Вертолет на чем летает: Просто о сложном. Вертолеты

Просто о сложном. Вертолеты

Вертолет — винтокрылый летательный аппарат, у которого подъемная и движущая силы на всех этапах полета создаются одним или несколькими несущими винтами с приводом от одного или нескольких двигателей. 

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

Историческая справка

Вертолет, как и многие изобретения начала XX века, описывал в своих трудах Леонардо да Винчи.

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

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

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

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

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

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

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

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

От Ми-1 до «Черного призрака»

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

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

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

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

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

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

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

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

Вертолет Ка-31 поднялся в воздух в ноябре 1986 года и до сих пор не имеет аналогов в мире. Ка-31 и его модификация Ка-35 — вертолеты радиолокационного дозора. Вертолет может быть использован как для сухопутных ПВО, так и базироваться на кораблях. Ка-31 сконструирован таким образом, что может вести автоматизированный полет в любых погодных и климатических условиях и одновременно вести до 20 целей. Он способен обнаруживать цели типа «вертолет-самолет» на предельно малых высотах, а также надводные корабли и их сопровождение. В настоящее время вертолет стоит на вооружении России и Индии.

Кроме Ка-31, в ОКБ «Камов» в 1982 г. создали еще один легендарный вертолет — Ка-50, или «Черная акула». Особое внимание конструкторы уделили безопасности пилота. Ка-50 стал первым вертолетом, оснащенным катапультируемым креслом и полностью бронированной кабиной. В ходе испытаний «Черная акула» выдержала обстрел снарядами калибра 12,7 мм, то есть пулемета.

Первым боевым заданием для Ка-50 стала контртеррористическая операция в Чечне 2001 года. «Черная акула» показала себя как надежная и маневренная машина, что было особенно важно при ведении боевых действий в горных условиях.

Крупнейшим многоцелевым транспортным вертолетом стал Ми-26. Он используется как в военной, так и в гражданской авиации. «Летающая корова» на сегодняшний день самый большой вертолет с максимальной взлетной массой 20 т как на борту, так и на внешней подвеске. Также в вертолете предусмотрена лебедка, которая поднимает 500 кг. Вместимость вертолета — 82 десантника или 60 носилок с ранеными при крейсерской скорости 295 км/ч.

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

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

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

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

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

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

 

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

При взлетной массе 3600 кг вертолет может совершить перелет на 470 км со скоростью 220 км/ч. Ка-226Т может совершать полет в любых погодных и климатических условиях как над сушей, так и над водой. Его температурный диапазон варьируется от -50 до +50 °С.

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

Случай один на миллион

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

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

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

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

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

Выводы

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

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

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

Рекомендации

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

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

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

Вертолеты

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Интересно, что…

• Современные вертолеты способны выполнять такие фигуры высшего пилотажа, как «петля Нестерова».
• Скоростные вертолеты (скорость более 450 км/час) имеют комбинированную двигательную установку с подъемным винтом и маршевым двигателем, например винтокрыл В-12.
• Существуют аппараты, сочетающие в себе возможности самолета и вертолета, — конвертопланы, например «Ospry».
• Есть вертолеты, способные садиться на воду, такие как Ми-14 и Ка-28.

Далее: Первый вертолет И. И. Сикорского

Как летают вертолеты — Институт пилотов

Многие думают, что вертолеты вообще летают, это полная загадка. Как эта куча шумных, крутящихся, вибрирующих частей умудряется взлетать в воздух, не говоря уже о том, чтобы летать под каким-либо подобием контроля? Считают, что вертолет как шмель — он не должен летать, но шмелю никто не сказал. Другие, среди которых много пилотов, считают аэродинамику вертолета не только полной загадкой, но и тем, что они предпочли бы оставить в покое. По их мнению, лечение зубов без анестезии может быть предпочтительнее, чем пытаться узнать об этом. Ведь это невероятно сложно, не так ли?

На самом деле принципы управления вертолетом не так уж и сложны для понимания. Хотя вертолет — гораздо более сложная машина, чем самолет, основные принципы полета те же, и понять основы на самом деле не так уж и сложно. Итак, давайте посмотрим, как все это работает…

Основные принципы полета вертолета

Лопасти винта вертолета идентичны крыльям самолета. Это означает, что каждая лопасть представляет собой аэродинамическое крыло, которое при помещении в воздушный поток отклоняет воздух для создания подъемной силы.

Принципиальное отличие вертолетов состоит в том, что воздушный поток создается за счет вращения «крыльев», а не за счет движения всего самолета. Когда лопасти несущего винта начинают вращаться, обтекающий их воздух создает подъемную силу, точно так же, как когда крылья самолета начинают двигаться. В случае вертолета это обычно называется полной тягой несущего винта (TRT). Направление и величину этого можно изменить, чтобы управлять вертолетом.

Управление вертолетом в парении

Величина TRT изменяется за счет увеличения или уменьшения угла наклона лопастей несущего винта и тем самым их угла атаки. Пилот делает это, используя рычаг или рычаг на левой стороне, который «коллективно» изменяет шаг лопастей. И, как и в случае с любым другим самолетом, когда подъемная сила превышает вес, вертолет взлетает — или, в данном случае, поднимается в зависание.

Однако увеличение подъемной силы также означает увеличение сопротивления. Поэтому, когда коллектив поднят, пилоту необходимо открыть дроссельную заслонку, чтобы увеличить мощность двигателя, чтобы предотвратить замедление лопастей несущего винта. В большинстве современных вертолетов есть электронный регулятор, который контролирует обороты несущего винта и регулирует мощность двигателя по мере необходимости.

Итак поднимаем коллектив и увеличиваем подъемную силу на лопастях, и поднимаем вертолет в висение. Однако это вызывает нашу первую проблему. Если лопасти вращаются против часовой стрелки, как это делают лопасти большинства вертолетов, фюзеляж начнет вращаться по часовой стрелке из-за реакции крутящего момента. Есть несколько путей решения этой дилеммы. У вас может быть два ротора, которые вращаются в противоположных направлениях, как в Chinook, а совсем недавно конструкторы экспериментировали с выдуванием воздуха из воздуховодов на хвостовую балку. Но самый распространенный способ предотвратить неконтролируемое вращение фюзеляжа — это использовать хвостовой винт. Небольшой вариант несущего винта установлен вертикально на конце хвостового конуса и эффективно работает, толкая хвост назад, когда фюзеляж пытается повернуться. Это похоже на боковую роторную систему, которая используется для толкания фюзеляжа прямо. Вы используете педали для управления шагом хвостового винта и тем самым останавливаете вращение вертолета.

Управление вертолетом в полете

Теперь у нас есть способ поднять вертолет в воздух и зависнуть на нем. Но мы также должны иметь возможность перемещать его вперед… и вбок, и назад, поскольку одно из преимуществ роторных машин заключается в том, что они могут двигаться в любом направлении.

Управление вертолетом в полете осуществляется изменением направления ТРТ. Циклическое управление в кабине делает это путем изменения наклона всей системы роторов, или того, что мы называем диском ротора, т.е. круглым диском, который образуют роторы при вращении. Это означает, что если, например, пилот перемещает циклический вперед, диск ротора наклоняется в том же направлении. TRT вместо вертикальной теперь имеет горизонтальную составляющую, поэтому вертолет движется вперед. Но, конечно, редко получаешь что-то даром. Поскольку часть TRT теперь используется для перемещения вертолета по горизонтали, вертикальная составляющая была уменьшена. Так что, если ничего не делать, самолет начнет снижаться. Поэтому, чтобы оставаться на уровне, пилоту необходимо поднимать колхоз. Но когда он или она это делает, угол атаки лопастей хвостового винта необходимо аналогичным образом увеличить с помощью педалей, чтобы предотвратить рыскание вертолета. Таким образом, все элементы управления влияют друг на друга, и их использование необходимо координировать, поэтому для новичка полет на вертолете может показаться таким сложным.

Другие аэродинамические эффекты

Выше описаны основы того, как летают вертолеты. Однако при полете вертолета имеют место и другие аэродинамические эффекты. Давайте теперь посмотрим на каждую из более важных, по очереди…

• Платывание до равенства
• Клашер
• Трансляционный лифт
• Эффект заземления
• Земный резонанс
• ТАКАТЕЛЬНЫЙ ДРИФТ И ТОНГОЛЕТСКИ к равенству

  Есть и другие сложности, как только мы начинаем летать на вертолете. При устойчивом зависании в неподвижном воздухе должно быть интуитивно понятно, что все вращающиеся лопасти будут создавать одинаковую подъемную силу. Однако при встречном ветре или после того, как вертолет начал двигаться вперед, это не так. Если предположить висение при встречном ветре в десять узлов, то наступающая лопасть, то есть лопасть, движущаяся против ветра, теперь имеет воздушную скорость на двадцать узлов больше, чем отступающая лопасть, движущаяся в противоположном направлении. Иными словами, если скорость вращения несущего винта равна Х узлов, скорость наступающей лопасти равна Х + 10 узлов, а скорости отступающей лопасти — Х — 10 узлов. Это означает, что наступающая лопасть имеет большую подъемную силу, и если бы ничего не было сделано, вертолет откатился бы вбок и разбился.

  Фактически, самые ранние вертолеты делали именно это; как только они начали двигаться вперед, они покатились в сторону отступающего лезвия и перевернулись. В конце концов проблема была решена с помощью автожира, изобретенного еще в 1920-х годах испанцем Хуаном де ла Сьервой. Столкнувшись с дилеммой, пытаясь не допустить, чтобы его ранние машины перевернулись и разбились на куски, Сьерва обнаружил, что если он сделает свои лезвия гибкими, а не жесткими, чтобы они могли взмахивать вверх и вниз, все будет работать нормально. Итак, поняв это, конструкторы вертолетов теперь сделали то же самое – сконструировали свои несущие винты с маховым шарниром, а махающий устранил проблему асимметрии подъемной силы.

  Как это взмахивание работает, чтобы контролировать асимметрию лифта? Что ж, с гибкими лопастями наступающая лопасть получает большую подъемную силу, и поэтому она машет вверх. Но по мере того, как он поднимается, он получает больше того, что известно как «индуцированный поток». Это часть воздушного потока, которая направлена ​​вертикально вниз через роторы при их вращении. Этот индуцированный поток уменьшает подъемную силу, которую на самом деле создает лопасть, поэтому она начинает падать или опускаться вниз. Когда он закрывается, он получает меньший индуцированный поток и, следовательно, большую подъемную силу. Между тем с отступающим лезвием происходит обратное. Это происходит постоянно, при этом лопасти машут так, что достигается состояние равновесия, при этом подъемная сила на всем диске ротора одинакова. Неудивительно, что это называется «размахиванием к равенству».

  Заслонка

  Предположим, что пилот находится в устойчивом зависании при ветре в десять узлов и хочет покинуть аэродром. Все, что ему нужно сделать, это переместить циклический диск вперед, чтобы наклонить диск ротора так, как он хочет, поднять колхоз так, чтобы он не опускался, и скорректировать полученный рыскание педалями, не так ли? Ну, не совсем. Ускорение вызывает «взмах назад», что является частным случаем выравнивания взмахов. Когда пилот перемещает цикл вперед, диск несущего винта наклоняется вперед и вниз, и вертолет ускоряется. При этом наступающая лопасть взмахивает вверх, а отступающая лезвие опускается, как было объяснено. Однако наступающая лопасть достигает своей высшей точки, когда достигает передней части вертолета, а отступающая лопасть достигает самой нижней точки сзади. Таким образом, диск ротора снова стал горизонтальным. Таким образом, ускорение прекращается, так как диск возвращается в исходное положение. Так что, если пилот хочет увеличить скорость, он должен постоянно перемещать циклик вперед, чтобы предотвратить это, или, как ему будет постоянно говорить любой инструктор, «протолкнуть закрылки назад».

  Поступательная подъемная сила

  Следующее, что происходит, это то, что на скорости около 10-12 узлов вертолет внезапно пытается набрать высоту сам по себе. Это связано с так называемым поступательным подъемом, который фактически является «свободным подъемом». Происходит следующее: увеличение скорости означает, что меньше воздуха направляется вниз через диск, т. е. меньший индуцированный поток. Теперь помните, индуцированный поток уменьшает подъемную силу, так что теперь у вертолета больше подъемной силы, и он начнет набирать высоту, иногда весьма резко. Таким образом, пилоту необходимо либо снизить общую скорость, либо продвинуть цикл вперед, чтобы преобразовать энергию подъемной силы в скорость.

  Влияние земли

  При зависании в свободном воздухе или во время полета воздух, идущий вниз через диск несущего винта (струя вниз), довольно легко выходит… поэтому не рекомендуется стоять слишком близко к парящему вертолету. Но если вертолет зависает близко к земле, нисходящий поток не может легко уйти. Вместо этого он образует воздушную подушку, на которой может сидеть вертолет. Это означает, что он эффективно удерживает вертолет, и требуется меньшая мощность для зависания в условиях «эффекта земли», как известно это явление.

  Этот эффект земли имеет и другие последствия. Это может затруднить посадку, особенно для пилота-студента. Приземление достигается простым зависанием все ниже и ниже, пока не будет достигнута земля. По крайней мере, такова теория. Но по мере того, как вы опускаете коллектив и приближаетесь все ближе и ближе к земле, грунтовая подушка не может легко высвободиться и сжимается, и это может фактически остановить снижение вертолета. К сожалению, эта воздушная подушка не является устойчивой платформой, и вертолет вполне может начать скользить по ней. Пилоту может показаться, что вертолет хаотично танцует над твердой поверхностью, и на самом деле самолет может буквально упасть с подушки земли, что может привести к тяжелой посадке с боковым движением. Полозья вертолета на это не рассчитаны — вам должен приземлиться вертикально — так что это может быть проблемой, особенно для неопытных пилотов.

  Характер почвы влияет на силу этой воздушной подушки. Шероховатые поверхности имеют тенденцию рассеивать его, тем самым уменьшая эффект земли. Поэтому студенты сначала учатся приземляться на траву, так как это намного проще, чем приземляться на асфальт или асфальт. При посадке на твердую поверхность приходится зависать все ниже и ниже, и как-то продавливать грунтовую подушку, при этом не прижимая вертолет к земле. Это не так сложно, как кажется или как думают некоторые студенты, но требует немалого мастерства и ловкости.

  Резонанс земли

  Резонанс земли — еще один аэродинамический эффект, который может возникнуть во время взлета и посадки. Это сильная вибрация, возникающая в результате раскачивания вертолета при контакте с землей. Началом является медленное раскачивание фюзеляжа, и, если своевременно не принять меры по исправлению положения, вибрации могут увеличиваться до тех пор, пока вертолет не получит серьезные повреждения. Земной резонанс может быть вызван сочетанием вибраций в головке ротора и центра тяжести диска ротора, не находящегося над центром вращения. Если это произойдет, разовьется «колебание», эффект которого подобен неуравновешенному маховику, вращающемуся с высокой скоростью. Причинами могут быть несбалансированные лопасти несущего винта, неисправные или неисправные демпферы сопротивления или неправильное положение лопастей несущего винта.

  Земной резонанс также может быть вызван неумелой посадкой или неравномерным давлением масла (или давлением в шинах колесных вертолетов). Единственное, что вы можете сделать, если это произойдет, это как можно быстрее уйти от земли. Восприимчивость к земному резонансу сильно различается у разных типов вертолетов, и, к счастью, я никогда с этим не сталкивался… может быть, я летаю на правильном типе вертолета!

  Снос хвостового винта и крен хвостового винта

  Предположим, вы поднялись в режим висения, рулили на висении или долетели туда, куда хотите, и благополучно приземлились на своем вертолете. Если делать это плавно и аккуратно, то можно заметить, что вертолет приземляется не на оба полоза одновременно, а вместо этого первым касается земли левый полоз (в вертолетах с несущими винтами, вращающимися против часовой стрелки). Это связано с тем, что большинство вертолетов фактически зависают с опущенным левым полозом. Почему это? Ну, как уже говорилось, хвостовой винт предназначен для предотвращения вращения фюзеляжа, когда лопасти винта начинают вращаться. Теперь, поскольку сила, заставляющая фюзеляж поворачиваться, на самом деле действует по всей длине вертолета, нам действительно нужны два небольших ротора, чтобы обеспечить корректирующую силу на обоих концах фюзеляжа. Но на практике это было бы чрезвычайно сложно спроектировать, поэтому мы довольствуемся единственной силой, вдвое превышающей требуемую по величине, в задней части вертолета. Это эффективно останавливает вращение, но теперь есть результирующая боковая сила, перемещающая вертолет вправо. Мы называем это «дрейф хвостового винта».

  Конечно, это боковое движение, описанное выше, теперь необходимо остановить, и это можно сделать одним из трех способов: вводом пилота на цикле, регулировкой рычажного механизма таким образом, чтобы при центрировании циклического диска диск ротора действительно наклонялся. , или установка редуктора под углом, чтобы ведущий вал по отношению к ротору был смещен. Однако, решая проблему сноса рулевого винта, мы создаем другую проблему. Если рулевой винт установлен ниже уровня несущего винта — а в большинстве случаев так и есть — создается «пара» между горизонтальной составляющей общей тяги несущего винта, которая используется для компенсации дрейфа хвостового винта, и самой тягой рулевого винта. Эта пара имеет тенденцию к крену вертолета влево, и этот эффект известен как «крен хвостового винта». Это означает, что вертолет зависает на малой высоте. На самом деле это не проблема, но об этом должны знать пилоты.

  Заключение

  Итак, теория о том, как летают вертолеты, довольно сложна, но, конечно же, ее можно понять. Однако вышеизложенное действительно объясняет только основы. Есть и другие аэродинамические факторы, которые следует учитывать, если вы хотите полностью понять, как вертолеты летают на всех этапах полета и во всех ситуациях — вихревое кольцо, срыв лопастей, удары мачты… и это лишь некоторые из них. Но, возможно, их лучше оставить на потом…

  Как летает вертолет?

  16 мая 2018 г.

  Вертолеты — настоящие летательные аппараты. Они могут взлетать и приземляться без взлетно-посадочной полосы. Они могут парить в воздухе. Они могут маневрировать в любом направлении в пространстве на 360 градусов. В этой статье будут раскрыты сложность и наука за полетом на вертолете.

  Пройдя физику полета вертолета, вы также поймете, почему пилоты вертолетов выполняет невероятно сложную работу (рис. 1).

  Рис.1 Вертолет

  Аэродинамическая поверхность

  Вертолеты используют принцип аэродинамического профиля для создания подъемной силы. Когда лопасти вращаются относительно воздуха, форма аэродинамического профиля создаст подъемную силу и заставит их летать (рис. 2А). Лопасти получают вращение от двигателя, более особенно турбовальный двигатель. Компрессор всасывает воздух и нагнетает его. При этом сжигается топливо сжатый и горячий воздух. Горячий выхлоп, выходящий из камеры сгорания, проходит через серию турбин. этапы и заставьте их работать (рис. 2B).

  Рис. 2A Вертолеты используют аэродинамический профиль для создания подъемной силы

  Рис. 2B Турбовальный двигатель

  Имеется 2 комплекта турбин. Одна турбина вращает компрессор, а другая вращает вертолет. вал ротора. Реактивные двигатели самолетов используются для создания силы тяги. Тем не менее, основная функция реактивный двигатель вертолета должен вращать вал несущего винта (рис. 3).

  Рис.3 Реактивные двигатели самолетов используются для создания силы тяги

  Органы управления вертолетом

  Самая сложная часть управления вертолетом — это органы управления. То есть, как он может лететь вперед? Как может он летит назад? Боком? Или как он может повернуться? Ответ довольно прост, достаточно развернуть вертолет в направлении, в котором вы хотите двигаться, и просто летите (рис. 4). Когда вертолет находится под углом, сила производимое лезвием не является вертикальным. Горизонтальная составляющая этой силы заставит вертолет двигаться в желаемое направление. Вертикальная составляющая силы лезвия будет уравновешивать силу гравитации. Теперь настоящий задача состоит в том, как повернуть вертолет в желаемом направлении.

  Рис. 4 Органы управления вертолетом

  Угол атаки

  Чтобы изучить науку, лежащую в основе поворота вертолета, нам нужно больше узнать о принципе аэродинамического профиля. Лифт создаваемая аэродинамическим профилем, зависит от угла атаки. Как правило, чем больше угол атаки (рис. 5), тем больше лифт.

  Рис. 5 Угол атаки

  Теперь подумайте на мгновение, что произойдет, если одно лезвие будет находиться под одним углом атаки, а другие — под другим угол. Подъемные силы, действующие на лопасти, в этом случае будут разными. Изменение подъемной силы будет определенно приведет к крутящему моменту, который может развернуть вертолет (рис. 6А). Вы можете наблюдать красивое движение лезвия требуется для достижения этого неравномерного распределения подъемной силы. Понятно, что лезвия должны постоянно меняться угол атаки так, чтобы в одном конкретном месте угол атаки всегда был одинаковым (рис. 6В).

  Рис. 6A Изменение подъемной силы

  Рис: 6B Одинаковый угол атаки

  Задача основных компонентов и их расположение

  Такое сложное движение лопастей легко достигается с помощью механизма автомата перекоса. Давайте получим изображение в разобранном виде и сначала разберитесь с основными компонентами (рис. 7). Нижний автомат перекоса не вращается, но может двигаться и наклоняться, как показано. Верхняя шайба насажена на нижнюю шайбу через подшипник. Таким образом, верхняя шайба может унаследовать все движение нижней шайбы автомата перекоса, в то же время она может вращаться независимо. Верхняя шайба установлена на вал ротора с помощью привода. Таким образом, верхняя шайба всегда будет двигаться вместе с лопастями. лезвия соединены с верхним автоматом перекоса с помощью тяг управления.

  Рис:7 Задача основных компонентов и их расположение

  Интересно в этом расположении то, что простым наклоном нижней шайбы мы сможем достичь критерия переменного угла лопастей. Это означает, что при таком наклоне автомата перекоса мы всегда сможем для поддержания положительного угла атаки в задней части и отрицательного угла в передней части диска несущего винта. В короткий наклон шайбы назад создает крутящий момент, как показано на рисунке. Этот вид управления известен как циклический шаг. (Рис:8).

  Рис:8 Циклический шаг

  Гироскопическая прецессия

  Теперь вернемся к основному управлению вертолетом. Как этот крутящий момент повлияет на движение вертолета? Самый очевидный Ответ заключается в том, что вертолет повернется вперед и будет двигаться, как показано на рисунке. К сожалению, этот ответ совершенно неверен (Рис. 9А). На самом деле происходит то, что вертолет поворачивается боком, как показано на рисунке. Это определенно странный эффект. К прилагая крутящий момент в одном направлении к вращающемуся объекту, объект поворачивается в другом направлении. Этот эффект известной как гироскопическая прецессия (рис. 9).Б).

  Рис. 9A Влияние крутящего момента

  Рис:9B Гироскопическая прецессия

  Гироскопическая прецессия не является новым явлением в физике. Если вы внимательно примените второй закон Ньютона к вращающихся объектов вы сможете предсказать это явление. Согласно второму закону Ньютона, сила есть скорость изменение линейного количества движения. Точно так же крутящий момент — это скорость изменения углового момента.

  Давайте рассмотрим это вращающееся лезвие. Он будет иметь угловой момент, как показано (рис. 10А). Теперь предположим, что вертолет наклонился, как показано, из-за действия крутящего момента. Если вы векторно вычтите первый угловой момент из второго можно вычислить крутящий момент, необходимый для этой операции. Интересно отметить, что для поворота вертолет движется вперед, прилагаемый крутящий момент должен быть направлен в сторону. То есть наклонить вертолет вперед, автомат перекоса должен наклоняться в сторону, как показано на рисунке.

  Вы можете снова проверить из второго закона Ньютона, что если вы держите переднюю часть под отрицательным углом при атаке в заднюю часть под положительным углом вертолет просто развернется вбок. Гироскопическая прецессия – это действительно интригующее явление, но оно идеально согласуется со вторым законом движения Ньютона (рис. 10В).

  Рис. 10A Угловой момент

  Рис. 10B Второй закон движения Ньютона

  Если вы просто поднимете нижнюю шайбу автомата перекоса, не наклоняя ее, вы увидите, как угол атаки всех трех лезвия будут различаться на ту же величину. Это означает, что подъемная сила вертолета будет одинаковой на всех трех лопастях. и вертолет может двигаться вверх или вниз без какого-либо наклона. Такое управление лопастями известно как общий шаг (рис. 11).

  Рис:11 Общий шаг

  Функция хвостового винта

  Если вы когда-либо видели вертолет, вы наверняка видели хвостовой винт. Каждому отдельно взятому вертолету требуется хвостовой винт для эффективной работы. Без хвостового винта фюзеляж вертолета вращался бы так, как показано на рисунке. (Рис. 12А). Это происходит из-за следствия 3-го закона движения Ньютона. Мы знаем, что ротор получает силу вращения через коническую шестерню, соединенную с двигателем. Коническая шестерня двигателя передает усилие на коническую шестерню ротора, как показано на рисунке. Однако, согласно третьему закону Ньютона, ротор коническая шестерня должна передавать равную и противоположную силу конической шестерне двигателя (рис. 12B). заставить весь вертолет поворачиваться против вращения лопасти относительно центра тяжести вертолета.

  Рис. 12A Хвостовой винт

  Рис. 12B Коническая шестерня

  Функция хвостового винта состоит в том, чтобы предотвратить такое вращение вертолета, создавая силу на хвосте. Правильно регулируя угол наклона лопастей хвостового винта, пилот может легко управлять создаваемой силой. Таким образом, с помощью рулевого винта можно также добиться рыскания вертолета (рис. 13).

  Рис.:13 Сила хвостового винта

  Вся физика, лежащая в основе работы вертолета, означает, что управление вертолетом — действительно сложная задача.