Георгий Тиняков - Пилотирование вертолета

Возросшая скорость снижения (6—10 м/сек) приводит к тому, что резко возрастает разрежение над несущим винтом и еще большее количество воздуха начинает принимать участие в вихревом кольце вокруг несущего винта.

Увеличение мощности двигателя в этом случае не увеличивает подъемной силы несущего винта, и вертолет, окруженный вихревым кольцом, опускается в невозмущенные слон воздуха, раздвигая их подобно своеобразному клину.

В результате окружающая масса воздуха вообще перестает участвовать в создании подъемной силы, а скорость снижения возрастает, несмотря на полную мощность двигателя (рис. 82).

Рис. 82. Вихревое кольцо:

1 — висение вертолета; 2— малая скорость снижения; 3— большая скорость снижения

При снижении вертолета в режиме вихревого кольца ухудшаются его устойчивость и управляемость и возникает интенсивная тряска всего вертолета.

Режим вихревого кольца до настоящего времени еще недостаточно исследован, однако для вывода вертолета из этого опасного режима достаточно перевести его на режим самовращения несущего винта. В этом случае вихревое кольцо «исчезает и вертолет начинает устойчиво снижаться на режиме самовращения. Вертикальное снижение на режиме самовращения не обеспечивает безопасного приземления из-за большой скорости снижения. Поэтому, переведя вертолет на режим самовращения опусканием рычага «шаг-газ» вниз до получения устойчивых оборотов несущего винта, равных номинальным, следует плавным отклонением ручки управления от себя перевести вертолет в поступательный полет.

Режим самовращения несущего винта (авторотация) — самый интересный режим его работы. На этом режиме несущий винт вертолета, не потребляя мощность двигателя, не только вращается, сохраняя необходимые обороты, но и создает тягу, обеспечивающую безопасное планирование и управляемость.

Необходимым условием самовращения несущего винта является прохождение воздушного потока снизу вверх через диск несущего винта, поэтому этот режим возможен только при снижении вертолета и напоминает режим планирования самолета с задросселированным двигателем.

Планировать на режиме самовращения несущего винта можно на всех скоростях — от максимальной до отвесного планирования.

Вертикальная скорость снижения вертолета зависит от скорости планирования. Кривая, показывающая зависимость вертикальной скорости снижения от поступательной скорости полета на режиме самовращения несущего винта, называется указательницей глиссад планирования (рис. 83).

Рис. 83. Указательница глиссад планирования вертолета

Поступательную скорость, соответствующую наименьшей скорости снижения, можно найти, проведя касательную к кривой, параллельную оси поступательной скорости. Скорость, соответствующую наибольшему качеству вертолета, т. е. скорость, при которой вертолет пролетит наибольшее расстояние, планируя с данной высоты, можно определить, проведя касательную из начала координат.

Режим самовращения несущего винта имеет огромное значение для вертолета, так как он обеспечивает выполнение посадки в случае отказа двигателя.

На этом режиме полета вертолет как бы превращается в автожир, и подъемная сила несущего винта при этом возникает за счет скоса потока, протекающего через диск несущего винта снизу вверх (рис. 84).

Рис. 84. Схема сил, действующих на вертолет при планировании на режиме самовращения несущего винта

Какая же причина заставляет вращаться несущий винт вертолета на этом режиме?

Многие считают, что несущий винт в этом случае должен вращаться в сторону, обратную первоначальному вращению, т. е. хвостиком вперед, так как его лопасти имеют положительный установочный угол. Однако, как увидим дальше, это мнение справедливо только при двух условиях: 1) если вертолет начнет снижение с остановленным винтом, что невозможно, и 2) если лопасти несущего винта вертолета будут иметь установочные углы, превышающие критические углы профиля лопастей.

Следует сказать, что для обеспечения устойчивого режима самовращения несущего винта необходимо уменьшить установочные углы его лопастей до некоторой малой величины путем опускания рычага «шаг-газ» вниз. Этот процесс очень похож на перевод самолета в режим планирования.

Рассмотрим схему сил, действующих на элемент лопасти несущего винта (рис. 85).

Рис. 85. Схема сил, действующих на элемент лопасти несущего винта при работе его на режиме самовращения:

1 — установившийся режим; 2— рост оборотов; 3— падение оборотов

Как известно, подъемная сила профиля Y всегда перпендикулярна к потоку, а лобовое сопротивление профиля X направлено по потоку. Полная аэродинамическая сила элемента лопасти R элбудет равна геометрической сумме сил Y и X . Когда полная аэродинамическая сила элемента лопасти R элперпендикулярна к плоскости вращения несущего винта, то этот случай соответствует установившемуся режиму самовращения несущего винта.

В случае уменьшения оборотов несущего винта по какой-либо причине окружная скорость R эл элемента лопасти уменьшится, при этом увеличится угол атаки α , а следовательно, наклонится вперед. Появившаяся горизонтальная составляющая, направленная в сторону вращения несущего винта, начнет разгонять лопасть. Как только окружная скорость элемента лопасти достигнет исходной величины, полная аэродинамическая сила R элснова станет перпендикулярной к плоскости вращения несущего винта.

При случайном увеличении оборотов несущего винта угол атаки элемента лопасти уменьшится, R элнаклонится назад, появится горизонтальная составляющая, тормозящая вращение лопасти, и обороти вновь упадут до равновесных.

Следовательно, необходимым условием установившихся оборотов режима самовращения для элемента лопасти является равенство φ = α— Θ.

График изменения ( α — Θ ) по α носит название графика запаса самовращения профиля (рис. 86).

Рис. 86. График запаса самовращения

Проводя прямую, параллельную оси α , для угла φ 0, соответствующего нашему установочному углу, получим две точки A 1и А 2. Тогда заштрихованная часть графика будет представлять область, в которой возможно самовращение для нашего профиля при φ 0.