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?» — Яндекс Кью
Популярное
Сообщества
Детский вопрос
ФизикаВертолеты
Дети хотят знать
·
2,5 K
На Кью задали 1 похожий вопросОтветитьУточнитьМебельная мастерская Сварожич
138
Мебельная мастерская «Сварожич» занимается производством мебели из массива дерева. Вся… · 14 авг 2020 · svarojich-mebel.ru
Отвечает
Артем Гордон
У вертолёта наверху находится винт.
Как у Карлсона. Этот винт называется несущим. Когда этот винт вращается, он гонит воздух вниз, создавая над винтом разряжённое пространство. Это такое пространство, в котором воздух меньше, чем вокруг. Именно за счёт этого создаётся специальная сила, называемая подъёмной и именно эта сила позволяет вертолёту подниматься в воздух. Когда вертолёту надо лететь вперёд, он наклоняет несущий винт вперёд и начинает, как бы, скользить вниз, а из-за того, что винт гонит воздух вниз, вертолёт держится на одной высоте.
Мебель, сувениры, офисные принадлежности из дерева. http://svarojich-mebel.ru
Перейти на svarojich-mebel.ru1 эксперт согласен
Комментировать ответ…Комментировать…
Вы знаете ответ на этот вопрос?
Поделитесь своим опытом и знаниями
Войти и ответить на вопрос
Ответы на похожие вопросы
Почему вертолет летает? — 3 ответа, задан
862Z»>4 февраля 2020Олег Иванов
Технологии
2,2 K
Маркетинг и PR в гражданской авиации. Международный аэропорт Шереметьево. · 4 июн 2020
Если отвечать коротко: вертолет летает, потому что у него вращаются лопасти несущего винта. Эти лопасти по профилю похожи на крыло самолета. Соответственно, при вращении на лопасть набегает поток воздуха и возникает подъемная сила за счет разности давлений над и под лопастью.
В случае самолета — поток воздуха набегает на крыло при движении всего самолета вперед, а у вертолета — за счет того, что лопасть вращается навстречу массе воздуха. Многие ошибочно считают, что вертолет держится в воздухе потому, что винт подобно вентилятору отбрасывает воздух вниз, поднимая аппарат. Это не совсем верно.
Маневрирование вертолета осуществляется за счет изменения угла установки лопастей в определенные моменты цикла вращения — каждая лопасть совершает 8 синусоидальных движений во время одного вращения вокруг оси.
Нужно понимать, что несущий винт — массивная деталь, которая при вращении стремится развернуть сам вертолет в обратную сторону — сила противодействия. Чтобы этого не происходило, устанавливают дополнительный хвостовой винт, который компенсирует это вращение, и заодно позволяет осуществлять разворот вправо или влево.
Есть вертолеты с соосным расположением двух несущих винтов, которые вращаются по часовой стрелке и против. Тогда, их вращение уравновешивается, и хвостовой винт уже не нужен.
Обычно, вертолет управляется ручкой управления, ручкой «шаг-газ» и педалями. Ручка управления меняет углы автомата перекоса и управляет по крену и тангажу. Ручка «шаг-газ» — общим углом установки лопастей, и таким образом — подъемом и спуском вертолета. Педали управляют хвостовым винтом и, соответственно, поворотом по рысканью.
Вот и все — теперь вы практически умеете управлять вертолетом!
Подпишитесь на мой YouTube-канал!
Перейти на youtube.
com/c/AviationNow10,5 K
Комментировать ответ…Комментировать…
Почему вертолет летает? — 3 ответа, заданПервый
Монин Илья
инженер-механик · 3 сент 2020
У меня всего два вопроса:
- Автомат перекоса (если автор знает о существовании такого на вертолёте) допускает всего один цикл поворота лопости за оборот винта.-Откуда взялось аж ВОСЕМЬ синусоидальных движений у каждой лопасти за оборот?
- Верным объяснением подёмной силы крыла самолёта или лопасти вертолёта является именно отбрасывание воздуха вниз и создание реактивной тяги именно по закону Ньютона F=dmv/dt.
При этом разность давлений- это всего-то следствие именно реактивного отброса масс воздуха, а не причина создания подъёмной силы. Описание создания разницы давлений по формуле Бернули уже давно не является объяснением, и его тихонечко отодвигают, не отрицая полностью, чтобы не обидеть пристарелых и уже давно покойных аксакалов от «теоретической Аэродинамики».
Комментировать ответ…Комментировать…
Почему вертолет летает? — 3 ответа, заданБорис Бабицкий
-13
3 июл 2020
Лопасти винта при вращении отбрасывают вниз определённую массу воздуха с определённоё скоростью, создавая подъёмную силу по известной формуле физики. Длиннее лопасти—больше отбрасываемая масса воздуха. Изобретение: » Самолёт вертикального взлёта и вертикальной посадки «, патент РФ № 2722517 определяет новый этап развития авиации. Превосходит на порядок вертолёты по грузоподъёмности, что подтверждает расчёт по известным формулам физики. Ставит под сомнение дальнейшее развитие и использование вертолётов как устройств вертикального взлёта и посадки.
Комментировать ответ…Комментировать…
Helicopter Forward Flight
Воздушный поток через роторную систему при прямом полете отличается от воздушного потока при зависании.
В прямом полете воздух течет против траектории полета самолета. Скорость этого воздушного потока равна скорости поступательного движения вертолета. Поскольку лопасти несущего винта вращаются по кругу, скорость воздушного потока через лопасти зависит от положения лопасти в плоскости вращения в данный момент времени, скорости ее вращения и воздушной скорости вертолета. Таким образом, воздушный поток, встречающийся с каждой лопастью, постоянно изменяется при вращении лопасти. Наибольшая скорость воздушного потока возникает над правой стороной (положение «3 часа») вертолета (поступательная лопасть в роторной системе, которая вращается против часовой стрелки) и уменьшается до скорости вращения над носом. Она продолжает уменьшаться до тех пор, пока самая низкая скорость воздушного потока не будет достигнута над левой стороной (9часов) вертолета (отступающая лопасть). По мере того, как лопасть продолжает вращаться, скорость воздушного потока увеличивается до скорости вращения над хвостовой частью.
Он продолжает увеличиваться до тех пор, пока лезвие не вернется в положение «3 часа».
Наступающая лопасть на рис. 3, позиция A, движется в том же направлении, что и вертолет. Скорость воздуха, встречающегося с этой лопастью, равна скорости вращения лопасти плюс скорость ветра, возникающая из-за скорости движения вперед. Отступающая лопасть (положение С) движется в потоке воздуха, движущемся в направлении, противоположном вертолету. Скорость воздушного потока, встречающегося с этой лопастью, равна скорости вращения лопасти за вычетом скорости ветра, возникающей из-за скорости движения вперед. Лопасти (положения B и D) над носом и хвостом движутся по существу под прямым углом к воздушному потоку, создаваемому прямой воздушной скоростью; скорость воздушного потока, встречающего эти лопасти, равна скорости вращения. Это приводит к изменению скорости воздушного потока по всему диску ротора и изменению схемы подъемной силы системы ротора.
Рисунок 3. Воздушный поток в прямом полете Он достигает максимальной скорости закрытия закрылков в положении «3 часа», где скорость ветра наибольшая. Этот подъем создает нисходящий поток воздуха и имеет тот же эффект, что и увеличение скорости индуцированного потока за счет наложения нисходящего вертикального вектора скорости на относительный ветер, который уменьшает угол атаки.Отступающая лопастьКогда относительная скорость ветра отступающей лопасти уменьшается, лопасть теряет подъемную силу и начинает опускаться. Он достигает максимальной скорости опускания закрылков в положении «9 часов», где скорость ветра наименьшая. Этот опускающийся клапан создает восходящий поток воздуха и имеет тот же эффект, что и уменьшение скорости индуцированного потока за счет наложения вертикального вектора восходящей скорости на относительный ветер, что увеличивает угол атаки.Диссимметрия подъемной силы Диссимметрия подъемной силы – дифференциальная (неравная) подъемная сила между наступающей и отступающей половинами диска ротора, вызванная разной скоростью воздушного потока на каждой половине.
Если бы это условие существовало, то вертолет с вращением лопастей несущего винта против часовой стрелки из-за разницы в подъемной силе кренился бы влево. На самом деле лопасти несущего винта автоматически взмахивают и флюгируют, чтобы уравнять подъемную силу на диске несущего винта. Шарнирно-сочлененные роторные системы, обычно с тремя или более лопастями, включают горизонтальный шарнир (качающийся шарнир), позволяющий отдельным лопастям ротора двигаться или взмахивать вверх и вниз при вращении. В полужесткой роторной системе (две лопасти) используется качающийся шарнир, который позволяет лопастям колебаться как единое целое. Когда одно лезвие взмахивает вверх, другое лезвие хлопает вниз.
Сочетание взмахов лопастей и медленного относительного ветра, воздействующего на отступающую лопасть, обычно ограничивает максимальную скорость движения вертолета вперед. При большой скорости движения отступающая лопасть глохнет из-за большого угла атаки и малой относительной скорости ветра. При переходе к прямому полету из режима висения или взлета с земли пилоты должны знать, что по мере увеличения скорости вертолета поступательная подъемная сила становится более эффективной и приводит к подъему носовой части или тангажу (иногда это называется отдачей). ). Эта тенденция вызвана совместным действием диссимметрии подъемной силы и поперечного обтекания. Пилоты должны скорректировать эту тенденцию, чтобы поддерживать постоянное положение диска несущего винта, которое будет перемещать вертолет в диапазоне скоростей, в котором происходит отдача. Если носу разрешено подниматься вверх при прохождении через этот диапазон скоростей, самолет также может иметь тенденцию к крену вправо. Чтобы скорректировать эту тенденцию, пилот должен непрерывно перемещать цикл вперед по мере увеличения скорости вертолета, пока взлет не завершится и вертолет не перейдет в полет вперед.
Горизонтальная составляющая подъемной силы (тяга) создает более высокую скорость полета вертолета. Более высокая скорость полета вызывает взмахи лопастей для поддержания симметрии подъемной силы. Комбинация взмахов и циклического оперения поддерживает симметрию подъемной силы и желаемое положение несущей системы и вертолета. Поступательный подъемникПовышение эффективности несущего винта в результате направленного полета называется поступательной подъемной силой. Эффективность системы зависающего ротора значительно повышается с каждым узлом встречного ветра, получаемого за счет горизонтального движения самолета или приземного ветра. Когда набегающий ветер, создаваемый движением самолета или приземным ветром, входит в систему ротора, турбулентность и вихри остаются позади, а поток воздуха становится более горизонтальным. Кроме того, рулевой винт становится более аэродинамически эффективным при переходе от висения к поступательному полету. На рисунках 7 и 8 показаны различные схемы воздушного потока на разных скоростях и то, как воздушный поток влияет на эффективность хвостового винта.
Эффективная поступательная подъемная сила (ETL)При переходе к прямому полету на скорости от 16 до 24 узлов вертолет проходит эффективную поступательную подъемную силу (ETL). Как упоминалось ранее при обсуждении поступательной подъемной силы, лопасти несущего винта становятся более эффективными по мере увеличения скорости полета вперед. Между 16 и 24 узлами роторная система полностью обгоняет рециркуляцию старых вихрей и начинает работать в относительно невозмущенном воздухе. Поток воздуха через роторную систему более горизонтальный; следовательно, индуцированный поток и индуцированное сопротивление уменьшаются. Угловой угол эффективно увеличивается, что делает работу роторной системы более эффективной. Эта повышенная эффективность продолжается с увеличением воздушной скорости до тех пор, пока не будет достигнута наилучшая воздушная скорость набора высоты, а полное сопротивление не достигнет самой низкой точки.
|
Эта разница в подъемной силе приведет к тому, что вертолет станет неуправляемым в любой ситуации, кроме зависания при спокойном ветре. Должны быть средства компенсации, исправления или устранения этой неравномерной подъемной силы для достижения симметрии подъемной силы.
Если вертолет движется вперед со скоростью 100 узлов, относительная скорость ветра на наступающей стороне составляет 400 узлов. На отступающей стороне всего 200 узлов. Эта разница в скорости вызывает асимметрию подъемной силы 
Когда лопасть поднимается вверх, угол между линией хорды и результирующим относительным ветром уменьшается. Это уменьшает угол атаки, что снижает подъемную силу лопасти. В положении (C) лопасть ротора теперь имеет максимальную скорость опускания. Из-за взмахов вниз угол между линией хорды и результирующим относительным ветром увеличивается. Это увеличивает угол атаки и, следовательно, подъемную силу лопасти.
Эта ситуация называется сваливанием лопасти при отступлении и проявляется тангажем носовой части, вибрацией и тенденцией к крену — обычно влево у вертолетов с вращением лопасти против часовой стрелки.
При висении циклик центрирован и угол тангажа наступающей и отступающей лопастей одинаков. При низких скоростях движения вперед циклическое перемещение уменьшает угол наклона наступающей лопасти и увеличивает угол наклона отступающей лопасти. Это вызывает небольшой наклон ротора. На более высоких скоростях вперед пилот должен продолжать циклическое движение вперед. Это дополнительно уменьшает угол наклона наступающей лопасти и дополнительно увеличивает угол наклона отступающей лопасти. В результате ротор еще больше наклоняется, чем при более низких скоростях.
15 узлов. При этой увеличенной воздушной скорости воздушный поток продолжает становиться более горизонтальным. Передняя кромка нисходящего потока выходит за пределы носа вертолета и находится далеко позади него 
Кроме того, в этот период воздушный поток воздействует на горизонтальные компоненты стабилизатора, имеющиеся на большинстве вертолетов, что приводит к более горизонтальному положению носовой части вертолета.
Этот вращательный относительный ветер используется для создания подъемной силы. Поскольку лопасти ротора создают подъемную силу, воздух ускоряется над фольгой и выбрасывается вниз. Каждый раз, когда вертолет создает подъемную силу, он перемещает большие массы воздуха вертикально и вниз через роторную систему. Эта нисходящая струя или индуцированный поток может значительно изменить эффективность роторной системы. Вращательный относительный ветер в сочетании с индуцированным потоком образует результирующий относительный ветер. По мере увеличения индуцированного потока результирующий относительный ветер становится менее горизонтальным. Поскольку угол атаки определяется путем измерения разницы между линией хорды и результирующим относительным ветром, по мере того, как результирующий относительный ветер становится менее горизонтальным, угол атаки уменьшается. [Рисунок 10]
Следовательно, угол атаки меньше, а индуцированный поток больше в задней части диска несущего винта 
Чтобы противодействовать эффекту поперечного потока, может потребоваться циклический ввод влево. 9 Силы, действующие на самолет 0189 Вертикальный полет
Если подъемная сила достаточно увеличена, измельчитель может поддерживать высоту, наращивая скорость движения вперед.
Вертикальный и горизонтальный стабилизаторы помогут сохранить контроль над летательным аппаратом, а вертолет будет более устойчивым, чем в любое другое время.