун скользит вверх по шлицам и заставляет все три лопасти увеличить установочный угол. В результате этого происходит увеличение подъемной силы каждой лопасти, а значит, и увеличение полной аэродинамической силы всего винта. Если рычаг «шаг-газ» отклоняется вперед от себя, то сила винта уменьшается.
Когда аэродинамическая сила ввита становится больше силы веса, то висящий вертолет отвесно набирает высоту. Когда аэродинамическая сила винта становится меньше силы веса, то вертолет совершает вертикальный спуск. Когда аэродинамическая сила винта равна силе веса, то вертолет висит на одной высоте.
Показано, насколько увеличивается потребная мощность для вращения несущего винта (среднего размера) в зависимости от увеличения установочного угла при постоянных оборотах 250 о6\мин.
Схематически показано управление шагом рулевого винта.
Отклонение правой или левой педали через тросовое управление передается «а червячный механизм рулевого винта. Движение педалей заставляет вращаться червячную гайку. При этом червяк вывертывается или ввертывается. С червяком связаны тяги, идущие к рычагам лопастей. Движение червяка через рычаги передается на лопасти несущего винта, благодаря чему они поворачиваются в осевых шарнирах. При этом изменяется их общий установочный угол, а, следовательно, и тяга рулевого винта.
При висении вертолета или при прямолинейном полете тяга рулевого винта должна уравновешивать реактивный момент несущего винта.
Если вертолет необходимо повернуть вправо или влево, то движение педалей увеличивает или уменьшает шаг рулевого винта. В одном случае тяга становится больше, а в другом случае меньше той величины, которая необходима для уравновешивания реактивного момента несущего винта. Вертолет при этом разворачивается или под действием момента тяги рулевого винта, или под действием реактивного момента.
Отказ рулевого винта (например, из-за поломки хвостового вала трансмиссии) вызывает повороты вертолета под действием ничем не уравновешенного реактивного момента, например, на режиме висения вертолет делал бы несколько десятков оборотов в минуту вокруг вертикальной оси, что исключало бы возможность продолжения полета. Поэтому хвостовой вал, как и вся трансмиссия, изготовляется с большим запасом прочности.
При помощи органов управления на вертолете возможно совершать необходимые эволюции. Вертолет может летать с различными горизонтальными скоростями; он может как из горизонтального полета, так и с режима висения перейти на набор высоты или спуск, может крутиться на одном месте вокруг вертикальной оси, может быстро набирать скорость и быстро останавливаться, может совершать виражи и спирали. Вертолет остается полностью управляемым и в том случае, когда откажет двигатель. При этом самовращающийся несущий винт через трансмиссию передает вращение п на рулевой винт.
Для выполнения всех этих эволюций требуется координированное действие ручкой управления вертолетом, рычагом «шаг-газ» и ножными педалями.
Агрегаты техники
Принципы полета на вертолете
Аэродинамика вертолета Air Travel
Цена Отказ от ответственности
Новая работа Джин-Пьер Харрисон, «Принципы полетов на вертолетах», является важным шагом вперед для инструкторов и их учеников в сложном предмете практической аэродинамики вертолетов. До настоящего времени полезные материалы для руководства летными студентами по этой важной теме было невозможно найти.
Как правило, единственными доступными текстами были либо академические тома для инженерных специальностей, заполненные математикой, которые пугали бы даже самых преданных учеников, либо поверхностные, простодушные главы в учебных пособиях, которые редко выходят за рамки сравнения лопастей ротора с движениями рук вращающейся фигуры. фигуристов.
Г-н Харрисон предоставил весьма полезную и интересную альтернативу, которая обещает положить конец разочарованию борющихся студентов и преподавателей.
Математическая сложность совершенно не нужна, на самом деле используемые уравнения, как правило, не сложнее, чем «мощность = сопротивление х скорость». Краткие и простые объяснения поддерживают истинное сердце этой книги, которая представляет собой удивительно тщательный и понятный набор диаграмм.
В среднем от двух до трех рисунков на странице текст и рисунки сплетаются для удобства понимания. Например, около 23 рисунков используются только для объяснения авторотации, что позволяет проводить гораздо более глубокий анализ, чем когда-либо видят большинство студентов (и многие преподаватели).
Свободно основываясь на тексте Королевских ВВС, Харрисон внес значительный вклад в переписывание и редактирование. Те, кто все еще использует учебные материалы, подготовленные в те дни, когда широко использовались модели Hillers и Bell 47, будут рады современным разделам, посвященным теории системы McDonnell «NOTAR» и британской конструкции ротора BERP.
Практическое обсуждение вопросов шума в нашем все более чувствительном мире также помогает представить современную перспективу.
Возможно, наиболее важным преимуществом этой книги является то, что ясность изложения и обзорные вопросы по каждой теме побудят студентов продумать материал и увидеть связи, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными.
Например, одна диаграмма, показывающая скорость снижения в зависимости от скорости движения при автоповороте, имеет поразительное сходство с другой диаграммой, показывающей требуемую мощность в зависимости от скорости движения в полете с усилением. Изучение причин такого сходства даст ценную информацию читателю, будь то студент или преподаватель.
Одна из целей любого инструктора по полету на вертолете — дать студентам полезное понимание аэродинамики, которое студент может применять в реальном мире.
Благодаря опыту обычной жизни любой студент будет интуитивно знать, какое физическое поведение следует ожидать, когда мяч отскакивает и отскакивает от пружины, но сложность полета на вертолете затрудняет развитие сопоставимой интуиции.
Принципы полетов на вертолетах Харрисона являются отличным помощником в развитии этого понимания и находятся на книжной полке каждого пилота вертолета.
Резюме
Рецензент
Джон Р. Старк (CFI RHI / G)
Дата пересмотра
Пересмотренный пункт
Принципы полета вертолета
Рейтинг автора
,Наземная школа: принципы полета на вертолете
??
Добро пожаловать в мир R / C вертолетов. вертолет, вероятно, самая сложная форма модель радиоуправления, будучи механически сложной в природа, и требует 100% концентрации в то время как эксплуатации.
Полет на вертолете модели мало чем отличается от металлический подшипник или мрамор на куске стекла.Если механика измельчителя была отрегулирована и выровнен очень хорошо, это похоже на наличие плоской кусок стекла Если чоппер не настроен просто правильно, это как выпуклый кусок стекла где подшипник хочет продолжать скатываться к одному сторона.
Первое, что должен сделать начинающий пилот вертолета понимаю, что модель работает на том же принципы в натуральную величину и контроль вертолет так же трудно, если не больше, так из-за размер и ориентация.Это не просто вопрос нажимая одну кнопку вверх, а другую вперед летать на вертолете, как летать модель самолета, это навык, который должен быть изучен и это может произойти только с практикой. , , теперь, когда я Вы полностью обескуражены! Хотя здание и полет модели вертолета может быть сложным, это также очень приятно.Быть в состоянии точно управлять транспортным средством, которое вы можете парить, лететь вперед, назад, вбок, и делать все виды интересных маневры и высший пилотаж, а также посадка на вашем ноги, это очень интересно.
В отличие от обучения летать на модельном самолете, где полет с инструктором является обязательным, вы в основном научиться летать на вертолетах самостоятельно.До тебя начать летать, однако, некоторое время с опытным Пилот вертолета будет бесценным. Он может помочь тебе настроить свой вертолет (очень важно иметь механику, настроенную точно для безопасного и легко летать), а также дать вам несколько советов по летать; что ожидать от вашей модели и как управлять средствами управления.
Как работает чоппер?
Есть в основном два разных типа
вертолеты, те, которые имеют общий шаг и
те, которые этого не делают. Коллективное поле, где
шаг лопастей несущего винта может быть одновременно
увеличивается или уменьшается, чтобы изменить количество подъема.Это дает более быстрый ответ на изменения в вертикальной
тяга, управляемая пилотом. На вертолетах
без общего шага, высота подъема
полностью контролируется скоростью лопастей ротора
или другими словами скорость двигателя (дроссельная заслонка
контроль). Время реакции больше и, следовательно,
контроль менее отзывчив.
Однако есть компромисс, и это стоимость и сложность головки ротора. Есть намного больше движущихся частей в коллективном поле головки ротора и, следовательно, они дороже. Наиболее нынешние вертолеты коллективного поля разнообразие.
На стандартном вертолете коллективного тангажа четыре элемента управления, и они управляются пятью каналы вашей радиосистемы.Эти элементы управления общий шаг, передний и задний циклический шаг, циклический шаг из стороны в сторону и хвостовой винт подача. Коллективное поле также должно быть связано с дросселем двигателя, чтобы, когда больше нагрузка на лопасти несущего винта увеличивается поле, больше газа применяется, чтобы помочь преодолеть дополнительное перетаскивание.
Полет на вертолете регулируется полем, или угол его лопастей ротора, как развертки через воздух. При подъеме или спуске высота каждого лезвие меняется одновременно и на одно и то же степень. Чтобы подняться, угол или шаг лопастей увеличена. Чтобы опускаться, шаг лезвия уменьшилось.Потому что все лезвия действуют одновременно или все вместе, это известно как коллективная подача. Для вперед, назад и вбок В полете предусмотрена дополнительная смена поля. Посредством шага каждого лезвия увеличивается в та же самая выбранная точка на его круговом пути. Это известно как циклический шаг.
Когда вертолет запущен и роторы начинают поворачиваться, они поддерживаются в ровном положении, без угла или укуса в воздухе.Как двигатель прогревается и роторы вращаются быстрее, коллектив шаг увеличен и вертолет поднимается вертикально. Чтобы самолет летел вперед, коллективный шаг сохраняется, сохраняя самолет в воздухе, в то время как циклический шаг настроен на позволить каждому лезвию иметь больше прикуса, когда он проходит через хвост.Чтобы остановить вертолет и зависнуть, циклический шаг возвращается в нейтральное положение, вызывая лопасти ротора должны быть одинакового шага их цикл, позволяющий сохранить общее поле вертолет завис в воздухе.
Левый джойстик управления вашим радиопередатчиком коллектив и дроссель в вертикальном направление и шаг хвостового винта в сторону боковое направление.Ваша правая палка контролирует оба циклические операции; вверх и вниз по носу и корме контроль и из стороны в сторону для циклического из стороны в сторону контроль. Есть также функции смешивания, которые смешивают дроссельной и коллективной функции, а также функции дроссельной заслонки / коллективного и рулевого управления.
Операция
Двигатель вертолета приводит в движение оба основных вал ротора и хвостовой ротор с помощью ряда зубчатых колес и сцепление.Когда двигатель набирает скорость, сцепление включается и начинает вращаться оба ротора системы. Как правило, на данный момент нет шага на лопастях несущего винта и, следовательно, нет подъемника. дроссельная заслонка увеличивается, пока лопасти несущего винта доведены до скорости. Поднять вертолет коллективный шаг применяется.
Потому что для каждого действия есть равное и
противоположная реакция, когда двигатель заставляет
лопасти ротора повернуть в одном направлении, корпус
вертолет захочет вращаться в противоположном направлении
направление.Функция хвостового винта заключается в
исправить эту тенденцию. Лезвия хвостового винта обеспечивают
достаточно тяги в сторону, чтобы держать вертолет
указывая в одном направлении. Увеличивая или
уменьшая шаг лопастей хвостового винта
Направление, на которое указывает вертолет, можно изменить.
Циклическое управление позволяет лопастям несущего винта
изменяться независимо, заставляя вертолет двигаться
в горизонтальном направлении.Если один из ротора
лезвия увеличивают шаг по мере приближения к задней части
в то время как противоположный клинок уменьшается по высоте, в то время как
приближаясь к фронту во время его вращения, больше подъема
будет производиться сзади, наклоняя вертолет
вперед, и тем самым перемещая вертолет вперед
направление. Тот же принцип применяется для стороны к
сбоку и назад, позволяя вертолету лететь в
любое направление.
Управление циклическим и коллективным шагом
перенесен с радио сервопривода на ротор
лезвия через наклонную пластину. Часть наклонной пластины
является стационарным, в то время как другая часть может
вращаться с головкой ротора. Контрольная связь
подключен от сервоприводов к стационарной части
наклонная пластина, а также от вращающейся части
наклонная пластина к головке ротора.
При управлении вертолетом небольшие входы управления от пилота постоянно требуется отклонения в траектории полета. Вот почему 100% концентрация требуется в работе измельчителя. чем точнее настроен прерыватель, тем меньше количество исправлений, которые требуются пилот.
Что произойдет, если двигатель остановится?
Автоповорот — это путь для посадки вертолетов успешно после потери мощности от двигателя к системам привода ротора.
Это достигается с помощью специального устройство, известное как муфта автоповорота, которая позволяет лопасти ротора для свободного хода.Как только власть порезано, дроссель / коллективное управление занесено назад весь путь.
Это обычно приводит к тому, что лопасти несущего винта слегка отрицательный шаг. Как вертолет начинает опускаться, воздух движется через лопасти будет держать их вращаться. Вращающиеся лезвия действовать как парашют в сокращении вертолетов приличная.Когда вертолет приближается к земле, пилот увеличивает общий шаг, делая шаг лопастей снова положительный.
Импульс лопастей преобразуется в подъем, замедление снижения вертолета дальше, позволяя ему мягко приземлиться.
вертолет | Факты, история и типы
История
Одной из важных характеристик истории вертикального полета является повсеместный интерес человека к предмету; Изобретатели во многих странах приняли вызов за эти годы, достигая различной степени успеха. История вертикального полета началась, по крайней мере, около 400 года; есть исторические ссылки на китайский воздушный змей, который использовал вращающееся крыло в качестве источника подъема. Игрушки, использующие принцип вертолета — вращающееся лезвие, повернутое натяжением струны — были известны еще в средние века.Во второй половине 15-го века Леонардо да Винчи делал рисунки вертолета, который использовал винтовой воздушный винт для подъема. Игрушечный вертолет с использованием роторов, сделанных из перьев птиц, был подарен Французской академии наук в 1784 году двумя мастерами, Лауной и Биенвену; эта игрушка предсказывает более успешную модель, созданную в 1870 году Альфонсом Пено во Франции.
Вертолет : история Вехи истории вертолета. Encyclopædia Britannica, Inc.Первое научное изложение принципов, которые в конечном итоге привели к успешному вертолету, пришло в 1843 году от сэра Джорджа Кэйли, которого многие также считают отцом полета на неподвижном крыле. С этого момента многочисленные изобретатели породили настоящий генофонд идей вертолетов, почти полностью в форме модели или эскиза. Многие были техническими тупиками, но другие внесли часть окончательного решения. В 1907 году было два важных шага вперед. 29 сентября братья Бреге, Луи и Жак, под руководством физиолога и первопроходца авиации Чарльза Рише совершили короткий перелет на своем жироплане №.1, приводимый в движение 45-сильным двигателем. Gyroplane имел подобную паутине раму и четыре набора роторов. Пилотируемый самолет поднялся с земли на высоту около двух футов, но он был привязан и не контролировался. Бреге стал известным именем во французской авиации, и со временем Луи вернулся к успешной работе на вертолетах. Позже, в ноябре, их земляк Пол Корну, который был велосипедистом, как братья Райт, совершил свободный полет продолжительностью около 20 секунд, достигнув высоты одного фута в двухмоторном катере, приводимом в движение 24-сильным двигателем. ,Другим человеком, который, как и Брегуэц, будет флиртовать с вертолетом, затем делать свое имя на самолете с фиксированным крылом, а затем позже возвращаться к проблеме вертикального полета, был Игорь Сикорский, который провел несколько неудачных экспериментов примерно в то же время. время.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняСледующие 25 лет характеризовались двумя основными тенденциями вертикального полета. Одним из них было широкое распространение незначительных успехов с вертолетами; Вторым был внешний вид и явный успех автожира (также пишется автогир).
Во многих странах вертолет добился постепенного успеха, и в следующем кратком обзоре будут освещены только те, чей вклад в конечном итоге был обнаружен в успешно разработанных вертолетах. В 1912 году датский изобретатель Якоб Эллехаммер совершил короткие прыжки на вертолете с вращающимися в противоположных направлениях роторами и контролем циклического шага, что стало важным пониманием проблемы управления. 18 декабря 1922 года сложный вертолет, разработанный Джорджем де Ботезатом для Военно-воздушных сил США, поднялся с земли чуть менее двух минут под минимальным контролем.Во Франции аргентинский изобретатель Рауль Патерас Пескара, который в 1920-х и 30-х годах разработал несколько вертолетов, в которых применялось управление циклическим шагом и, в случае отказа двигателя, авторотация ротора, установил 18 апреля 1924 года рекорд расстояния по прямой линии — 736 метров. (2415 футов). В том же году во Франции 4 мая Этьен Омихен установил рекорд расстояния для вертолетов, пролетев круг длиной в один километр.
В прошлом году, 9 января 1923 года, в Испании Хуан де ла Сиерва совершил первый успешный полет автожира.Автожир работает по другому принципу, чем вертолет. Его ротор не приводится в действие, но получает подъем благодаря механическому вращению, когда автожир движется вперед по воздуху. Он имеет преимущество относительно короткого взлета и почти вертикального снижения, и последующий успех автожира Cierva и его конкурентов, казалось, бросил тень на будущее развития вертолетов. Автожиры были быстро улучшены и производились в нескольких странах, казалось, заполняя такую полезную нишу, что они временно затмили вертолет.По иронии судьбы, однако, технология головки ротора и лопасти ротора, разработанная для автожира, внесла важный вклад в разработку успешного вертолета, который со временем сделал автожир устаревшим.
В 1936 году Германия вышла на передний план развития вертолетов с Focke Achgelis Fa 61, который имел два трехлопастных ротора, установленных на выносных опорах и приводимых в действие радиальным двигателем мощностью 160 лошадиных сил. Fa 61 имел контролируемую циклическую высоту и установил многочисленные рекорды, в том числе, в 1938 году, полет на высоту 11 243 фута и полет по пересеченной местности в 143 мили.В 1938 году немецкая летчица Ханна Рейч стала первой в мире женщиной-пилотом вертолета, совершив полет на самолете Fa 61 внутри немецкой земли в Берлине. Это был и технический, и пропагандистский триумф. Германия продолжила разработку вертолетов во время Второй мировой войны и первой запустила в серийное производство вертолет Flettner Kolibri.
В Соединенных Штатах после многих успехов с коммерческими летающими лодками Игорь Сикорский вновь обратил свое внимание на вертолеты, и после длительного периода разработки он совершил успешную серию испытательных полетов своего VS-300 в 1939–41 годах.По сути, это испытательный самолет, предназначенный для легкой и быстрой модификации, VS-300 был небольшим (весом 1092 фунтов) и был оснащен 65-сильным двигателем Lycoming. Тем не менее, он обладал характеристиками, которые характерны для большинства современных вертолетов: один основной трехлопастный ротор с общим шагом и хвостовой винт. Как бы ни был успешен VS-300, он также ясно показал трудности, с которыми все последующие вертолеты будут сталкиваться в процессе разработки. В течение многих лет, по сравнению с обычными самолетами, вертолеты были недостаточно мощными, их было трудно контролировать, и они подвергались гораздо более высоким динамическим нагрузкам, которые вызывали отказы материалов и оборудования.Тем не менее, VS-300 привел к созданию длинной линейки вертолетов Sikorsky, и это повлияло на их развитие в ряде стран, включая Францию, Англию, Германию и Японию.
После Второй мировой войны коммерческое использование вертолетов быстро развивалось во многих областях, включая пожаротушение, работу полиции, опрыскивание сельскохозяйственных культур, борьбу с комарами, медицинскую эвакуацию, а также перевозку почты и пассажиров.
Расширение рынка привело к появлению новых конкурентов, каждый из которых по-своему подходил к проблеме вертикального полета.Bell Aircraft Corporation, под руководством Артура Янга, начала свою долгую, выдающуюся историю вертикального полета самолета с серией прототипов, которые привели к Bell Model 47, одному из самых значительных вертолетов всех времен, включающему сочлененный, гиростабилизированный двухлопастный ротор. Фрэнк Пиасеки создал вертолетную корпорацию Piasecki; в его конструкции использовалась концепция тандем-ротор. Использование сдвоенных тандемных роторов позволило вертолетам вырасти почти вдвое по сравнению с их предыдущим размером, не создавая при этом очень больших лопастей.Кроме того, размещение сдвоенных роторов обеспечило большой диапазон центра тяжести. Конкурс был международным, с быстрым прогрессом, достигнутым в Советском Союзе, Великобритании, Франции, Италии и других странах.
В еще большей степени, чем самолетов, разработка вертолета была ограничена мощностью двигателя. Поршневые двигатели были тяжелыми, шумными и менее эффективными на большой высоте. Первое применение технологии реактивного двигателя для вертолета было осуществлено в 1951 году авиастроительной корпорацией Kaman HTK-1, которая имела запатентованные аэродинамические роторы Kaman с сервоуправлением в конфигурации «синхроптера» (т.е.роторы рядом с путями перемещения лопастей).
В обычных самолетах мощность реактивного двигателя использовалась главным образом для увеличения скорости. В вертолете тяга реактивной турбины должна была быть зафиксирована коробкой передач, которая вращала бы ротор. Реактивный двигатель имел много преимуществ для вертолета: он был меньше, весил меньше, чем поршневой двигатель сопоставимой мощности, имел гораздо меньшую вибрацию и использовал менее дорогое топливо. Французский SNCA-S.E. 3130 Alouette II совершил свой первый полет 12 марта 1955 года, оснащенный турбинным двигателем Turbomeca Artouste II.Это быстро стало одним из самых влиятельных вертолетов в мире и начало тенденцию к реактивным вертолетам всюду.
В настоящее время на рынке доступно огромное количество типов вертолетов: от небольших частных вертолетов для двоих до крупных пассажирских типов, до рабочих транспортных средств, способных перевозить огромные грузы в отдаленные места. Все они отвечают базовым принципам полета, но из-за уникальной природы ротора и систем управления вертолетом методы их полета различны.Существуют и другие типы самолетов с вертикальным подъемом, средства управления и методы которых часто представляют собой смесь обычного самолета и вертолета. Они составляют небольшую часть общей картины полета, но приобретают все большее значение.
боцман; вертолет Помощник боцмана направляет вертолет Seahawk, когда он доставляет грузы на американский фрегат. Двидсхаб .вертолет | Факты, история и типы
История
Одной из важных характеристик истории вертикального полета является повсеместный интерес человека к предмету; Изобретатели во многих странах приняли вызов за эти годы, достигая различной степени успеха. История вертикального полета началась, по крайней мере, около 400 года; есть исторические ссылки на китайский воздушный змей, который использовал вращающееся крыло в качестве источника подъема. Игрушки, использующие принцип вертолета — вращающееся лезвие, повернутое натяжением струны — были известны еще в средние века.Во второй половине 15-го века Леонардо да Винчи делал рисунки вертолета, который использовал винтовой воздушный винт для подъема. Игрушечный вертолет с использованием роторов, сделанных из перьев птиц, был подарен Французской академии наук в 1784 году двумя мастерами, Лауной и Биенвену; эта игрушка предсказывает более успешную модель, созданную в 1870 году Альфонсом Пено во Франции.
Вертолет : история Вехи истории вертолета. Encyclopædia Britannica, Inc.Первое научное изложение принципов, которые в конечном итоге привели к успешному вертолету, пришло в 1843 году от сэра Джорджа Кэйли, которого многие также считают отцом полета на неподвижном крыле. С этого момента многочисленные изобретатели породили настоящий генофонд идей вертолетов, почти полностью в форме модели или эскиза. Многие были техническими тупиками, но другие внесли часть окончательного решения. В 1907 году было два важных шага вперед. 29 сентября братья Бреге, Луи и Жак, под руководством физиолога и первопроходца авиации Чарльза Рише совершили короткий перелет на своем жироплане №.1, приводимый в движение 45-сильным двигателем. Gyroplane имел подобную паутине раму и четыре набора роторов. Пилотируемый самолет поднялся с земли на высоту около двух футов, но он был привязан и не контролировался. Бреге стал известным именем во французской авиации, и со временем Луи вернулся к успешной работе на вертолетах. Позже, в ноябре, их земляк Пол Корну, который был велосипедистом, как братья Райт, совершил свободный полет продолжительностью около 20 секунд, достигнув высоты одного фута в двухмоторном катере, приводимом в движение 24-сильным двигателем. ,Другим человеком, который, как и Брегуэц, будет флиртовать с вертолетом, затем делать свое имя на самолете с фиксированным крылом, а затем позже возвращаться к проблеме вертикального полета, был Игорь Сикорский, который провел несколько неудачных экспериментов примерно в то же время. время.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняСледующие 25 лет характеризовались двумя основными тенденциями вертикального полета. Одним из них было широкое распространение незначительных успехов с вертолетами; Вторым был внешний вид и явный успех автожира (также пишется автогир).
Во многих странах вертолет добился постепенного успеха, и в следующем кратком обзоре будут освещены только те, чей вклад в конечном итоге был обнаружен в успешно разработанных вертолетах. В 1912 году датский изобретатель Якоб Эллехаммер совершил короткие прыжки на вертолете с вращающимися в противоположных направлениях роторами и контролем циклического шага, что стало важным пониманием проблемы управления. 18 декабря 1922 года сложный вертолет, разработанный Джорджем де Ботезатом для Военно-воздушных сил США, поднялся с земли чуть менее двух минут под минимальным контролем.Во Франции аргентинский изобретатель Рауль Патерас Пескара, который в 1920-х и 30-х годах разработал несколько вертолетов, в которых применялось управление циклическим шагом и, в случае отказа двигателя, авторотация ротора, установил 18 апреля 1924 года рекорд расстояния по прямой линии — 736 метров. (2415 футов). В том же году во Франции 4 мая Этьен Омихен установил рекорд расстояния для вертолетов, пролетев круг длиной в один километр.
В прошлом году, 9 января 1923 года, в Испании Хуан де ла Сиерва совершил первый успешный полет автожира.Автожир работает по другому принципу, чем вертолет. Его ротор не приводится в действие, но получает подъем благодаря механическому вращению, когда автожир движется вперед по воздуху. Он имеет преимущество относительно короткого взлета и почти вертикального снижения, и последующий успех автожира Cierva и его конкурентов, казалось, бросил тень на будущее развития вертолетов. Автожиры были быстро улучшены и производились в нескольких странах, казалось, заполняя такую полезную нишу, что они временно затмили вертолет.По иронии судьбы, однако, технология головки ротора и лопасти ротора, разработанная для автожира, внесла важный вклад в разработку успешного вертолета, который со временем сделал автожир устаревшим.
В 1936 году Германия вышла на передний план развития вертолетов с Focke Achgelis Fa 61, который имел два трехлопастных ротора, установленных на выносных опорах и приводимых в действие радиальным двигателем мощностью 160 лошадиных сил. Fa 61 имел контролируемую циклическую высоту и установил многочисленные рекорды, в том числе, в 1938 году, полет на высоту 11 243 фута и полет по пересеченной местности в 143 мили.В 1938 году немецкая летчица Ханна Рейч стала первой в мире женщиной-пилотом вертолета, совершив полет на самолете Fa 61 внутри немецкой земли в Берлине. Это был и технический, и пропагандистский триумф. Германия продолжила разработку вертолетов во время Второй мировой войны и первой запустила в серийное производство вертолет Flettner Kolibri.
В Соединенных Штатах после многих успехов с коммерческими летающими лодками Игорь Сикорский вновь обратил свое внимание на вертолеты, и после длительного периода разработки он совершил успешную серию испытательных полетов своего VS-300 в 1939–41 годах.По сути, это испытательный самолет, предназначенный для легкой и быстрой модификации, VS-300 был небольшим (весом 1092 фунтов) и был оснащен 65-сильным двигателем Lycoming. Тем не менее, он обладал характеристиками, которые характерны для большинства современных вертолетов: один основной трехлопастный ротор с общим шагом и хвостовой винт. Как бы ни был успешен VS-300, он также ясно показал трудности, с которыми все последующие вертолеты будут сталкиваться в процессе разработки. В течение многих лет, по сравнению с обычными самолетами, вертолеты были недостаточно мощными, их было трудно контролировать, и они подвергались гораздо более высоким динамическим нагрузкам, которые вызывали отказы материалов и оборудования.Тем не менее, VS-300 привел к созданию длинной линейки вертолетов Sikorsky, и это повлияло на их развитие в ряде стран, включая Францию, Англию, Германию и Японию.
После Второй мировой войны коммерческое использование вертолетов быстро развивалось во многих областях, включая пожаротушение, работу полиции, опрыскивание сельскохозяйственных культур, борьбу с комарами, медицинскую эвакуацию, а также перевозку почты и пассажиров.
Расширение рынка привело к появлению новых конкурентов, каждый из которых по-своему подходил к проблеме вертикального полета.Bell Aircraft Corporation, под руководством Артура Янга, начала свою долгую, выдающуюся историю вертикального полета самолета с серией прототипов, которые привели к Bell Model 47, одному из самых значительных вертолетов всех времен, включающему сочлененный, гиростабилизированный двухлопастный ротор. Фрэнк Пиасеки создал вертолетную корпорацию Piasecki; в его конструкции использовалась концепция тандем-ротор. Использование сдвоенных тандемных роторов позволило вертолетам вырасти почти вдвое по сравнению с их предыдущим размером, не создавая при этом очень больших лопастей.Кроме того, размещение сдвоенных роторов обеспечило большой диапазон центра тяжести. Конкурс был международным, с быстрым прогрессом, достигнутым в Советском Союзе, Великобритании, Франции, Италии и других странах.
В еще большей степени, чем самолетов, разработка вертолета была ограничена мощностью двигателя. Поршневые двигатели были тяжелыми, шумными и менее эффективными на большой высоте. Первое применение технологии реактивного двигателя для вертолета было осуществлено в 1951 году авиастроительной корпорацией Kaman HTK-1, которая имела запатентованные аэродинамические роторы Kaman с сервоуправлением в конфигурации «синхроптера» (т.е.роторы рядом с путями перемещения лопастей).
В обычных самолетах мощность реактивного двигателя использовалась главным образом для увеличения скорости. В вертолете тяга реактивной турбины должна была быть зафиксирована коробкой передач, которая вращала бы ротор. Реактивный двигатель имел много преимуществ для вертолета: он был меньше, весил меньше, чем поршневой двигатель сопоставимой мощности, имел гораздо меньшую вибрацию и использовал менее дорогое топливо. Французский SNCA-S.E. 3130 Alouette II совершил свой первый полет 12 марта 1955 года, оснащенный турбинным двигателем Turbomeca Artouste II.Это быстро стало одним из самых влиятельных вертолетов в мире и начало тенденцию к реактивным вертолетам всюду.
В настоящее время на рынке доступно огромное количество типов вертолетов: от небольших частных вертолетов для двоих до крупных пассажирских типов, до рабочих транспортных средств, способных перевозить огромные грузы в отдаленные места. Все они отвечают базовым принципам полета, но из-за уникальной природы ротора и систем управления вертолетом методы их полета различны.Существуют и другие типы самолетов с вертикальным подъемом, средства управления и методы которых часто представляют собой смесь обычного самолета и вертолета. Они составляют небольшую часть общей картины полета, но приобретают все большее значение.
боцман; вертолет Помощник боцмана направляет вертолет Seahawk, когда он доставляет грузы на американский фрегат. Двидсхаб .