Вертоліт: пристрій, типи, система керування, призначення

Повноцінним запуском першого у світі вертольота, нехай і військового, можна вважати подію 13 січня 1942 року, коли в повітря було піднято гелікоптер Сікорського, призначений для військових цілей. Вчений-авіаконструктор почав розробки гелікоптерів у дореволюційній Росії, продовживши їх в еміграції до США. З того часу пройшло багато часу, пристрій вертольотів зазнав значних змін, але цілі застосування техніки залишилися незмінними.

Конструкція вертольотів

У всіх схемах гелікоптерів виділяють одні й ті самі основні частини:

• Гвинт, що несе. Створює пропульсивну та підйомну сили та керує вертольотом. Конструктивно він складається з лопат і втулки, що передає від валу головного редуктора крутний момент до лопат.
• Рульовий гвинт. Компенсує реактивний крутний момент несучого гвинта колійне керування одногвинтового вертольота. У його конструкцію входять закріплена на валу хвостового редуктора втулка та лопаті.
• Автомат перекосу. Керує циклічним і загальним кроком гвинта, що несе, передає сигнали від ланцюга управління до осьового шарніра втулки, а після - до лопат.
• Система керування. Гелікоптери оснащуються трьома незалежними системами управління: колійною, поздовжньо-поперечною та керуючою загальним кроком гвинта. Такі системи включають важелі в кабіні, механізми градієнта зусиль, гойдалки та тяги, автомат перекосу та гідропідсилювачі.
• Трансмісія. Передає потужність гвинтам та допоміжним агрегатам від двигунів. Кількість та розміщення двигунів, а також схема вертольота визначають конструкцію трансмісії.
• Фюзеляж. До нього кріпляться основні вузли вертольота.Призначений для розміщення пасажирів та вантажів, палива, обладнання.
• Крило. Формує додаткову підйомну силу, знижуючи навантаження на гвинт, що несе, і збільшуючи швидкість вертольота. У крилах також можуть розміщуватись обладнання, паливні баки та ніші для приховування шасі. Несучі гвинти у вертольотах поперечної схеми підтримуються крилом.
• Оперення. Забезпечує балансування, стійкість та керованість вертольота. Діляється на два типи - вертикальний, або кіль, і горизонтальний, або стабілізатор.
• Злітно-посадкові деталі вертольота. Призначені для стоянки вертольота, гасіння кінетичної енергії при посадці та пересуванні по землі. У багатьох вертольотів шасі забираються у польоті.
• Двигун вертольота. Створює потужність, необхідну для живлення допоміжних агрегатів, приводу, що несе, і рульових гвинтів. Силова установка поєднує кілька двигунів із системами, що забезпечують їхню стабільну роботу в різних режимах.

Типи вертольотів

Гелікоптери поділяються на кілька видів. Кожен з типів має свої особливості, сильні і слабкі сторони.

Одногвинтові вертольоти

Найбільш поширений тип пристрою гелікоптерів - одногвинтова машина з хвостовим гвинтом. Перевага такої конструкції у простоті - одна трансмісія, один гвинт, легке управління. Близько 8-10 % потужності двигуна йдуть працювати хвостового гвинта при зависанні повітря, близько 3-4 % - при поступальному польоті. Відносно невелика вага та простота конструкції покривають такі втрати потужності. Недолік такого пристрою гелікоптерів - небезпека, що загрожує наземному персоналу від хвостового гвинта.

Жиродін

Ось гвинта таких вертольотів, що компенсує момент, що крутить, спрямована по польоту.Така конструкція дозволяє створювати тягу, не вдаючись до використання гвинта, що несе. Це підвищує його ефективність, оскільки відсутня потреба у його нахилі вперед. Гвинт, що компенсує гвинт, що крутить момент, розміщується таким чином, щоб не формувати лобового опору і збільшувати потужність, що подається компенсуючого гвинта.

Реактивний вертоліт

Пристрій такої моделі - простий спосіб усунення проблеми моменту, що крутить. Він створюється розташованими на кінці лопат двигунами, але не передається через вал. На фюзеляж передається лише момент тертя підшипників.

Реактивні двигуни створюють реактивну тягу. Несучий гвинт такого типу має просту конструкцію, що є його перевагою; серед недоліків - висока витрата палива.

Співвісний вертоліт

Два гвинти співвісного вертольота, розташовані один над одним і обертаються в протилежних напрямках, гасять момент, що передається на фюзеляж. Єдиною вимогою до гвинтів є однаковий момент, що крутить.

Співвісні гелікоптери поступаються одногвинтовим в габаритах, але при цьому момент, що крутить, не компенсується за рахунок потужності, що можливо завдяки влаштуванню вертольотів.

Вертольоти з поперечно розташованим гвинтом, що несе

Перевага такого вертольота криється у зниженні потужності, необхідної для поступального руху. Це особливо важливо в багатомоторних вертольотах, які повинні продовжувати рухатися в горизонтальному напрямку при моторі, що зупинився.

Недолік таких машин - високий опір через лобовий опір конструкції, на яку спираються гвинти. Обтічність та зниження габаритів конструкції збільшує вагу вертольота.

Вертоліт з поперечним розташуванням гвинтів оснащений більш складною трансмісією і має великі габарити, хоча на них впливає ступінь перекриття гвинта, що несе. Одним із найбільших і найважчих вертольотів такої конструкції є Мі-12.

Вертоліт із поздовжнім розташуванням гвинта

Місткий фюзеляж та можливість зміщення центру ваги – гідності такої конструкції вертольотів. Корисне навантаження розподіляється між гвинтами, що несуть. Ускладнена трансмісія та її велика вага – основні недоліки, характерні для гелікоптерів з поперечним розташуванням гвинтів.

Другий недолік - зменшена ефективність гвинтів, оскільки струмені їх роботи перетинаються. При поступальному польоті втрата якості скорочується через те, що задній гвинт розташований вище переднього. Скільки лопат у вертольотів такої конструкції? Діаметр гвинтів і кількість лопатей можуть змінюватись для покращення керованості та стійкості машини.

Багатогвинтові вертольоти

Проекти багатогвинтових гелікоптерів, що розробляються авіаконструкторами, передбачали створення важких моделей машин. За рахунок кількох несучих гвинтів спрощується управління, оскільки гелікоптер за допомогою підвищення тяги конкретного гвинта може повертатися щодо будь-якої з трьох осей. Багатогвинтова схема важких гелікоптерів дозволяє зберігати діаметр гвинтів у певних межах.

Як влаштований вертоліт і чому він літає

Доброго часу доби шановний гість. Сьогодні я розповім Вам, як влаштований вертоліт, і чому він літає. Насамперед, давайте визначимо, що це за звір. Отже, вертоліт чи гелікоптер – це літальний апарат важчий за повітря.

Як улаштований вертоліт. Основні частини

1. Фюзеляж, у якому розташовуються кабіна пілота, двигун, редуктор, паливні баки;
2. Основний ротор, розташований над фюзеляжем;
3. Хвостова балка, на якій встановлений кермовий гвинт;
4. Шасі.

Схеми розташування роторів

1. Рис.1 Класична схема, тобто однороторна з рульовим гвинтом.
2. Мал. 4 Співвісна схема — гвинти, що несуть, встановлені один над одним, що обертаються в протилежні сторони. У цьому випадку кермовий гвинт (РВ) не потрібний. Маневрування за курсом відбувається за рахунок різниці числа оборотів роторів.
3. Мал. 2 Двороторна, з поперечним і поздовжнім розташуванням несучих гвинтів.

Двигуни та органи управління

Двигун може бути як поршневий, так і газотурбінний чи турбувальний. У кабіні пілота знаходяться органи управління та прилади контролю. До органів управління належать:

1. Ручка керування вертольотом. За допомогою її машина пілотується по тангажу та крену;
2. Ручка контролю кроку та обертів несучого гвинта (ручка крок-газ). За допомогою неї проводиться координація по висоті та швидкості польоту;
3. Педалі – контролюють поворот навколо вертикальної осі чи курс.
4. Тримери - за допомогою них проводиться тонка настройка.

Принцип польоту та контроль

Підйомну силу, що дозволяє гелікоптеру літати, створює основний ротор. Лопаті ротора виконані з легкого міцного матеріалу з профілем як у крила літака. Управління ними здійснюється за допомогою автомата перекосу (АП). Який, у свою чергу, контролюється ручкою керування вертольотом та ручкою крок-газ. У вертольотів (класичної) схеми хвостовий гвинт розташовується вертикально на кінці хвостової балки літального апарату. І, своєю чергою, служить компенсації реактивного моменту від ОР, і поворотів навколо вертикальної осі.

Управління рульовим гвинтом відбувається за допомогою автомата перекосу, пов'язаного з педалями маневрування за курсом.

Як улаштований вертоліт. Автомат перекосу

Тепер, розглянемо роботу (АП) основного ротора. Цей чудовий механізм винайшов російським ученим Б. Н. Юр'євим у 1911 році. Відкривши цим шлях до гелікоптеробудування. Саме за допомогою цього хитромудрого винаходу, гелікоптери можуть літати передом, задом і навіть боком. А найголовніше, не перевертатися при горизонтальному польоті.

Маневрування по тангажу та крену проводиться за рахунок зміни кута нахилу конуса ОР. Сам же кут нахилу конуса змінюється зі збільшенням кута атаки лопаті у певному секторі її обертання. Розглянемо рух вертольота вперед. Кожна лопать ОР, проходячи у задній чверті, збільшує кут атаки, а передній – зменшує. В результаті підйомна сила в задній чверті більша, а в передній – менше.

Таким чином, вісь обертання гвинта, що несе, нахиляється вперед, а разом з нею нахиляється і весь вертоліт. За рахунок цього нахилу створюється горизонтальна складова підйомної сили. І вертоліт летить уперед. При польотах задом і боком, все відбувається так само, тільки кути атаки збільшуються і зменшуються в потрібних секторах обертання.

Далі ще цікавіше. Гелікоптер летить вперед. Що ж відбувається з підйомною силою праворуч та ліворуч. Уявимо, що гвинт, що несе, обертається за годинниковою стрілкою. Значить, лопаті в секторі зліва мають умовний напрямок руху вперед, а праворуч – назад. І вертоліт летить уперед. Отже, за рахунок набігаючого потоку від руху вертольота, швидкість лівої лопаті більша за праву. А значить, і підйомна сила, що створюється лівою більше ніж правою.Ось тут і знову починає працювати автомат перекосу. Він коригує кути атаки лопатей, що рухаються в напрямку руху вертольота, і проти. Тим самим зрівнюючи підйомну силу обох. І не даючи літальному гелікоптеру перекинутися. Здорово, чи не так?

Контроль курсу та компенсація реактивного моменту

Ну що ж, з еволюціями по крену і тангажу, а також із запобігання перекиданням, все зрозуміло. Переходимо до маневрування за курсом та компенсацією реактивного моменту. Тут все набагато простіше. Як я вже писав, обертання навколо вертикальної осі виконується педалями. Педалі пов'язані з АП кермового гвинта. При збільшенні кроку РВ обертання вертольота відбувається в один бік, а при зменшенні в інший.

Двигун вертольота обертає вал ВР за годинниковою стрілкою. Вертоліт же, прагнути обертатися у зворотний бік. Компенсувати це обертання допомагає хвосовий гвинт. Швидкість, з якою він крутиться, безпосередньо заздрість швидкості обертання ОР. При збільшенні числа обертів та кроку основного ротора збільшується момент. Однак, обороти і крок кермового ротора, теж збільшуються, тим самим, гасячи наростаючий реактивний момент. Як бачимо, все геніальне просто.

Сподіваюся, я зрозуміло пояснив принцип польоту і роботу автомата перекосу вертольота. Дякую за увагу.