Георгий Тиняков - Пилотирование вертолета

Рис. 2. Схема возникновения подъемной силы у вертолета

Горизонтальная составляющая ее будет продвигать вертолет вперед, преодолевая сопротивление воздуха, а вертикальная составляющая будет уравновешивать вес вертолета.

У автожира, который, как мы уже упоминали, очень похож на вертолет, двигатель вращает обычный винт самолетного типа, который двигает автожир вперед. Несущий винт автожира вращается под действием набегающего потока воздуха на так называемом режиме самовращения (авторотации). Следовательно, для полета автожира, как и самолета, обязательно поступательное движение вперед.

У вертолета и автожира, так же как и у самолета, подъемная сила создается за счет изменения направления движения набегающего воздуха, т. е. за счет скоса потока вниз.

Работа несущих винтов вертолета и автожира совершенно различна. Если у вертолета к несущему винту подводится почти вся мощность двигателя и поток воздуха прокачивается через диск несущего винта сверху вниз, то у автожира вся мощность двигателя передается на тянущий (толкающий) винт, а несущий винт вращается набегающим потоком воздуха, проходящим через диск несущего винта снизу вверх (рис. 3).

Рис. 3. Схема возникновения подъемной силы у автожира

Несмотря на свое внешнее сходство с вертолетом, автожир в действительности более близок к самолету, так как может летать только с поступательной скоростью; висеть в воздухе, подобно вертолету, он не может. В свою очередь, не имея особых преимуществ перед самолетом, автожир распространения не получил.

Автожир в свое время явился своеобразной переходной машиной от самолета к вертолету. Авиационные конструкторы, работая над автожирами, накопили большой опыт в вопросах конструирования, аэродинамики и эксплуатации несущих винтов. Таким образом, автожиры сыграли определенную положительную роль в создании современных вертолетов.

В дальнейшем на автожирах больше останавливаться не будем.

Знакомство с вертолетами целесообразно начинать с наиболее простого вертолета одновинтовой схемы, предложенной Б. Н. Юрьевым еще в 1910 г.

Вертолет с одним несущим винтом и двигателем, расположенным в фюзеляже, нуждается в специальном устройстве для компенсации реактивного момента несущего винта. Напомним немного о реактивном моменте. Если человек прыгает из лодки на берег, то лодка отплывает от берега. Это происходит в строгом соответствии с третьим законом Ньютона — действие равно противодействию.

Подобное явление происходит с фюзеляжем вертолета при вращении несущего винта двигателем, установленным в фюзеляже: какой крутящий момент передается через трансмиссию несущему винту, такой же по величине крутящий момент, но обратный по знаку, т. е. реактивный, стремится вращать фюзеляж вертолета в сторону, обратную вращению несущего винта.

Пока вертолет находится на земле, реактивный момент его винта уравновешивается моментом силы трения шасси о земную поверхность. После взлета вертолета, когда прекращается его связь с землей, для предотвращения вращения фюзеляжа под действием реактивного момента необходима установка специального устройства.

На одновинтовых вертолетах чаще всего для компенсации реактивного момента несущего винта на специальной хвостовой балке устанавливается дополнительный небольшой винт, называемый хвостовым, или рулевым, винтом, тяга которого горизонтальна и перпендикулярна к продольной оси вертолета и создает момент, уравновешивающий реактивный момент несущего винта (рис. 4).

Рис. 4. Одновинтовой вертолет с хвостовым винтом

Установка дополнительного рулевого винта, отбирающего часть мощности у двигателя вертолета и вместе с тем не дающего ни подъемной силы, ни тяги, направленной вперед, является некоторым недостатком этой схемы вертолета.

Для устранения этого недостатка на некоторых одновинтовых вертолетах компенсационный винт располагают так, чтобы его тяга была направлена вперед (рис. 5).

Рис. 5. Одновинтовой вертолет с компенсационным винтом, создающим тягу вперед

С точки зрения рациональности конструкции более выгодными являются многовинтовые вертолеты, т. е. вертолеты с несколькими несущими винтами. На многовинтовых вертолетах реактивные моменты несущих винтов могут быть взаимно уравновешены за счет противоположного их вращения или соответствующим наклоном их плоскостей вращения.

Рассмотрим существующие схемы вертолетов с двумя несущими винтами. В настоящее время известны четыре схемы вертолетов с двумя несущими винтами, или, как их часто называют, двухвинтовые вертолеты.

Первая схема двухвинтового вертолета — соосного типа с винтами противоположного вращения (рис. 6).

Рис. 6. Двухвинтовой вертолет с соосными винтами противоположного вращения

Достоинствами вертолета этого типа являются:

— минимальные габаритные размеры;

— сравнительная простота трансмиссии;

— относительно малый вес конструкции.

Недостатками вертолета этого типа следует считать:

— ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов из-за их взаимного влияния на различных режимах полета;

— сравнительно большую высоту вертолета вследствие большого расстояния между винтами;

— недостаточную управляемость в путевом отношении при планировании на режиме самовращения несущих винтов.

Вертолеты подобного типа строились как с шарнирно подвешенными ко втулке лопастями винтов, так и с лопастями, жестко закрепленными на ней.

Следующий тип двухвинтового вертолета — это вертолет с несущими винтами, расположенными по бокам фюзеляжа, или вертолет поперечной схемы (рис. 7).

Рис. 7. Двухвинтовой вертолет поперечной схемы

Достоинствами такой схемы вертолета являются:

— высокий коэффициент полезного действия несущих винтов вследствие отсутствия их взаимного влияния;

— наиболее выгодная схема с точки зрения устойчивости и управляемости вследствие полной аэродинамической симметрии.