Главное отличие реактивного двигателя от поршневого состоит в том, что в реактивном двигателе энергия сгораемого топлива расходуется на создание силы тяги непосредственно, за счет отбрасывания назад с большой скоростью воздуха и продуктов сгорания, тогда как в поршневом двигателе энергия сгораемого топлива расходуется на вращение воздушного винта, который создает при этом необходимую для движения тягу.
Исходя из этого, можно заключить, что самым простым способом вращения несущего винта вертолета при помощи реактивных двигателей оказывается установка этих двигателей на концах лопастей самого несущего винта.
Следовательно, тяга каждого двигателя должна быть равна 38,2 кг. Реактивный двигатель с такой тягой будет весить совсем немного, примерно 10 кг. Вес всех трех двигателей составит 30 кг.
У одновинтового вертолета с рулевым винтом весом 1500 кг вес двигателя составит около 300 кг, а вес трансмиссии — около 100 кг.
При сравнении вертолета с реактивным двигателем с вертолетом, имеющим поршневой двигатель, разница в весе их составит для данного примера 370 кг. За счет этой разницы может быть увеличен запас топлива. В результате этого дальность вертолета с реактивным двигателем, несмотря на большие расходы топлива, может быть такой же, как и вертолета с поршневым двигателем. Применяя вертолет с реактивным двигателем на малые расстояния, за счет неполной заправки топлива можно значительно увеличить его грузоподъемность.
Реактивный привод несущего винта имеет много преимуществ по сравнению с приводом от поршневого двигателя. При установке реактивных двигателей на концах лопастей совершенно не требуются трансмиссии, т. е. редукторы, валы л т. д. Для такого вертолета рулевой винт нужен только для обеспечения путевого управления, так как отсутствует реактивный момент от винта на фюзеляж, ибо привод винта находится на самом винте; в этом случае рулевой винт будет потреблять меньше мощности, так как диаметр его будет малым. Вес вертолета в целом будет значительно меньше. Так, в случае применения вместо поршневого двигателя прямоточных реактивных двигателей вес вертолета, обладающего той же грузоподъемностью, станет примерно на 30°/о меньше.
Однако наряду с этим реактивному приводу свойственен ряд недостатков. Основной из них заключается в том, что реактивные двигатели имеют малый коэффициент полезного действия, что приводит к большому расходу топлива. Кроме того, реактивный привод трудно осуществить, так как
надо одновременна удовлетворить целому ряду противоречивых требований.
Если на конце лопасти несущего винта установлен реактивный двигатель, то изменение установочного угла лопасти приводит к изменению направления силы тяги двигателя. Так, например, при увеличении установочного угла тяга двигателя уже не будет лежать в плоскости вращения, а составит с ней некоторый угол а, благодаря чему тяга даст две составляющих: в плоскости вращения, которая будет создавать крутящий момент, и вдоль оси вращения винта, которая непосредственно пойдет на увеличение подъемной силы лопасти и увеличит угол взмаха.
Величина этих составляющих тяги в течение одного оборота будет все время изменяться, что вызовет появление значительной вибрации вертолета. Для того чтобы устранить этот недостаток, необходимо крепить двигатель на штанге или трубе, вокруг которой располагать подвижную лопасть таким образом, чтобы изменение угла атаки лопасти происходило вокруг этой штанги или трубы без отклонения оси двигателя.
Труба может служить магистралью для подвода топлива к реактивному двигателю.
Трудность установки двигателя на концах лопастей несущего винта заключается также в том, что реактивный двигатель работает с высоким эффектом только при больших окружных скоростях лопастей, так как в этом случае создается достаточный скоростной напор на входе в диффузор двигателя. Но, с другой стороны, большие окружные скорости приводят к тому, что на профиле лопасти возникает срыв обтекания, что снижает коэффициент полезного действия винта.
Однако это еще далеко не все трудности. Каким бы легким ни был реактивный двигатель, он является сосредоточенной нагрузкой на конце лопасти и в значительной мере увеличивает центробежную силу, стремящуюся разорвать лопасть. Следовательно, по сравнению с несущим винтом, имеющим привод от поршневого двигателя, прочность лопастей несущего винта с реактивными двигателями должна быть повышенной. Кроме того, разнос масс лопастей от оси вращения создает большой момент инерции винта, а сила сопротивления двигателя, находящегося на большом удалении от оси, создает большой момент сопротивления. Все это, вместе взятое, ухудшает способность несущего винта к самовращению при переходе на безмоторный полет в случае отказа реактивных двигателей.
Агрегаты техники
avia.pro
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.
Посмотреть все вертолеты
avia.pro
Вертолеты России и мира видео, фото, картинки смотреть онлайн занимают важное место в общей системе народного хозяйства и Вооруженных Сил, с честью выполняя возложенные на них гражданские и военные задачи. По образному выражению выдающегося советского ученого и конструктора МЛ. Миля, «сама наша страна как бы “сконструирована” для вертолетов». Без них немыслимо освоение бескрайних и непроходимых пространств Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Вертолеты стали привычным элементом пейзажа наших грандиозных строек. Они широко применяются как транспортное средство, в сельском хозяйстве, строительстве, спасательной службе, военном деле. При выполнении ряда операций вертолеты просто незаменимы. Кто знает, здоровье скольких людей было спасено экипажами вертолетов, принявших участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. Жизни тысяч советских солдат спасли боевые «вертушки» в Афганистане.
Русские вертолеты прежде чем стать одними из основных современных транспортных, технологических и боевых средств, вертолеты прошли длинный и не всегда гладкий путь развития. Идея подъема в воздух с помощью несущего винта зародилась у человечества едва ли не раньше, чем идея полета на фиксированном крыле. На ранних этапах истории авиации и воздухоплавания создание подъемной силы путем «ввинчивания в воздух» было популярнее других способов. Этим объясняется обилие проектов винтокрылых летательных аппаратов в XIX — начале XX вв. Только четыре года отделяют полет самолета братьев Райт (1903 г.) от первого подъема человека в воздух на вертолете (1907 г.).
Лучшие вертолеты использовали ученые и изобретатели, они долго колебались, какому способу отдать предпочтение. Однако к концу первого десятилетия XX в. менее энергоемкий и более простой с точки зрения аэродинамики, динамики и прочности самолет вырвался вперед. Успехи его были впечатляющими. Прошло почти 30 лет, прежде чем создателям вертолетов удалось наконец сделать свои аппараты работоспособными. Уже в годы второй мировой войны вертолеты пошли в серийное производство и начали применяться. По окончании войны возник так называемый «вертолетный бум». Многочисленные фирмы принялись строить образцы новой перспективной техники, но не все попытки увенчались успехом.
Боевые вертолеты России и США Построить по-прежнему было сложнее, чем самолет аналогичного класса. Военные и гражданские заказчики не спешили ставить в ряд с уже привычными самолетами авиационную технику нового типа. Только эффективное применение американцами вертолетов в начале 50-х гг. в войне в Корее убедило рад военачальников, в том числе и советских, в целесообразности использования этого летательного аппарата вооруженными силами. Однако многие, как и раньше, продолжали считать вертолет «временным заблуждением авиации». Потребовалось еще более десяти лет, пока вертолеты окончательно не доказали свою исключительность и незаменимость в выполнении рада военных задач.
Вертолеты РФ сыграли большую роль в создании и разработках российских и советских ученых, конструкторов и изобретателей. Их значение столь велико, что даже дало основание одному из основоположников отечественного вертолетостроения академику Б.Н. Юрьеву считать наше государство «родиной вертолетов». Данное утверждение, конечно, слишком категорично, но нашим вертолетчикам есть чем гордиться. Это научные труды школы Н.Е. Жуковского в дореволюционный период и впечатляющие полеты вертолета ЦАГИ 1-ЭА в довоенные годы, рекорды послевоенных вертолетов Ми-4, Ми-6, Ми-12, Ми-24 и уникальное семейство вертолетов «Ка» соосной схемы, современные Ми-26 и Ка-32 и многое, многое другое.
Новый вертолет России относительно неплохо освещен в книгах и статьях. Незадолго до своей смерти Б.Н. Юрьев приступил к написанию фундаментального труда «История вертолетов», но успел подготовить только главы, касавшиеся его собственных работ в 1908 — 1914 гг. Отметим, что недостаточное внимание к истории такой отрасли авиации, как вертолетостроение, характерно и для зарубежных исследователей.
Военные вертолеты России по-новому освещающие историю разработки вертолетов и их теории в дореволюционной России, вклад отечественных ученых и изобретателей в мировой процесс развития этого вида техники. Обзор дореволюционных отечественных работ по винтокрылым летательным аппаратам, в том числе и ранее неизвестных, а также их анализ были даны в соответствующей главе в книге «Авиация в России», подготовленной к печати в 1988 г. ЦАГИ. Однако ее небольшой объем существенно ограничил размеры приведенной информации.
Гражданские вертолеты в своих лучших окрасках. Предпринята попытка как можно более полно и всесторонне осветить деятельность отечественных энтузиастов вертолетостроения. Поэтому описывается деятельность ведущих отечественных ученых и конструкторов, а также рассматриваются проекты и предложения, авторы которых значительно уступали им по своим знаниям, но вклад которых нельзя было не учитывать. Тем более что в некоторых проектах, отличавшихся в общем сравнительно не высоким уровнем проработки, также встречаются интересные предложения и идеи.
Название вертолетов обозначившими существенные качественные изменения в этом виде техники. Такими событиями являются начало постоянной и систематической разработки проектов вертолетов; постройка первых натурных вертолетов, способных оторваться от земли, и начало серийного производства и практического применения вертолетов. В данной книге рассказывается о ранних этапах истории вертолетостроения: от зарождения идеи подъема в воздух посредством винта до создания первых вертолетов, способных оторваться от земли. Вертолет, в отличие от самолета, махолета и ракеты, не имеет прямых прообразов в природе. Однако винт, с помощью которого создается подъемная сила вертолета, был известен еще с античных времен.
Маленькие вертолеты несмотря на то что были известны воздушные винты и существовали эмпирические прообразы вертолетов, идея использования несущего винта для подъема в воздух не получила распространения до конца XVIII в. Все разрабатывающиеся в то время проекты винтокрылых аппаратов оставались неизвестными и были обнаружены в архивах много веков спустя. Как правило, сведения о разработке таких проектов сохранились в архивах наиболее выдающихся ученых своего времени, таких, как Го Хун, Л. да Винчи, Р. Гук, М.В. Ломоносов, которым в 1754 г. была создана «аэродромическая машина».
Частные вертолеты за короткое время были созданы буквально десятки новых конструкций. Это было состязанием самых разнообразных схем и форм, как правило» одно- или двухместных аппаратов, имевших главным образом экспериментальное назначение. Естественным заказчиком этой дорогой и сложной техники были военные ведомства. Первые вертолеты в разных странах получили назначение связных и разведывательных военных аппаратов. В развитии вертолетов, как и во многих других областях техники, можно четко различить две линии развития — но размерности машин, т е. количественную» и почти одновременно возникшую линию развития качественного совершенствования летательных аппаратов внутри определенной размерной или весовой категории.
Сайт о вертолетах на котором содержится наиболее полное описание. Применяется ли вертолет для геологической разведки, сельскохозяйственных работ или для перевозки пассажиров — определяющую роль играет стоимость часа эксплуатации вертолета Большую долю в ней составляет амортизации, т е. цена, поделенная на срок его службы. Последний определяется ресурсом агрегатов, г, е. их сроком службы. Проблема повышения усталостной прочности лопастей, валов и трансмиссий, втулок несущего винта и других агрегатов вертолета стала первостепенной задачей, занимающей и сейчас конструкторов вертолетов. В наставшее время ресурс 1000 час уже не является редкостью для серийного вертолета и нет основания сомневаться в его дальнейшем повышении.
Современные вертолеты сравнение боевых возможностей подлинное видео сохранилось. Встречающееся в некоторых изданиях ее изображение представляет собой примерную реконструкцию, причем не во всем бесспорную, проведенную в 1947 г. Н.И. Камовым. Однако на основе приведенных архивных документов можно сделать ряд выводов. Судя по способу испытания (подвеска на блоках), «аэродромическая машина» несомненно представляла собой аппарат вертикального взлета и посадки. Из двух известных в то время способов вертикального подъема — при помощи машущих крыльев или посредством несущего винта — первый кажется маловероятным. В протоколе сказано, что крылья двигались горизонтально. У большинства махолетов они, как известно, движутся в вертикальной плоскости. Махолет, крылья которого совершают колебательные движения в горизонтальной плоскости с углом установки, изменяемым циклически, несмотря на неоднократные попытки, построить до сих пор не удалось.
Самый лучший вертолет проектирование всегда направлено в будущее. Однако для того чтобы яснее представить себе возможности дальнейшего развития вертолетов, полезно попытаться понять основные направления их развития из прошлого опыта. Здесь интересна, конечно, не предыстория вертолетостроения, о которой мы лишь кратко упомянем, а его история с момента, когда вертолет как новый тип летательных аппаратов стал уже пригоден для практического использования. Первые упоминания об аппарате с вертикальным винтом — геликоптере содержатся в записям Леонардо да Винчи, относящихся к 1483 г. Первый этап развития тянется от модели геликоптера, созданной М В. Ломоносовым в 1754 г, через длинный ряд проектов, моделей и даже построенных в натуру аппаратов, которым не суждено было подняться в воздух, до постройки первого в мире вертолета, которому и 1907 г. удалось оторваться от земли.
Самый быстрый вертолет в очертаниях этой машины мы узнаем принципиальную схему наиболее распространенных сейчас в мире одновинтовых вертолетов. Вернуться к этой работе Б. И. Юрьеву удалось лишь в 1925 г. В 1932 г. группа инженеров, возглавляемая А. М. Черемухицнч, построила вертолет ЦАГИ 1-ЭА, который достиг высоты полета 600 м и продержался в воздухе 18 м/ш, что было для того времени выдающимся достижением. Достаточно сказать, что официальный рекорд высоты полета, установленный спустя 3 года на новом соосном вертолете Бреге, составил всего 180 м. В это время в развитии вертолетов (геликоптеров) возникла некоторая пауза. На передний план выдвинулась новая ветвь винтокрылых аппаратов -автожиры.
Новый вертолет России с большей нагрузкой на площадь крыла, вплотную встретилась с новом тогда проблемой штопора потерей скорости. Создать безопасный и достаточно совершенный автожир оказалось проще, чем построить геликоптер-вертолет. Свободно вращающийся от набегающего потока несущий винт исключал необходимость в сложных редукторах и трансмиссиях. Примененное на автожирах шарнирное крепление лопастей несущего винта к втулке обеспечило им гораздо большую прочность, а автожиру устойчивость. Наконец, остановка двигателя перестала быть опасной, как это было у первых геликоптеров: авторотируя автожир легко совершал посадку с малой скоростью.
Большие вертолеты для десантирования морской пехоты с кораблей определила дальнейшее развитие военного вертолетостроения как транспортно-десантного. Высадка на вертолетах S-55 американского десанта в Инчоне во время войны в Корее (1951 г.) подтвердила такую тенденцию. Размерный ряд транспортно-десантных вертолетов стал определяться габаритами и весом наземных транспортных средств, которыми пользуются войска и которые необходимо было перебрасывать по воздуху Дело в том» «по обычное вооружение, главным образом артиллерийское, перевозимое тягачами, на весу близко к весу самих тягачей. Поэтому грузоподъемность первых транспортных вертолетов в зарубежных армиях составила 1200-1600 кге (вес легкого военного автомобили, используемого в качестве тягача и соответствующих орудий).
Вертолеты СССР соответствуют весу легких и средних танков или соответствующих самоходных шасси. Будет ли завершена эта линия развития в таком ряде размерностей — зависит от постоянно меняющейся военной доктрины. Артиллерийские системы в большей мере заменяются ракетами, поэтому и зарубежной печати мы находим требования. Мощности не приводили к увеличению полезной нагрузки. Действительно, но техническому уровню того времени вес винтов, редукторов к всего аппарата в целом увеличивался с повышением мощности быстрее, чем возрастала подъемная сила. Однако при создании нового полезного и тем более нового для народнохозяйственного применении конструктор не может мириться с понижением достигнутого уровня весовой отдачи.
Советские вертолеты первые образцы, в сравнительно короткие сроки были созданы, поскольку удельный вес поршневых двигателей всегда понижался с увеличением мощности. Но в 1953 г. после создания 13-тонного вертолета Сикорского S-56 с двумя поршневыми двигателями мощностью 2300 л. с размерный ряд вертолетов на Запале прервался и только в СССР, применив турбовинтовые двигатели. В середине пятидесятых годов надежность вертолетов стала значительно выше, следовательно, расширились и возможности их применения в народном хозяйстве. На первый план выдвинулись вопросы экономики.
oruzhie.info
На вертолет В-7 предполагалось использование такого привода, при котором крутящий момент винта создается при помощи силы реакции газов, которые вытекают из установленных по концам лопастей реактивных сопел или реактивных двигателей. По мнению конструкторов, отказ от механической трансмиссии должен быть не только облегчить и упростить конструкцию вертолета, но и в значительной мере повлиять на весовое совершенство машины. Помимо этого, при реализации такой конструкции отсутствовал реактивный момент несущего винта, а, следовательно, отсутствовала необходимость в громоздких и энергоемких средствах его парирования, что также должно было упростить компоновку вертолета.
В то время из всех видов существующих реактивных приводов наиболее экономичным и перспективным признавался турбореактивный двигатель – ТРД. В ОКБ Миля в то время разрабатывался проект сверхтяжелого вертолета-крана, имеющего несущий винт диаметром в 60 метров. На конце каждой из его лопастей предлагалось установить по 2 ТРД, обладающих противоположным вращением турбин и тягой по 1 750 кгс каждый.
Однако предварительно М. Л. Миль рассчитывал создать небольшой опытный вертолет на 4 человека, на котором планировалось опробовать реактивный привод несущего винта, а также разобраться с рядом специфических для данной конструкции проблем. Милю удалось заинтересовать своей идеей сначала представителей гражданского воздушного флота, а позднее и военных. После этого 20 декабря 1956 года вышло правительственное постановление о проектировании нового опытного вертолета В-7, обладающего реактивным приводом несущего винта.Проектирование и строительство нового винтокрылого аппарата, который был самым легким и самым маленьким из когда-либо создаваемых в ОКБ Миля шло достаточно быстро. В декабре 1957 года рабочее проектирование было в целом закончено, и на заводе №329 была заложена опытная партия из 5 вертолетов. Ведущим конструктором по реактивному вертолету В-7 был назначен А. В. Кочкин, в дальнейшем этот пост занял Г. Г. Лазарев.
Конструкция вертолета была достаточно простой и состояла из цельнометаллического фюзеляжа полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части фюзеляжа при помощи болтов на силовых шпангоутах была установлена литая плита. К фланцу данной плиты крепился редуктор, который состоял из вала несущего винта (на его оси была смонтирована втулка несущего винта с лопастями, а также автомат перекоса) и приводов агрегатов. К переднему торцу плиты был присоединен кронштейн с гидроусилителями и качалками управления. По бокам фюзеляжа располагались 3 двери.
В кабине пилота могли свободно разместиться 3 пассажира или 1 носилки с больным/раненым и сопровождающим врачом. Под полом кабины был расположен топливный бак. Помпа подавала горючее сначала в топливный регулятор, а уже после в коллектор вала несущего винта, откуда оно под действием центробежной силы перегонялось к ТРД, установленным на концах двухлопастного несущего винта.
Лопасти вертолета обладали прямоугольной формой и имели стальной лонжерон с фанерной обшивкой и деревянным каркасом. Лопасти крепились к втулке с помощью осевых и общего горизонтального шарниров. В лопастях были проложены по 2-е специальных трубки топливопитания. При этом электропроводка проходила внутри лонжерона. На конце вала несущего винта, сверху был установлен токосъемник приборов силовой установки машины. Создатели вертолета при его проектировании и разработке системы путевого управления рассчитывали обойтись лишь хвостовым оперением в индуктивном потоке. Однако сопровождавшие создание машины исследования в аэродинамической трубе показали, что вертолет В-7 нуждается в сохранении рулевого винта. Рулевой винт был расположен сзади фюзеляжа, на специальной достаточно короткой трубчатой ферме. Таким образом, конструкторам не удалось избежать установки на вертолет трансмиссии. В конструкции вертолета В-7 впервые было применено шасси полозкового типа. Установленные на задних поперечных трубах гидроамортизаторы должны были предупреждение земного резонанса машины. Вертолет В-7 должен был получить облегченный комплект приборного оборудования. При использовании машины в военном варианте была предусмотрена возможность установки на вертолет различных навесных систем вооружений. Одной из наиболее сложных задач при создании и доводке до ума нового вертолета стала сильная зависимость от смежников – разработчиков силовой установки. Успешное воплощение идеи создания вертолета, обладающего реактивным приводом несущего винта, в первую очередь зависело от создания новых малогабаритных и достаточно легких двигателей, которые бы обеспечивали надежную работу при воздействии больших перегрузок и центробежных сил. А также создания надежных систем топливопитания и управления ими.
Из многих руководителей авиамоторных ОКБ, которые были привлечены к решению возникших проблем, за проектирование ТРД взялся лишь главный конструктор А. Г Ивченко. Под его непосредственным руководством был создан ТРД АИ-7 с одноступенчатой турбиной и центробежным компрессором. Для уравновешивания гироскопических моментов двигатель был оснащен 3 маховиками, которые вращались в сторону, противоположную турбине. Данное решение было достаточно простым, но как показала практика и дальнейшие испытания – неправильным.
Первые двигатели АИ-7 поступили на 329-й завод в декабре 1959 года, когда первый вертолет уже был собран. Сразу после первого пуска двигателя с ним возникли трудности. АИ-7 не выходил на заданные рабочие обороты и не развивал необходимой тяги, перегревалась его маслосистема. Причиной работы на малых оборотах стала большая потребная мощность, необходимая для вращения маховиков. По этой причине их пришлось снять с двигателей. Для улучшения охлаждения двигателя в ОКБ был создан уникальный трубчатый маслорадиатор, который был смонтирован вокруг воздухозаборника. После этого двигатель АИ-7 стал развивать расчетную тягу, но при этом все нагрузки от гироскопического момента перешли на несущую систему самого вертолета. Реализация проекта реактивного вертолета В-7 оказалось куда более сложным делом, чем предполагали конструкторы. Доводка вертолета и его двигателей затягивалась. Для совершенствования двигателя АИ-7 решено было привлечь специалистов ЦИАМ. Несколько лет было потрачено на решение проблемы обеспечения работы двигателей в поле центробежных сил, и лишь 19 февраля 1962 года была предпринята первая попытка поднятия реактивного вертолета В-7 в воздух. Вертолет поднимался на привязи, но оторваться от земли он не смог. Под воздействием гироскопического момента двигателей лопасти несущего винта вертолета закручивались на отрицательный угол, а обшивка лопастей покрывалась гофрами, что вело к возникновению большего сопротивления вращению, которое только усиливалось незакапотированными двигателями.
Помимо этого, мощности гидроусилителя общего шага оказалась недостаточно, для того чтобы преодолевать нагрузки, возникающие в системе управления. Вибрации машины были очень большими, и двигатель был отправлен на доработку. Гидроусилитель системы управления общим шагом винта был заменен на более мощный, для двигателей спроектировали капоты, а лопасти отремонтировали.
В итоге к испытаниям вертолета вновь приступили лишь в 1965 году. Испытатели ставили перед собой задачу – проверить фактическую мощность двигателя на различных оборотах несущего винта, но данный год стал последним в истории создания вертолета В-7. 11 ноября 1965 года во время проведения испытаний на максимальных оборотах и взлетном режиме ТРД произошло практически одновременное разрушение обеих силовых установок. Как удалось установить позднее, взлетные обороты АИ-7 были критическими. Компрессоры вошли в резонансные колебания и, выломав корпуса, вместе с задними частями двигателя улетели на землю. После этого вертолет без повреждений смог плавно приземлиться. Конструкторы вынуждены были признать, что дальнейшая доводка АИ-7 является бесперспективной. Свои надежды они возлагали на новый двигатель МД-3, на котором гироскопический момент удалось уравновесить при помощи противоположного вращения турбины и компрессора. Но и этот двигатель нуждался в длительной процедуре доводки, как, впрочем, и многие элементы конструкции нового вертолета. К примеру, расход топлива при схеме с реактивным приводом несущего винта на деле оказался существенно выше, чем это предполагалось изначально. Достаточно высок был и уровень шума. В итоге разработка вертолета была остановлена.
Несмотря на это В-7 является первым и единственным в мире реактивным вертолетом, на концах лопастей которого были установлены турбореактивные двигатели. При его разработке конструкторы ОКБ Миля получили бесценный опыт в разработке машин подобного типа. На основе серии испытаний они пришли к выводу о том, что в будущем постройка реактивного вертолета с ТРД на концах лопастей вполне реальна. При этом преимущества такого вертолета росли бы вместе с увеличением его размеров.
Тактико-технические характеристики В-7:Длина – 11,6 м;Высота – 6,23 м;Диаметр несущего винта – 11,6 м;Масса пустого – 730 кг, нормальная взлетная – 835 кг, максимальная взлетная – 1050 кг;Силовая установка – 2 ТРД АИ-7 тягой по 56 кгсЭкипаж – 1 человек, полезная нагрузка – 3 пассажира.
Источники информации:-http://www.aviastar.org/helicopters_rus/mi-7-r.html-http://www.airwar.ru/enc/heli/v7.html-http://ru.wikipedia.org/
topwar.ru
А А А
Американский инженер Рикардо Кавальканти создал один из самых легких вертолетов в мире. Общий вес сделанного им вертолета DragonFly составляет 100 килограмм. Дело в том, что стандартный двигатель вертолета и трансмиссия просто отсутствуют. Их роль выполняют два реактивных двигателя, которые расположены на концах лопастей.
Эти двигатели вертолета в длину имеют 20 сантиметров и весят всего по 700 грамм, именно это и позволило довести вес вертолета до 100 килограмм. Несмотря на небольшие размеры двигателей, они выдают по 102 лошадиные силы каждый, совершая 750 оборотов в мин. Данные двигатели могут разгонять вертолет до максимальной скорости 180 километров в час.
Благодаря тому, что двигатель вертолета расположен прямо на лопастях, поэтому отпадает надобность в рулевом винте. По утверждению разработчика технически аппарат очень прост и его можно собрать всего за час по заводской инструкции.
Двигатель вертолета работает не на обыкновенном бензине или дизеле, а на 50-70-ти процентном растворе перекиси водорода, который можно приобрести в любом американском городе, поэтому с топливом у владельца проблем не будет.
Основной проблемой таких конструкций двигателя является крепление сопел на лопастях, а также высокий расход топлива.
Данный вертолет не является единичным образцом, который был сделан изобретателем. Это серийная техника, прошедшая сертификацию в федеральных органах гражданской авиации США. В данный момент вертолет можно приобрести за 120 тысяч долларов.
hontos.ru
5:00 / 21.04.17Вертолет В-7 — опытный вертолёт с реактивным мотором несущего винта
Проект вертолета В-7 получил поддержку ГВФ и военных, в военном варианте предусматривалось его оснащение навесной системой вооружения. [1]Описание
Конструкция вертолёта состояла из цельнометаллического каплевидного фюзеляжа полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части силовых шпангоутов монтировалась на болтах литая плита. К фланцу плиты крепился редуктор, состоявший из вала несущего винта (на его оси смонтировали втулку несущего винта с лопастями и автомат перекоса) и приводов агрегатов. К переднему торцу плиты присоединялся кронштейн с качалками управления и гидроусилителями. По бокам фюзеляжа находилось три двери. [2]
Вертолет В-7 / Фото: avia.pro
В кабине кроме пилота могли разместиться три пассажира или одни носилки с больным и сопровождающий его врач. Под полом находился топливный бак. Помпа подавала горючее в топливный регулятор, затем в коллектор вала несущего винта и оттуда центробежная сила гнала керосин к ТРД на концах двухлопастного несущего винта.
Лопасти прямоугольной формы имели стальной лонжерон с деревянным каркасом и фанерной обшивкой. Они крепились к втулке посредством осевых и общего горизонтального шарниров. В носке лопастей были проложены две трубки топливопитания. Электропроводка проходила внутри лонжерона. Вверху на конце вала несущего винта монтировался токосъёмник приборов силовой установки.
Первая разработка в СССР реактивного вертолета. Конструкторы в ходе работ столкнулись с техническими сложностями, непреодолимыми на то время (в работе ТРД и нагрузки на несущий ротор).
В середине 1950-х, когда в основном завершилось проектирование вертолета Ми-6, конструкторы ОКБ имени М. Л. Миля приступили к поиску путей дальнейшего увеличения грузоподъемности винтокрылых летательных аппаратов. Одним из наиболее приоритетных направлений в те годы считалось создание винтокрылых машин с приводом несущего винта (НВ) от реактивных двигателей, установленных на концах лопастей.[3]
Михаил Миль / Фото: krasvozduh.ru
Ожидалось, что отсутствие механической трансмиссии не только упростит и облегчит конструкцию вертолета, но и значительно повысит его весовое совершенство. Так как при таком приводе реактивный момент НВ отсутствует, то исчезает и надобность в энергоемких и громоздких средствах его парирования, что также упрощает компоновку и центровку вертолета. Из всех видов реактивного привода наиболее экономичным представлялась установка с ТРД.
Конструкторы рассматривали эскизный проект сверхтяжелого вертолета-крана с несущим винтом диаметром около 60 м, но прежде чем приступить к его более тщательной проработке Михаил Миль решил построить маленький опытный четырехместный вертолет, на котором опробовать данную концепцию и приобрести необходимый опыт. Получил поддержку ГВФ и военных. В декабре 1956 года правительство издало постановление о разработке опытного вертолета В-7 с реактивным приводом несущего винта. Проектирование и строительство винтокрылого аппарата, самого маленького и легкого из когда-либо построенных милевцами, двигалось очень быстро. В декабре 1957-го рабочее проектирование было в основном закончено и в опытном производстве 329-го завода заложили сразу серию из пяти машин. Ведущим конструктором по В-7 назначили сначала А. В. Кочкина, а затем Г. Г. Лазарева.
Основу конструкции составлял цельнометаллический каплевидный фюзеляж полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части силовых шпангоутов монтировалась на болтах литая плита. К фланцу плиты крепился редуктор, состоявший из вала НВ (на его оси смонтировали втулку несущего винта с лопастями и автомат перекоса) и приводов агрегатов. К переднему торцу плиты присоединялся кронштейн с качалками управления и гидроусилителями. По бокам фюзеляжа находилось три двери.
Цельнометаллический каплевидный фюзеляж полумонококовой клепаной конструкции / Фото: avia.pro
В кабине помимо летчика могли разместиться три пассажира или носилки с больным и сопровождающий медработник. Под полом находился топливный бак. Помпа подавала горючее в топливный регулятор, затем в коллектор вала НВ и оттуда центробежная сила гнала керосин к ТРД на концах двухлопастного несущего винта.
Лопасти прямоугольной формы имели стальной лонжерон с деревянным каркасом и фанерной обшивкой. Они крепились к втулке посредством осевых и общего горизонтального шарниров. В носке лопастей были проложены две трубки топливопитания. Электропроводка проходила внутри лонжерона. Вверху на конце вала НВ монтировался токосъемник приборов силовой установки.
Конструкторы вертолета при разработке системы путевого управления планировали обойтись хвостовым оперением в индуктивном потоке, но сопровождавшие разработку В-7 исследования моделей в аэродинамической трубе показали необходимость сохранения рулевого винта. Его установили сзади фюзеляжа, на короткой трубчатой ферме. Таким образом, избежать установки на вертолет трансмиссии не удалось.
Рулевой винт вертолета В-7 / Фото: avia.pro
На В-7 конструкторы впервые применили шасси полозкового типа. Смонтированные на задних поперечных трубах гидроамортизаторы служили для предупреждения земного резонанса В-7 оснащался облегченным комплектом приборного оборудования, предусматривалось его оснащение в военном варианте и навесной системой вооружения.
Шасси полозкового типа / Фото: avia.pro
Одной из сложнейших задач при строительстве и доводке В-7 стала сильная зависимость от смежников - создателей силовой установки. Успешное воплощение идеи вертолета с реактивным приводом НВ зависело, в первую очередь, от разработки достаточно легких и малогабаритных двигателей, способных надежно работать при воздействии центробежных сил и больших перегрузок, а также надежных систем топливопитания и управления ими.
Сборка вертолетов В-7 на 329-м заводе / Фото: avia.pro
Из многих руководителей авиамоторных ОКБ, привлеченных к решению проблемы, за создание ТРД взялся только главный конструктор А. Г Ивченко. Под его руководством разработали ТРД АИ-7 [4] с центробежным компрессором и одноступенчатой турбиной. Для уравновешивания гироскопических моментов ТРД оснастили тремя маховиками, вращавшимися в сторону, противоположную турбине.
Ивченко Александр Георгиевич / Фото:esu.com.ua
Решение было простейшим, но как показали дальнейшие события, не правильным. Двигатели АИ-7 поступили на 329-й завод в декабре 1959-го, когда вертолет уже собрали. Сразу после первого запуска ТРД возникли трудности с силовой установкой: двигатель не выходил на рабочие обороты и не развивал заданную тягу, перегревалась маслосистема. Причиной малых оборотов была большая потребная мощность для вращения маховиков. Поэтому их пришлось снять с двигателей. 
Двигатель АИ-7 / Фото: avia.pro
Для улучшения охлаждения в ОКБ спроектировали уникальный трубчатый маслорадиатор, установленный вокруг воздухозаборника. Теперь АИ-7 стал развивать расчетную тягу, но все нагрузки от гироскопического момента перешли на несущую систему вертолета.
Вертолет с реактивным приводом НВ оказался значительно сложней, чем предполагалось. Доводка В-7 и его силовой установки растянулась на многие годы. Для совершенствования АИ-7 привлекли специалистов и испытательные лаборатории ЦИАМ. Несколько лет ушло на обеспечение работы двигателей при воздействии центробежных сил, и только 19 февраля 1962-го предприняли попытку подъема в воздух на привязи. В-7 не смог оторваться от земли. Под воздействием гироскопического момента двигателей лопасти НВ закручивались на отрицательный угол, их обшивка покрывалась гофрами, что вместе с незакапотированными двигателями создавало большое сопротивление вращению.
Осмотр и наладка двигателя АИ-7 / Фото: avia.pro
Кроме того, гидроусилитель в системе управления общим шагом НВ оказался недостаточным для преодоления нагрузок. Вибрации вертолета были большие. Вновь потребовались многие месяцы переделок и доводки. Двигатели отправлены на доработку, лопасти отремонтированы, гидроусилитель системы управления общим шагом заменен на более мощный. Для двигателей спроектированы капоты.
Самым простым решением привода несущего винта (НВ) вертолета была бы установка движителей на его лопастях как на В-7. Но здесь конструктор сталкивается с труднейшей проблемой - обеспечения требуемого запаса прочности двигателя. Установлено, что его удельный вес при работе в поле центробежных сил будет расти, поскольку двигателю приходится выдерживать 300-кратные центробежные перегрузки и значительные гироскопические моменты от вращающихся компрессора и турбины. Расчеты показывают, что с увеличением диаметра НВ и, соответственно, грузоподъемности вертолета центробежная перегрузка и гироскопический момент падают. Это происходит потому, что, сохраняя линейную скорость концов лопастей НВ постоянной, обороты винта приходится уменьшать. Вследствие этого появляется возможность упростить конструкцию ТРД.
Вертолет В-7 / Фото: avia.pro
Но это не все, на ротор двигателя действуют переменные силы от центробежной перегрузки. Детали силовой установки подвергаются воздействию переменных сил от циклического шага и маховых движений лопастей. Кстати, последние уменьшаются под действием центробежной силы от двигателей, снижая переменные нагрузки на несущей системе. У вертолетов трансмиссионной схемы переменные напряжения в лопастях НВ снижают, размещая в их законцовках специальные грузы. Достаточно сказать, что у Ми-6 их общий вес достигает 250 кг. Если центробежная сила от веса силовой установки вся переходит на лопасть и втулку НВ, то гироскопический момент от ротора ТРД, в основном, можно погасить внутри силовой установки. Например, у двигателей с противоположным вращением компрессора и турбины, в том числе и двухвального. На практике удалось опробовать лишь первый вариант, в двигателе МД-3 для В-7. Но наиболее перспективной конструкцией лопастного двигателя все же является двухвальный ТРД (в том числе и двухконтурный). Такая конструкция ТРД будет одновременно облегчать его запуск, и разгружать подшипники. Эта схема двигателя стала наиболее предпочтительной. 
Салон вертолета В-7 / Фото: kollektsiya.ru
Приборная панель вертолета В-7 / Фото: kollektsiya.ru
Как показал инженер С.И.Слободкин (ЗМКБ "Прогресс"), основным лимитирующим звеном двигателей, работающих при больших центробежных перегрузках, являются подшипники. Удельный вес лопастного ТРД будет расти по сравнению с самолетным, в зависимости от центробежной перегрузки и его размерности. При создании лопастного двигателя круг проблем растет как снежный ком. Не исключением является и маслосистема. Если в неподвижном ТРД масло в картерах подшипников и баке стекает вниз, то при вращении НВ оно будет отбрасывается к внешней боковой стенке. Это тоже накладывает свой отпечаток на конструкцию и компоновку силовой установки. По сравнению с самолетным, температура масла у лопастного двигателя увеличивается, примерно, в два раза.
Запуск двигателя АИ-7 / Фото: avia.pro Так у МД-3 и АИ-7 тепловыделение в масло на взлетном режиме достигало 120 и 220 ккал/мин соответственно и на кольцевой трубчатый маслорадиатор, расположенный вокруг входа двигателя вертолета В-7, затрачивалось 17% взлетной тяги. Поэтому охлаждать масло на лопастном двигателе необходимо с помощью поверхностного маслорадиатора, являющегося одновременно и противообледенительным устройством воздухозаборника ТРД и лопасти НВ. Это диктует размещение маслобака на входе в двигатель, а маслорадиатора - в носке лопасти. Неравномерный расход масла в лопастных двигателях может вызвать повышение вибраций вертолета, что отмечалось при испытаниях В-7. Разница в один килограмм на двигателях АИ-7 приводила к неуравновешенной силе в 300 кг. И эта разница может быть всегда. Поэтому для лопастных двигателей требуется постоянная подпитка маслом, стравливая его излишки через дренаж. Как показали эксперименты на В-7, при работе в поле центробежных сил удельный расход топлива двигателей АИ-7 возрастал на 3%. Очевидно, это было связано с ростом трения в подшипниках и ухудшением смесеобразования в камере сгорания. Ухудшение работы последней впервые выявили на лопастных прямоточных двигателях, исследовавшихся в ОКБ И.П.Братухина. При вращении НВ двигатели не выдавали расчетной тяги. С помощью стробоскопа установили, что пламя в камере сгорания при вращении смещалось к крайней от оси вращения стенке камеры и сопла. Лишь после изменения расположения форсунок удалось получить расчетную тягу.
Три проекции вертолета В-7 / Изображение: kollektsiya.ru
В созданных лопастных двигателях применялось два вида запуска: с помощью съемного электростартера на двигателе АИ-7 и воздушный запуск на МД-3. Сжатый воздух из фюзеляжа через несущую систему подавался на лопатки компрессора двигателя МД-3, раскручивая его. Схема очень удачная, ведь для размещения сжатого воздуха можно использовать трубы лонжеронов лопастей НВ. Такие "хранилища" одновременно могут стать сигнализаторами появления трещин в главном силовом элементе. Отработка несущей системы реактивного вертолета в аэродинамических трубах ЦАГИ показала, что при малых коэффициентах тяги НВ аэродинамические характеристики винта с мотогондолами хуже, а при больших коэффициентах тяги - лучше, чем у винта без мотогондол. Последнее связано с созданием мотогондолой эффекта концевой шайбы. С ростом грузоподъемности реактивных вертолетов относительные размеры двигателя на лопасти будут уменьшаться и положительный эффект от мотогондолы станет проявляться при меньших коэффициентах тяги.
Для получения минимального сопротивления мотогондолы на всех углах установки НВ угол ее установки к концевой хорде лопасти выбран -6 градусов, чтобы на максимальном шаге он не превышал 7 гадусов. При больших углах сопротивление мотогондолы резко возрастает. Ухудшение авторотационных характеристик реактивного НВ с лихвой компенсируется большим запасом кинетической энергии более тяжелого реактивного винта. Это позволит не только спокойно посадить вертолет на авторотации, но и осуществлять взлет перегруженной машины прыжком с ограниченных площадок, исключающих разбег. Например, у В-7 момент инерции НВ в пять раз больше, чем у такого же, но классического винта. Благодаря чему, только за счет снижения оборотов НВ с максимальных до нормальных вертолет В-7 при увеличении шага НВ с двойным полезным грузом мог бы взлететь на высоту 40 метров. Для тяжелых реактивных вертолетов разница в моментах инерции НВ, по сравнению с трансмиссионными, будет меньшей. Например, при диаметре НВ 50 м она снизится в 3 раза.
Вертолет В-7 / Фото: avia.pro
На двухдвигательном В-7 падение мощности двигателей из-за попадания в них выхлопных газов не наблюдалось. Увеличение числа лопастей и окружной скорости НВ приведет к большей вероятности данного явления. Наихудшим режимом полета реактивного вертолета будет висение в штиль с малым взлетным весом, когда шаг НВ равен 6 градусам. В этом случае ось ТРД окажется в плоскости вращения винта. Расчеты показывают, что у шестилопастного НВ край выхлопной струи с избытком температуры +70 будет находиться на расстоянии 1,7 м. При меньшем числе лопастей и на других режимах выхлопные струи будут удаляться от двигателей. Прорабатывая возможность создания реактивного вертолета, целесообразно сравнить ожидаемый уровень шума с трансмиссионным вертолетом. Так как экология может перечеркнуть все положительные стороны реактивного вертолета. Сравнение Ми-6 (взлетный вес 50 т), Ми-12 (взлетный вес 80 т) и тяжелого реактивного вертолета с весом 75 т с ТРД и ДТРД на лопастях показало, что основным источником шума является НВ. У реактивного вертолета уровень шума от двигателей и винта близки, а на удалении 50 м вниз и вверх у всех типов вертолетов, примерно, одинаков. Зато в кабине и фюзеляже существенно тише, что связано с удалением двигателей от фюзеляжа и отсутствием силового редуктора. Низкий уровень шума ощущался и в кабине В-7. В ней можно было свободно разговаривать. Последнее немаловажно для пассажирской машины.Исследования показали возможность создания лопастного ТРД, работающего при 200-кратной центробежной перегрузке, открывая путь для сверхтяжелых реактивных вертолетов. Одним из вариантов такой машины может стать четырехлопастный вертолет грузоподъемностью 40 т и нагрузкой на ометаемую площадь винта не более 36 кг/м2, как у Ми-6 на висении с полной загрузкой во время крановых работ. Расчеты показывают, что у такой машины при диаметре НВ 50 м, потребная взлетная тяга ТРД составит 1600 кгс. При этом удельный вес ТРД ожидается 0,18 кг/кгс, а ДТРД - 0,25 кг/кгс при удельном расходе на рабочих оборотах НВ и взлетном режиме двигателей 1,22 и 1,05 кг/кгс час соответственно. Весовая отдача рассмотренного тяжелого реактивного вертолета окажется в пределах 67-72%. Относительный вес полезного груза на крановых работах с учетом висения с одним отказавшим двигателем увеличится с ростом числа лопастей с 35% - у двухдвигательного, до 57% - у шестидвигательного. При этом экономическая эффективность будет близка к транспортным самолетам и, что самое удивительное - к автомобилям, движущимся по бездорожью. Остается надеяться, что в перспективе такой вертолет станет действительно универсальным транспортным средством.
В апреле 1965 г. испытания В-7 на привязи вновь возобновились, но при первой раскрутке заклинило один из двигателей. Пришлось его возвращать на завод-изготовитель. Наконец, 20 сентября испытателям удалось дважды добиться устойчивого зависания. Испытания проводил механик В. А. Колосков. Висение происходило на пониженных оборотах НВ, так как в этом случае двигатели создавали меньший крутящий момент и лопасти не деформировались.
В 1965-м испытатели должны были проверить фактическую мощность на различных оборотах НВ, однако этот год стал последним в истории разработки В-7. Во время испытания на максимальных оборотах и взлетном режиме двигателей 11 ноября 1965 г. произошло разрушение почти одновременно обеих силовых установок. Как выяснилось позже, взлетные обороты АИ-7 были критическими. Компрессоры вошли в резонансные колебания и, выломав корпуса, улетели вместе с задними частями двигателей. Вертолет без повреждений плавно опустился на землю.
Конструкторы вынуждены были признать дальнейшую доводку АИ-7 бесперспективной. Свои надежды они возлагали на разработанный в ЦИАМ новый ТРД МД-3, гироскопический момент на котором уравновешивался за счет противоположного вращения компрессора и турбины. Но и этот двигатель нуждался в длительной доводке, как, впрочем, и многие другие элементы вертолета. Расход топлива при схеме с реактивным приводом несущего винта оказался значительно больше, чем ожидалось. Высок был и уровень шума. Увеличивать грузоподъемность вертолетов в 60-е годы М. Л. Миль посчитал более целесообразным путем использования многовинтовых схем с механической трансмиссией. Доводку В-7 прекратили.
После официального прекращения разработки вертолета, работы велись внепланово, правда, только по обобщению накопленных в нашей стране и за рубежом материалам по реактивному приводу несущего винта вертолета с двигателями на лопастях. [5]
Изыскания показали, что:
Три проекции вертолета В-7 / Изображение: kollektsiya.ru Тактико-технические характеристики
| Технические характеристики | |
| Экипаж, человек | 1 |
| Пассажировместимость, человек | 3 |
| Длина, м | 6,23 |
| Диаметр несущего винта, м | 11,60 |
| Высота, м | 2,91 |
| Масса, кг: | пустого – 730; нормальная взлётная – 835; максимальная взлётная - 1050 |
| Количество и тип силовой установки | 2 × ТРД АИ-7 |
| Лётные характеристики | |
| Скорость, км/ч: | максимальная – 240; крейсерская – 210 |
| Дальность, км: | практическая – 510; перегоночная - 1000 |
| Практический потолок, м | 4500 |
www.arms-expo.ru
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
avia.pro
