План
- Аеродинаміка та принцип польоту вертольота. Несучий гвинт.
- Автомат перекосу.
- Будова вертольота.
- Інші літальні апарати з несучим гвинтом.
Вступ
Вертоліт – літальний апарат, важчий за повітря. Його головна перевага над іншими літальними апаратами – це здатність до вертикального зльоту, можливість зависати у повітрі і надзвичайно широкий спектр застосування.
Для вертольота не потрібні злітні смуги зі спеціальним покриттям, вертоліт може приземлятись на траву, пісок, ґрунт, дахи будівель, воду (за наявності спеціальних шасі), сніг… Вертольоти використовують для пасажирських та транспортних перевезень (причому вантажі можна кріпити ззовні до фюзеляжу), він став незамінним елементом військових та рятувальних операцій, монтажних будівельних робіт та іншого.
Мета даного комплексу гутірок – ознайомити слухача з принциповими особливостями будови та принципу польоту вертольота.
1. Аеродинаміка та принцип польоту вертольота. Несучий гвинт.
Вертоліт (гелікоптер – рис. 1) — літальний апарат, важчий за повітря. Підйом і переміщення в повітрі забезпечується несучим гвинтом, що обертається в горизонтальній площині.
Несучий гвинт () – пристрій, призначений для створення підйомної сили. З точки
зору аеродинаміки немає жодних принципових відмінностей між крилом літака та несучим гвинтом. Лопасті несучого гвинта мають несиметричний профіль і в результаті їх руху відносно повітря створюється підйомна сила. При цьому фюзеляж вертольоту залишається на місці.
Гвинт, що обертається, створює значний реактивний обертальний момент, тобто фюзеляж вертольота буде обертатись в сторону, протилежну до напрямку обертання несучого гвинта. Виникнення реактивного обертального моменту можна пояснити як результат виконання закону збереження моменту імпульсу. Наглядно це можна пояснити на прикладі повороту якого-небудь плавзасобу на воді (рис. 2). Веслуємо в одну сторону – плавзасіб повертає в іншу.
Реактивний обертальний момент необхідно якось компенсувати (важко керувати вертольотом, який постійно обертається ). Компенсувати його можна створивши такий же обертальний момент, проте направлений в протилежний бік. Тоді фюзеляж обертатись не буде.
Для реалізації такої ситуації використовують кілька схем розташування різних гвинтів. Найпростіша – класична схема (рис. 1). Тут обертальний момент компенсується за допомогою хвостового гвинта, що кріпиться до хвостової балки і створює тягу вбік.
Ще використовують схеми з двома несучими гвинтами (рис. 3). Розмістити несучі гвинти на фюзеляжі можна по різному. Розрізняють співвісну схему (рис. 3 – а), коли обидва гвинти надіті на одну вісь обертання; повздовжню схему (рис.3 –б ), коли гвинти знаходяться на лінії, що розміщена вздовж фюзеляжу і поперечну схему (рис. 3 – в), коли два гвинти розташовані на лінії, що знаходиться впоперек фюзеляжу.
2. Автомат перекосу.
Ми змогли розібратись як виникає підйомна сила на гвинті вертольота. Це передбачає політ вертольота вгору і вниз (рис. 4). Як же керувати вертольотом? Звичайно по осі рискання керування можна здійснювати за допомогою зміни кута атаки, а як наслідок – тяги хвостового гвинта. Проте як буди з креном і тангажем? Для цього придумали пристрій під назвою автомат перекосу.
Автомат перекосу нахиляє площину обертання несучого гвинта, за рахунок чого сила тяги вже має дві складові – вертикальну(рис.5-1) і горизонтальну (рис. 5 -2). Це дозволяє рух вертольота у горизонтальній площині.
Автомат перекосу – прилад зі складною будовою. Він керується через гідравлічну систему штурвалом пілота Зараз ми постараємось розібратись у його будові та принципі роботи.
В загальних рисах автомат перекосу влаштований наступним чином (рис. 6). Вал несучого гвинта проходить всередині напрямного повзуна загальної тяги. По напрямній пересувається повзун 7 з шарнірно приєднаним до нього внутрішнім нерухомим кільцем 8, а також качалками повздовжнього і поперечного управління. Внутрішнє кільце зв’язане підшипником з зовнішнім обертальнім кільцем 3, яке може відхилятись в двох площинах. Зовнішнє кільце (тарілка) автомата перекосу приводиться в обертання повідком 2, з’єднаним з валом несучого гвинта. Кінцеві шарніри обертальної тарілки зв’язані тягами 1 з ричагами 4 повороту лопастей.
Автомат перекосу керується гідропідсилювачами, що діють на тяги поперечного 5 и поздовжнього 9 керування, а також на ричаг управління загальною тягою 6. При відхиленні ричага загальної тяги повзун автомата перекосу рухається вгору чи вниз по напрямній, при цьому всі вертикальні тяги переміщуються на однакові відстані і повертають за допомогою ричагів всі лопасті на кут. Керування загальним кроком лопастей несучого гвинта супроводжується синхронною зміною потужності двигунів.
3. Будова вертольота.
Принципово, не вдуваючись до деталей будову вертольота класичної схеми можна подати наступним чином (Рис. 7).
До основних елементів належать несучий гвинт (1), хвостовий гвинт для компенсації обертального моменту (2), вертикальні (8) та горизонтальні (9) стабілізатори служать для стабілізації та керування польотом; слова установка (3) – знаходиться всередині фюзеляжу (4) та створює обертання, які за допомогою редуктора передаються на несучий та хвостовий гвинти.
Також всередині фюзеляжу знаходиться пілот (5), а також місце для пасажирів чи вантажу (6) . Для здійснення приземлення присутні шасі (7), вони можуть бути різного типу в залежності від того на яку поверхню треба сідати.
4. Інші літальні апарати з несучим гвинтом.
Гвинтокрил
Гвинтокрил – це ЛА в якому поєднані риси вертольота та літака. Завдяки несучому гвинту він може здійснювати вертикальний зліт та посадку, а сам політ здійснюється завдяки наявності крила і двигунів з тягнущими гвинтами, які дозволяють розвинути досить високу швидкість горизонтального польоту. При цьому гвинт працює в режимі авторотації.
Конвертоплан (англ. tiltrotor aircraft) — окремий тип повітряного судна, літальний апарат з фіксованим крилом, що може виконувати вертикальний зліт/посадку і можливість фізично повертати двигуни (за звичай — пропелери) на 90 градусів для створення вертикальної підіймальної сили або горизонтальної тягової.Особливість конвертоплана — це те, що його ґвинти повертаються, на відміну від ґвинтокрила, ґвинти якого зафіксовано на кінцівках крила.
Автожир
Літальний апарат важчий за повітря, який утримується в повітрі завдяки гвинту, що розміщений над фюзеляжем і вільно обертається від дії зустрічного повітряного потоку (явище авторотації).
У той же час автожир має ще й тягнучі/штовхаючі гвинти (пропелери), як і у звичайного літака часів поршневої авіації. Цей маршовий гвинт задає автожиру горизонтальну швидкість.
Більшість автожирів не можуть злітати вертикально, але їм потрібно набагато коротший розбіг для зльоту (10-50 м), ніж літаку. Майже всі автожири здатні до посадки без пробігу або з пробігом всього кілька метрів, до того ж ці апарати здатні висіти при сильному зустрічному вітрі. Таким чином, за маневреністю вони перебувають між літаками і вертольотами, трохи поступаючись вертольотам і абсолютно перевершуючи літаки.