Устройство вертолета

Вертолеты классифицируют прежде всего по схеме несущей системы. По схеме с дополнительным компенсирующим винтом, предложенной Б. Н. Юрьевым во всем мире построено большое количество вертолетов, в частности машины, созданные под руководством генерального конструктора М. Л. Миля и его приемников генеральных конструкторов М. Н. Тищенко и М. В. Вайнберга. Вертолеты, построенные по одновинтовой схемы отличаются очень простотой конструкции и системы управления. Есть у них, однако, и недостатки: увеличенные размеры из-за длинной хвостовой балки, на которой устанавливается компенсирующий винт, и потеря части мощности двигателей для привода этого винта. Ведь он только компенсирует реактивный момент несущего винта, не производя полезной работы. В вертолетах различных схем с двумя несущими винтами реактивный крутящий момент погашается без потери дополнительной мощности. Для этого несущие винты должны вращаться в противоположные стороны с одинаковой скоростью, взаимно уравновешивая крутящие моменты. У двухвинтовых вертолетов продольной схемы несущие винты расположены один за другим — тандем вдоль продольной оси фюзеляжа. Чтобы уменьшить влияние вращающихся винтов друг на друга, задний винт обычно располагают так, чтобы плоскость его вращения была несколько выше. А чтобы уменьшить размеры вертолета, винты иногда располагают с некоторым перекрытием плоскостей вращения. Вертолеты продольной двухвинтовой схемы строились в некоторых зарубежных странах. В Советском Союзе тяжелый вертолет такой схемы был создан под руководством генерального конструктора А. С. Яковлева. Вертолеты Як-24 выпускались серийно в разных модификациях. Главное достижение машин двухвинтовой продольной схемы — хорошая весовая отдача, большой объем фюзеляжей, удобный для размещения крупногабаритных грузов. Однако есть у них и свои недостатки: сложность конструкции трансмиссии и системы управления вертолетом, необходимость весьма точной синхронизации вращения винтов. В 40-х годах под руководством доктора технических наук И. П. Братухина в СССР строились двухвинтовые вертолеты поперечной схемы. У этих машин поперек фюзеляжа имеется специальная ферма или крыло, на котором устанавливаются два вращающихся в разные стороны несущих винта. Именно по такой схеме был построен огромный В-12. Вертолеты соосной схемы строятся в разных странах. В нашей стране по этой схеме сконструированы Ка-15, Ка-18, Ка-26, Ка-32, Ка-126 и другие вертолеты ОКБ, которым руководил главный конструктор Н. И. Камов в (ныне руководитель ОКБ — С. В. Михеев). Вертолеты этой схемы имеют два винта, расположенных как бы на одной оси,— вал одного винта находится внутри полого вала второго винта. Винты вращаются с одинаковой скоростью в разные стороны. Чтобы предохранить лопасти верхнего и нижнего винтов от столкновения, их надо располагать один над другим. Особенно ценное качество соосных вертолетов — небольшие размеры и хорошая маневренность. Это делает их незаменимыми для корабельной авиации. Как и все двухвинтовые вертолеты, их отличает, однако, сложность конструкции и системы управления. Существуют также вертолеты с реактивным приводом несущего винта. У них не возникает проблемы гашения реактивного крутящего момента, так как силы сопротивления воздуха вращающемуся винту гасятся, уравновешиваются тягой реактивных двигателей или сопел, установленных на концах лопастей. Вертолеты этого типа бывают с компрессорным приводом — в этом случае к соплам на концах лопастей подводится сжатый воздух или газ от компрессоров или генератора газа, установленных в фюзеляже. Второй вариант — когда малогабаритные реактивные двигатели установлены непосредственно на концах лопастей, а к ним подводится через пустотелые лопасти топливо. Вертолеты этого типа имеют ряд преимуществ, но отличаются большой сложностью конструкции втулки и лопастей винта. Есть у них и другие недостатки. Благодаря чему вертолет летит в том или ином направлении, как он поворачивается? Постараемся представить себе основные силы, действующие на вертолет, чтобы понять, как управляется эта машина.

На рисунке 1 вы видите схему вертолета, поднимающегося вертикально вверх. Сила тяжести пытается прижать машину к земле, тяга несущего винта преодолевает ее действие и заставляет вертолет подниматься.

Попробуем наклонить на некоторый угол плоскость вращения несущего винта (обычно для этого наклоняют весь вертолет). Теперь сила тяги действует под углом к вертикали и разлагается на две составляющие: силу 1, направленную по вертикали вверх (она позволяет вертолету преодолевать силу тяжести машины и держаться в воздухе), и силу 2, направленную горизонтально (она позволяет вертолету преодолевать сопротивление воздуха и перемещаться в горизонтальном направлении). Так вертолет получает возможность перемещаться не только вверх и вниз, но и по горизонтали. Но как сделать, чтобы летчик мог перемещать вертолет именно в ту сторону, куда ему нужно? Из рисунка ясно, что для этого нужно наклонить вертолет в ту сторону, куда он должен лететь. Как это сделать в воздухе? Подъемная сила у вертолета создается лопастями несущего винта. Чем больше угол между горизонтом и передней кромкой лопасти, тем больше подъемная сила. Правда, как и в случае с крылом самолета, только в известных пределах: при так называемом критическом угле атаки наступает срыв воздушного потока и подъемная сила резко падает. Изменяя с помощью специального механизма угол установки лопастей (делая его различным у разных лопастей), можно получить разницу в подъемной силе лопастей и таким образом наклонить вертолет, «наклонить» силу тяги несущего винта в ту или иную сторону, а значит, и заставить вертолет перемещаться в нужном направлении. Остроумнейший механизм для выполнения этой сложной функции — автомат перекоса — изобрел Б. Н. Юрьев. Посмотрим, как он работает.

На рисунке 3 изображены автомат перекоса и втулка винта. Внутреннее неподвижное кольцо 12 автомата перекоса при помощи так называемой карданной подвески (на рисунке 3 видны оси 3 карданной подвески) крепится к кожуху вала. Наружное кольцо 2 автомата перекоса с помощью шарикоподшипников соединено с внутренним неподвижным кольцом и может вращаться. Тягами 4,6 и 11 наружное кольцо соединено с лопастями несущего винта и вращается вместе с ними и валом винта. Потянув тягу 7 с помощью ручки управления (одновременно подается вверх тяга 10), летчик наклоняет вперед неподвижное, а вместе с ним и подвижное кольца автомата перекоса- Тяга 4 подается вниз, лопасть 5 поворачивается относительно осевого шарнира 9, угол установки лопасти уменьшается, и подъемная сила также уменьшается. У двух других лопастей угол установки, наоборот, увеличивается (тяги 11 и 6 при наклоне кольца автомата перекоса подаются вверх). Разница в подъемной силе лопастей заставляет вертолет наклониться. Поскольку винт вращается, угол установки лопастей будет меняться периодически. Меньший угол будет каждый раз у той лопасти, которая в данный момент находится впереди, пока, воздействуя на ручку управления, летчик не изменит наклона колец автомата перекоса. Если же летчик воздействует на вторую ручку — рычаг общего шага,— опускается или поднимается тяга 8, а вслед за ней основание 1 автомата перекоса вместе с внутренним и наружным кольцами. Это вызывает общее изменение угла установки, одинаковое у всех лопастей, и соответственное изменение силы тяги винта, без наклона этой силы в ту или другую сторону.

------------------------------------------------------------

Литература:
Андреев И., Захаров А. "Боевые самолеты" 1992г.
Попова С. "Аэрофлот от А до Я" 1986г.