Авиация Несущий винт - Схемы вертолётов

22 января 2011


Оглавление:
1. Несущий винт
2. Вибрации
3. Схемы вертолётов

Большинство вертолётов имеет один несущий винт, вращающийся против часовой стрелки. Однако в результате вращения несущего винта появляется реактивный момент, разворачивающий вертолёт в сторону противоположную вращению винта. Для решения этой проблемы существуют различные схемы расположения винтов.

Классическая схема с рулевым винтом

В данной схеме винт небольшого диаметра располагается на хвосте вертолёта. Эта схема считается классической, т.к. впервые ее предложил на своем летательном аппарате Борис Юрьев вместе с автоматом перекоса..

Большинство вертолётов в мире построено именно по такой схеме. Неоспоримым преимуществом данной схемы является простота конструкции, что приводит к уменьшению затрат на производство, ремонт и обслуживание.

Недостатком данной схемы является то, что рулевой винт отбирает часть мощности у двигателя вертолёта и вместе с тем не дает ни подъёмной силы, ни тяги, направленной вперёд.

Существует также разновидность рулевого винта, встроенного в хвостовую балку, называемая фенестрон.

Винтокрыл

Для компенсации реактивного момента в режиме висения иногда используется винт, расположенный сбоку от вертолёта, однако тяга такого винта направлена вперед. В режиме полета этот винт используется как тянущий, что увеличивает скорость вертолёта, при этом несущий винт переходит в режим авторотации. Примером такой модели может служить Eurocopter X3. Недостатком такой системы является потеря бóльшей мощности на компенсацию реактивного момента по сравнению с рулевым винтом.

Преимуществом можно смело считать высокие скорости полета, недостижимые для классической схемы в силу особенностей аэродинамики. Так, например, винтокрыл «Ротодайн» фирмы «Фейри» в 1959 году достиг скорости в 307,22 км/ч,, а Eurocopter X3 в 2010 году - 430 км/ч.

Струйная система управления

Для компенсации реактивного момента используется система управления погранслоем на хвостовой балке, применяющая эффект Коанды, и реактивное сопло на конце. На Западе известна как NOTAR, англ. No Tail Rotor — «без хвостового винта». Данная система является безопасной из-за отсутствия рулевого винта и самой тихой.

Реактивный принцип вращения лопастей

Двигатели расположены на лопастях и на вал несущего винта не передается сильных моментов, как в случае расположения двигателей в фюзеляже.Такая схема исключает наличие реактивного момента от несущего винта . Существуют различные варианты этой схемы: с установкой прямоточных воздушно-реактивных двигателей на законцовках лопастей, либо с соплами на законцовках лопастей и подачей горячего выхлопа на них от расположенного в фюзеляже газотурбинного двигателя, либо компрессорный привод «холодного цикла»: газотурбинный двигатель в корпусе вертолёта приводит компрессор, а сжатый воздух от него подводится через трубопроводы к соплам на законцовках лопастей. Было построено несколько экспериментальных машин с реактивным приводом.

Продольная схема

Продольная схема состоит из двух горизонтальных винтов расположенных друг за другом и вращающихся в разных направлениях. Задний винт приподнят над передним для уменьшения негативного влияния воздушной струи от переднего винта. Данная схема в основном используется в вертолётах большой грузоподъемности.

Положительными сторонами этой схемы вертолёта являются:

• большой объем грузового помещения. Вертолёты с продольной схемой иногда называют "летающими вагонами" .
• большой допустимый диапазон эксплуатационных центровок. Возможность использовать почти весь объем грузового пространства без потери в управляемости

К недостаткам продольной схемы вертолёта относятся:

• появление значительных вибраций в некоторых режимах полета. Этот эффект особенно сильно проявлялся на ранних моделях вертолётов
• некоторое ухудшение коэффициента полезного действия заднего несущего винта. Для решения этой проблемы задний винт расположен выше относительно переднего
• некоторая несимметричность устойчивости и управляемости в путевом отношении
• сложная трансмиссия.

Поперечная схема

Поперечные винты устанавливаются на концах крыльев или специальных опор перпендикулярно корпусу вертолёта. К поперечной схеме можно отнести и конвертопланы, например Bell V-22 Osprey.

Достоинства

• высокий коэффициент полезного действия несущих винтов вследствие отсутствия взаимного влияния
• наиболее выгодная схема с точки зрения устойчивости и управляемости вследствие аэродинамической симметрии.

К недостаткам этой схемы следует отнести:

• сложную трансмиссию
• повышенный вес конструкции
• повышенное лобовое сопротивление.

Соосная схема

Соосная схема представляет собой пару винтов, расположенных один над другим на одном валу. Винты вращаются в противоположные стороны, таким образом компенсируются реактивные моменты, возникающие от каждого из винтов.

Достоинства соосной схемы:

• минимальные габаритные размеры, т.к. лопасти соосных винтов короче несущих лопастей вертолётов с рулевым винтом схожего класса. Требуется минимальная по сравнению с другими схемами взлетно-посадочная площадка;
• компактность трансмиссии. Практически вся трансмиссия расположена на одном валу;
• сравнительная простота управления. Все органы управления расположены рядом с трансмиссией, причем при совершении маневров не затрачивается дополнительная мощность от двигателей;
• меньшее число критически уязвимых узлов, т.е. узлов повреждение которых приводит к крушению;
• большая по сравнению с традиционной схемой тяговооруженность. Нет потери мощности на рулевой винт;
• аэродинамическая симметрия схемы. Аппарат соосной схемы может совершать полет в любом направлении с одинаковой эффективностью;
• уменьшение вибраций;
• безопасность для обслуживающего персонала. Отсутствие хвостового винта уменьшает вероятность травм.

Недостатки:

• ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов из-за их взаимного влияния в различных режимах полета;
• сравнительно большую высоту вертолёта вследствие большого расстояния между винтами;
• вероятность перехлеста лопастей на критических режимах полета. Однако перехлест может наступать приблизительно в таких же режимах полета, что и несущий винт с хвостовой балкой классической схемы;
• недостаточная управляемость в путевом отношении при планировании на режиме самовращения несущих винтов.

Перекрещивающиеся лопасти

Данная схема схожа с соосной, но при этом винты устанавливаются на двух смежных валах, расположенных под углом друг к другу, исключая таким образом перехлеста. В настоящий момент единственным серийным производителем подобных вертолётов является американская компания Kaman Aircraft. Отличительной особенностью данной фирмы являются использование с системе управления вертолётом сервозакрылок, установленных на лопастях, принцип действия которых схож с элероном самолета.

Достоинства:

• минимальные габаритные размеры;
• простая и легкая трансмиссия;
• малый относительный вес конструкции;
• симметричность в отношении аэродинамики.

Из недостатков этого типа вертолёта следует отметить лишь ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов вследствие взаимного влияния их друг на друга.

Многовинтовая схема

В основном вертолёты данной конструкции используют четыре винта, одна пара из которых расположены в продольной схеме, а другая - в поперечной, хотя встречаются конструкции и с большим числом винтов.
Схема изначально была представлена в прототипах начала двадцатого века на заре авиации.
Отличается большим весом, но вместе с тем простотой управления, т.к. такая схема не требует автомата перекоса, а направление полета задается регулированием мощности на каждом из винтов в отдельности.
В настоящий момент пользуется все большей популярностью в минивертолётах с автопилотом.

Просмотров: 6919

<<< Автомат перекоса

Рулевой винт >>>