Геликоптер

Геликоптер

ГЕЛИКОПТЕР, летательная машина тяжелее воздуха, подъем которой происходит за счет направленной вверх тяги, развиваемой одним или несколькими воздушными винтами с вертикальной осью, приводимыми во вращение двигателем. Этот принцип поддержания аппарата в воздухе, совершенно отличной от такового в аэроплане, делает возможным для геликоптера ряд режимов, которые не могут быть осуществлены аэропланом, а именно: 1) взлет с места без разбега и подъем по вертикали; 2) неподвижное «висение» в воздухе; 3) спуск под любым углом (включительно до прямого) и посадка без горизонтальной скорости, а, следовательно, и без пробега. Геликоптер, как и аэроплан, имеет возможность двигаться по горизонтальному или наклонному направлению с достаточно большими скоростями. Подъем и посадка без горизонтальной скорости значительно упрощают вопрос о вынужденных посадках на пересеченную местность и дают возможность применять геликоптер как машину ближнего городского транспорта. Неподвижное «висение» в воздухе также представляет большой интерес для целого ряда мирных и военных целей (для фотографирования местности, корректирования артиллерийской стрельбы, бомбометания и прочего).

Проблема геликоптера еще далеко не получила своего полного разрешения, и работы по его осуществлению не вышли еще из стадии предварительных опытов. Достигнутые в настоящее время (1928 год) результаты полетных испытаний различных геликоптеров сводятся к следующему: а) максимальная продолжительность полета 8 минут, б) наибольшая длина пройденного пути 120 м, в) наибольшая высота 50 м (привязной геликоптер) и 6 м (свободный геликоптер), г)               максимальный поднятый груз 450 кг (пилот, 4 пассажира, горючее, масло) и д) наибольшая горизонтальная скорость 30 км/ч.

На основании ряда построенных машин, а также многочисленных проектов и патентных заявок можно наметить следующие возможные типы геликоптеров, распределив их по основным признакам.

I. По способу осуществления подъема: 1) одновинтовые, 2) двухвинтовые с винтами, установленными на одной общей оси (соосные), 3) двухвинтовые с винтами, установленными на двух параллельных осях, и 4) четырех- и многовинтовые.

II. По способу устранения крутящего реактивного момента могут быть: 1) с вращением несущих винтов в противоположные стороны, 2) с устройством специальных рулевых винтов (одного или нескольких) и 3) с устройством специальных направляющих поверхностей (лопаток).

III. По способу осуществления поступательного передвижения: 1) с постановкой специального тянущего винта, 2) с наклонением оси винта в сторону движения и 3) с наклонением всего аппарата с винтом в сторону движения путем постановки специального хвостового винта или применения особого приспособления - так называемого автомата-перекоса. Все эти возможные варианты в тех или иных комбинациях представлены в схематическом виде на фиг. 1.

Геликоптер

В таблице приведены основные данные наиболее интересных из построенных геликоптеров.

Основные данные наиболее интересных из построенных геликоптеров

Одной из наиболее трудных задач для практического использования геликоптера является устойчивость аппарата, «висящего» в воздухе на вращающемся винте. Целый ряд причин (ветер, близость земли, горизонтальное движение и т. п.) могут вызывать моменты, опрокидывающие его в ту или иную сторону. Точно так же вопросы веса всей конструкции, имеющие для геликоптера значение не меньшее, чем для аэроплана, становятся более трудными для разрешения, т. к. здесь прибавляются сложные передаточные механизмы, легкое и надежное осуществление которых весьма затруднительно.

По основному принципу своей работы несущий винт геликоптера не отличается от обычного воздушного винта, но может, однако, находиться в условиях, совершенно отличных от винта аэропланного. Прежде всего, винт геликоптера или вовсе не перемещается вдоль своей оси (при «висении») или перемещается со сравнительно небольшой осевой скоростью (при подъеме и спуске). Чтобы достигнуть возможно большей тяги на 1 л. с., выгодно увеличивать диаметр винта, причем приходится уменьшать число оборотов. Однако с увеличением диаметра возрастает вес винта, так что для каждого отдельного случая путем расчета могут быть выбраны наивыгоднейшие соотношения между мощностью мотора, диаметром, числом оборотов и шагом винта. Сообразно с указанным выше, винты делаются двух- трех- и четырехлопастными. При всяком движении геликоптера, кроме строго вертикального, особенно же при горизонтальном, винт окажется работающим в косом потоке воздуха, или, как это принято называть, с косой обдувкой, т. е. в плоскости винта будет иметь место известная скорость воздуха. Так, например, правая лопасть (смотря по направлению полета) будет иметь скорость относительно воздуха, равную сумме окружной скорости rw и скорости горизонтального полета v, а левая - равную их разности (фиг. 2).

Gelikopter 3

При этом подъемная сила каждой лопасти, проходящей через правое положение, будет больше, чем проходящей через левое, примерно, в отношении

Gelikopter 4

что дает некоторый момент относительно центра винта в плоскости, проходящей через его ось и перпендикулярной к направлению полета. Чтобы не дать этому моменту перевернуть геликоптер, надо или устранить его или уравновесить таким же моментом. В многовинтовых геликоптерах это легко достигается вращением винтов в противоположные стороны; при одновинтовых требуется специальный механизм - так называемый автомат-перекос. Сущность последнего заключается в том, что он дает возможность изменять углы атаки лопастей винта при вращении т. о., что при прохождении лопасти через правое положение угол атаки лопасти, а, следовательно, и ее коэффициент подъемной силы, уменьшается, при прохождении же через левое - увеличивается. Таким путем может быть достигнуто равенство подъемных сил правой и левой лопасти и уничтожен опрокидывающий момент. При помощи этого же механизма летчик может произвести наклон всего аппарата в любом направлении. Элементарная схема такого устройства изображена на фиг. 3.

Автомат-перекос

Кроме косой обдувки, интересно отметить режим «торможения», т. е. спуска геликоптера с работающим мотором (на неполной мощности). Здесь винт будет испытывать как бы тормозящее действие воздуха, обдувающего его снизу. В зависимости от соотношения между мощностью мотора и вертикальной скоростью величина этого торможения может быть различна; она может быть и такова, что остановит винт и начнет его вращать в обратную сторону, как ветряную мельницу.

Кроме того, представляет особый интерес работа винта геликоптера на режиме авторотации, когда геликоптер спускается с неработающим мотором и винт вращается от набегающе­го снизу потока. Выяснилось, что в этом слу­чае винт оказывает сопротивление падению большее, чем сплошной диск с диаметром, рав­ным диаметру винта; это дает возможность осуществить спуск геликоптера даже в случае останов­ленного мотора. Однако, чтобы не дать винту вращаться в обратную сторону (что весь­ма невыгодно в силовом и в аэродинамиче­ском отношении), нужно иметь возможность одновременно у всех лопастей изменять шаг, уменьшая его и даже доводя до отрицатель­ного. При подходе к земле можно до некото­рой степени использовать живую силу вращающегося винта и внезапным увеличением угла атаки всех его лопастей вызвать кратковременное увеличение его подъемной си­лы, что может быть весьма существенно для уменьшения вертикальной скорости в самый момент посадки.

Все перечисленные режимы винта геликоптера, про­стые в принципе, на практике с трудом поддаются расчету и требуют ряда опытов для окончательного выяснения. Равным обра­зом и конструктивное осуществление меха­низмов автомата-перекоса, изменения ша­га, передач и т. п. настолько трудно, что до сего времени не получено хотя бы сколько-нибудь приемлемого решения. 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 5 - 1929 г.