Как устроен вертолет и почему он летает.
Доброго времени суток уважаемый гость. Сегодня, я расскажу Вам, как устроен вертолет, и почему он летает. Прежде всего, давайте определим, что это за зверь. Итак, вертолет или геликоптер – это летательный аппарат тяжелее воздуха.
Как устроен вертолет. Основные части.
- Фюзеляж, в котором располагаются кабина пилота, двигатель, редуктор, топливные баки;
- Основной ротор, расположенный над фюзеляжем;
- Хвостовая балка, на которой установлен рулевой винт;
- Шасси.
Схемы расположения роторов.
- Классическая схема, то есть, однороторная с рулевым винтом.
- Соосная схема — несущие винты установлены один над другим, вращающиеся в противоположные стороны. В этом случае рулевой винт (РВ) не требуется. Маневрирование по курсу происходит за счет разности числа оборотов роторов.
- Двухроторная, с поперечным и продольным расположением несущих винтов.
Двигатели и органы управления.
Двигатель может быть как поршневой, так и газотурбинный или турбовальный. В кабине пилота находятся органы управления и приборы контроля. К органам управления относятся:
- Ручка управления вертолетом. Посредством ее машина пилотируется по тангажу и крену;
- крену;
- Ручка контроля шага и оборотов несущего винта (ручка шаг-газ). С помощью нее производится координация по высоте и скорости полета;
- Педали – контролируют поворот вокруг вертикальной оси или курс.
- Триммеры – посредством их производится тонкая настройка.
Принцип полета и контроль.
Подъемную силу, позволяющую вертолету летать, создает основной ротор. Лопасти ротора выполнены из легкого прочного материала, с профилем как у крыла самолета. Управление ими осуществляется при помощи автомата перекоса (АП). Который, в свою очередь, контролируется ручкой управления вертолетом и ручкой шаг-газ. У вертолетов (классической) схемы, хвостовой винт, располагается вертикально на конце хвостовой балки летательного аппарата. И, в свою очередь, служит для компенсации реактивного момента от ОР, и поворотов вокруг вертикальной оси.
Управление рулевым винтом, происходит посредством автомата перекоса, связанного с педалями маневрирования по курсу.
Как устроен вертолет. Автомат перекоса.
Теперь, давайте рассмотрим работу (АП) основного ротора. Этот замечательный механизм изобрел русским ученым Б. Н. Юрьевым в 1911 году. Открыв этим путь к вертолетостроению. Именно при помощи этого хитроумного изобретения, вертолеты могут летать передом, задом и даже боком. А самое главное, не переворачиваться при горизонтальном полете.
Маневрирование по тангажу и крену производится за счет изменения угла наклона конуса ОР. Сам же угол наклона конуса изменяется при увеличении угла атаки лопасти в определенном секторе ее вращения. Рассмотрим движение вертолета вперед. Каждая лопасть ОР, проходя в задней четверти, увеличивает угол атаки, а в передней – уменьшает. В результате, подъемная сила в задней четверти больше, а в передней – меньше.
Таким образом, ось вращения несущего винта наклоняется вперед, а вместе с ней наклоняется и весь вертолет. За счет этого наклона и создается горизонтальная составляющая подъемной силы. И вертолет летит вперед. При полетах задом и боком, все происходит точно так же, только углы атаки увеличиваются, и уменьшаются в нужных секторах вращения.
Дальше, еще интересней. Вертолет летит вперед. Что же происходит с подъемной силой справа и слева. Представим, что несущий винт вращается по часовой стрелке. Значит, лопасти в секторе слева имеют условное направление движения вперед, а справа – назад. И вертолет летит вперед. Следовательно, за счет набегающего потока от движения вертолета, скорость левой лопасти больше чем правой. А значит, и подъемная сила, создаваемая левой больше чем – правой. Вот тут то и опять начинает работать автомат перекоса. Он корректирует углы атаки лопастей, движущихся по направлению движения вертолета, и — против. Тем самым уравнивая подъемную силу обеих. И не давая летательному вертолету опрокинуться. Здорово, не правда ли?
Контроль курса и компенсация реактивного момента.
Ну что же, с эволюциями по крену и тангажу, а так же по предотвращению опрокидывания, все понятно. Переходим к маневрированию по курсу и компенсации реактивного момента. Здесь все гораздо проще. Как я уже писал, вращение вокруг вертикальной оси производится педалями. Педали связаны с АП рулевого винта. При увеличении шага РВ вращение вертолета происходит в одну сторону, а при уменьшении – в другую.
Двигатель вертолета вращает вал ОР по часовой стрелке. Вертолет же, стремиться вращаться в обратную сторону. Компенсировать это вращение помогает хвосовой винт. Скорость, с которой он крутится, напрямую зависть от скорости вращения ОР. При увеличении числа оборотов и шага основного ротора, увеличивается момент. Однако, обороты и шаг рулевого ротора, тоже увеличиваются, тем самым, гася нарастающий реактивный момент. Как видно, все гениальное просто.
Надеюсь, я доходчиво объяснил принцип полета и работу автомата перекоса вертолета. Спасибо за внимание.
Источник
Как устроен вертолет?
Вертолетом называется летательный аппарат тяжелее воздуха, подъемная сила которого создается одним или несколькими несущими винтами, приводимыми во вращение одной или несколькими силовыми установками (двигателями).
Наиболее распространенный тип вертолета с одним винтом и поршневым двигателем состоит из следующих основных частей: несущего винта, фюзеляжа, рулевого винта и шасси.
Несущий винт 1 служит для создания подъемной силы и тяги. При вращении несущего винта летчик с помощью ручки управления вертолетом 16 через автомат-перекос может изменять направление полной аэродинамической силы несущего винта R, перпендикулярной плоскости вращения концов лопастей, и тем самым создавать составляющую Р этой силы, направленную по касательной к траектории полета. Она аналогична силе тяги воздушного винта поршневого самолета или силе реакции газовой струи реактивного самолета и может меняться по величине в зависимости от угла наклона несущего винта, а следовательно, полной аэродинамической силы R.
Изменение величины аэродинамической силы несущего пиита осуществляется рычагом общего шага 17, с помощью которого производится перемещение вертолета в вертикальной плоскости (спуск и подъем).
В фюзеляже 2 вертолета расположены кабина для экипажа и пассажиров, поршневой двигатель 3 с системой передачи (трансмиссией) к главному редуктору 7 и баки с горючим н маслом.
В кабине экипажа сосредоточено все управление вертолетом и двигателем, в том числе: ручка управления вертолетом, рычаг общего шага несущего винта, ножное управление (педали), управление триммерами, системы управления двигателем, приборы и агрегаты, размещенные как на приборной доске, так и в других местах кабины, и другое оборудование вертолета.
Рычаг общего шага связан с дроссельной заслонкой двигателя. Это необходимо для того, чтобы при изменении шага несущего винта, т. е. при изменении нагрузки на двигатель, изменять газ так, чтобы обороты двигателя были постоянными. Поэтому рычаг общего шага несущего винта называют рычагом «шаггаз».
Трансмиссия на вертолете состоит из редуктора двигателя с муфтой включения и приводами на вентилятор и главный вал.
Главный редуктор вертолета через автомат-перекос и втулку связан с лопастями несущего винта, а через вал, расположенный в хвостовой балке, промежуточный редуктор и концевой вал, расположенный в концевой балке, связан с хвостовым редуктором 15 и рулевым винтом.
Рулевой винт служит для погашения реактивного момента, передаваемого от несущего винта на фюзеляж, а также для поворота вертолета вокруг вертикальной оси. Втулка рулевого винта механически связана с педалями ножного управления 18. Перемещая педали, летчик меняет общий шаг рулевого винта и изменяет тем самым величину развиваемой им тяги TV.
В полете требуется координированное действие всем;1 тремя органами управления в кабине — ручкой управления, рычагом «шаг-газ» и педалями.
Шасси. Вертолет имеет неубирающиеся шасси с передним колесом.
Источник
Другие вертушки
Недавно французская компания Conseil & Technique запатентовала линзообразные роторы, которые предлагает ставить на аэротакси вместо привычных лопастных винтов, удерживающих в воздухе вертолеты. Французский проект — не единственная попытка доработать вертолетный винт: воздушный транспорт продолжает развиваться, и разработчики постоянно пытаются либо обойти ограничения классических лопастных винтов, либо «проапгрейдить» его, чтобы оснащенный им аппарат мог решать какие-то специфические задачи. Рассказываем, зачем нужны лопасти в виде сабель и насколько удачна идея установить на их концах реактивные сопла.
Напасти лопастей
Традиционно несущие винты винтокрылых летательных аппаратов — вертолетов, автожиров, конвертопланов — лопастные. Раскрученные лопасти захватывают воздух и отбрасывают его вниз, создавая над собой зону пониженного давления, а под собой — повышенного. Таким образом создается подъемная сила для полета.
Несущие винты также оснащаются автоматами перекоса, которые позволяют менять угол атаки лопастей в зависимости от их положения в пространстве. Благодаря этому можно калибровать подъемную силу несущего винта внутри окружности, описываемой лопастями. Так на винте формируется движущая сила, которая обеспечивает горизонтальный полет винтокрылой технике. Чтобы сдвинуть вертолет вперед, вам нужно увеличить подъемную силу винта сзади и уменьшить спереди, и наоборот.
На вертолетах, в отличие от винтовых самолетов, несущие винты вращаются с постоянной частотой, а скорость и высота полета меняются за счет изменения угла установки лопастей. Это меняет сопротивление винта, и чтобы поддерживать частоту его вращения, нужно регулировать подаваемую двигателем мощность. В целом увеличение угла установки лопастей приводит к росту подъемной силы и скорости движения аппарата, однако происходить бесконечно это не может.
У лопастных винтов есть несколько серьезных ограничений, которые и пытаются обойти разработчики альтернативных конструкций. Одно из них — одновременные срыв потока, волновой кризис и обратное обтекание. Дело в том, что во время горизонтального полета лопасти воздушного винта с одной стороны движутся навстречу воздушному потоку, а с другой — по его направлению. В результате этого подъемная сила на правом и левом секторах винта не равны.
В зависимости от конструкции вертолета в горизонтальном полете может случиться так, что линейная скорость внешней части лопастей во встречном воздушном потоке будет околозвуковой, а в исключительных случаях и сверхзвуковой. Это может приводить к резкому падению подъемной силы на этих участках лопастей и неконтролируемым вибрациям.
Одновременно на внешних частях лопастей, движущихся против направления горизонтального полета, будет происходить срыв воздушного потока, то есть увеличение турбулентного течения на них. Это также приводит к снижению подъемной силы и вибрациям ( флаттеру ) . В некоторых случаях они могут приводит к разрушению винта или, если вертолет выполнен по соосной схеме, к перехлесту лопастей двух вращающихся в противоположных направлениях винтов.
Наконец, внутренняя часть лопастей несущего винта, расположенная ближе к валу и движущаяся по направлению воздушного потока, будет испытывать обратное обтекание. Это будет происходить из-за скорости воздушного потока, превышающей скорость лопасти. В результате воздушный поток будет попадать на лопасть с противоположной стороны, создавая обратную подъемную силу (грубо говоря, в этой части винт перестает тянуть вверх и начинает давить вниз).
Источник
ВЕРТОЛЁТ
ВЕРТОЛЁТ, летательный аппарат, у которого подъёмная сила, а также пропульсивная сила для горизонтального полёта создаются одним или несколькими вращающимися несущими винтами (НВ). В. может зависать неподвижно в воздухе, перемещаться в пространстве в любом направлении благодаря возможности изменения величины и направления равнодействующей аэродинамич. сил, создаваемых НВ. Эти свойства позволяют В. совершать вертикальный взлёт и посадку на неподготовленные площадки ограниченных размеров (крыша дома, палуба корабля и т. п.). При отказе двигателей В. может продолжать полёт, снижаясь с небольшой вертикальной скоростью в режиме авторотации (при этом лопасти НВ вращаются за счёт энергии набегающего потока).
В. классифицируют: по назначению (многоцелевые, пассажирские, транспортные, боевые, вертолёты-краны и др.) и взлётной массе (сверхлёгкие, лёгкие, средние, тяжёлые); по типу привода НВ; по числу НВ (одно-, двух- и многовинтовые) и их взаимному расположению (продольные, соосные, поперечные), от чего зависит тип управления и балансировки В. (см. табл. на стр. 188); по типу взлётно-посадочных устройств (сухопутные, амфибии). Уникальные лётные характеристики В. обусловили их широкое применение в воен. и гражд. целях. Вертолётный парк мира к 2001 насчитывал ок. 48 тыс. шт.
Гражд. В. предназначены для перевозки пассажиров и грузов, выполнения строительно-монтажных и с.-х. работ, обеспечения мед. помощи и обществ. безопасности, проведения аварийно-спасательных работ, мониторинга окружающей среды, аэрофотосъёмок, тушения пожаров, патрулирования дорог, нефте- и газопроводов, проведения антитеррористич. операций, ледовой разведки при проводке судов и др.
Воен. В. состоят на вооружении армейской и мор. авиации 140 стран мира. Широко используются для десантирования войск, перевозки воен. техники и разл. грузов, поражения бронетанковой техники, наземных укреплений, живой силы, для боевой поддержки войск, проведения возд. разведки, эвакуации раненых, обеспечения связи и управления войсками, борьбы с подводными лодками, проведения радиолокационного надзора. Беспилотные В. служат для проведения наблюдения, разведки, мониторинга и др. задач.
Типы управления вертолёта Схема вертолёта Ми-8T: 1 – кабина пилотов; 2 – двигатели; 3 – вентилятор; 4 – несущий винт; 5 – главный редуктор; 6 – стабилизатор; 7 – промежуточный редуктор. Рис. В. С. Давыдова
Различают В. с механич. и реактивным приводами НВ. На В. с механич. приводом крутящий момент, необходимый для преодоления сопротивления вращающихся лопастей, передаётся валу НВ через гл. редуктор и трансмиссию от двигателей (газотурбинных или поршневых), установленных в фюзеляже. У В. с реактивным приводом крутящий момент создаётся силой реакции газов, вытекающих из реактивных двигателей или сопел, установленных на концах лопастей. В качестве реактивных двигателей используются прямоточные возд.-реактивные, пульсирующие, жидкостные, турбореактивные и др. двигатели. К реактивным соплам сжатый воздух подаётся от турбокомпрессора, установленного в фюзеляже, по воздуховодам через вал НВ и лопасти. Система реактивного привода не получила распространения из-за высокого расхода топлива (по сравнению с механич. приводом). С таким приводом строились эксперим. В. различного назначения, в т. ч. винтокрылы, а также выпускались малые серии лёгких В. Наиболее распространены В. одновинтовой схемы с механич. приводом (см. схему Ми-8Т), составляющие св. 90% от всех В. В России такие В. выпускаются Моск. вертолётным заводом им. М. Л. Миля (Ми-34, Ми-8, Ми-17, Ми-24, Ми-26, Ми-28, Ми-38), фирмой «Камов» (Ка-60, Ка-62), Казанским вертолётным заводом «Ансат»; за рубежом – фирмами: Bell Helicopter Textron, Inc., Boeing Helicopter Co., Construzione Aeronautiche Giovanni Agusta SpA, Eurocopter, Robinson, Sikorsky Aircraft, Westland Aircraft Ltd.
У двухвинтовых В. винты вращаются в противоположных направлениях и реактивные крутящие моменты уравновешиваются, что не требует (в отличие от одновинтовых В.) дополнит. затрат мощности на привод рулевого устройства.
На В. соосной схемы несущие винты расположены на разных уровнях для предотвращения схлёстывания лопастей. Такие В. имеют меньшие габаритные размеры по сравнению с В. др. схем, что обусловило их применение в качестве корабельных В. Серийно выпускаются отеч. В. соосной схемы разл. весовых категорий (взлётная масса до 12,6 т), разработанные на фирме «Камов» (Ка-226, Ка-27, Ка-31, Ка-32, Ка-50, Ка-52).
У В. продольной схемы (напр., Chinook-46) при горизонтальном полёте задний НВ находится в потоке, создаваемом передним НВ, что ухудшает лётно-технич. характеристики В.; для уменьшения этого воздействия задний винт В. расположен выше переднего. Первым отеч. В. продольной схемы был Як-24 («Летающий вагон»), созданный в ОКБ А. С. Яковлева в нач. 1950-х гг. В поперечной двухвинтовой схеме (близка к схеме самолёта) НВ расположены на поперечной относительно фюзеляжа оси и соединены с ним с помощью крыльев или ферм. По этой схеме были построены В. конструкции Г. Фокке (Германия), И. П. Братухина (СССР), а также самый тяжёлый в мире В. Ми-12 (грузоподъёмность до 40 т, взлётная масса 97 т). Двухвинтовая схема с перекрещивающимися винтами (синхроптер) является предельным вариантом поперечной схемы – с миним. расстоянием между винтами. В. такой схемы выпускаются небольшой серией фирмой «Kaman Aerospace Corp.» (США); их взлётная масса не превышает 5,2 т. Многовинтовые В. (от 3 до 20 винтов) разрабатывались и испытывались на раннем этапе развития вертолётостроения. Конструкторов привлекала возможность использования однотипных конструктивных элементов для создания В. большой грузоподъёмности.
Управление В. осуществляется несущим винтом посредством автомата перекоса (АП), позволяющего изменять величину и направление тяги НВ, а также изменением тяги рулевого винта (или другого рулевого устройства). Для улучшения динамич. устойчивости полёта на В. устанавливается хвостовое оперение (кили, стабилизаторы и др.). Макс. скорость горизонтального полёта В. достигает 400 км/ч, крейсерская – 290 км/ч; дальность полёта до 800 км; статический потолок до 4 км и более, динамический – до 12 км. Полезная нагрузка серийных В. составляет от 0,4 т (лёгкие В.) до 25 т (тяжёлые В.).
Первый В., способный совершать поступательный полёт, построен П. Корню (Франция) в нояб. 1907. В 1912 Б. Н. Юрьевым впервые создан В. одновинтовой схемы и изобретён автомат перекоса. В СССР н.-и. и эксперим. работы по созданию В. проводились с 1926 в ЦАГИ под рук. Юрьева. В 1930 создан В. ЦАГИ 1-ЭА конструкции А. М. Черёмухина, достигший в 1932 рекордной высоты полёта 605 м. Первый отеч. В., предназначенный для серийного произ-ва (В. «Омега» конструкции И. П. Братухина), построен в 1941 в МАИ. Крупное серийное произ-во В. в СССР началось с выпуска Ми-1 (1948) и Ми-4 (1952). В России серийное произ-во В. осуществляют Казанский вертолётный завод, ОАО «Роствертол» (г. Ростов-на-Дону), Улан-Удинский авиац. завод, Кумертауское авиац. производств. предприятие, Арсеньевская авиац. компания «Прогресс» и ПО «Стрела» (г. Оренбург).
Источник