Вертолет, 2003 № 04

Салон вертолета S-92

ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Ми-8

С профессором Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики, почетным председателем Китайского вертолетного общества Ван Ши-цунем и старшим переводчиком Конструкторского и исследовательского института вертолетостроения Юй Дзянь-чжоу наши читатели уже знакомы: в четвертом номере журнала за прошлый год была опубликована их статья под названием «От китайского «волчка» до Z-5 и Z-11», посвященная развитию вертолетостроения в Китае. Сотрудничество этих китайских специалистов с нашим журналом продолжается. Сегодня мы публикуем новую статью, надеясь, что и она не будет последней, поскольку вертолетостроение в этой стране вступает в период интенсивного развития и Китай вновь удивляет мир и темпами, и качеством создаваемой техники.

Для правильного понимания истории развития вертолетостроения, в котором одно поколение техники сменяет другое, освоения законов, по которым идет это развитие, и составления планов разработки новых типов винтокрылой техники важно иметь четкое представление о самом понятии «поколение вертолетов». Однако до сих пор, на наш взгляд, такого определения еще не сформулировано. Нам, во всяком случае, не приходилось встречаться с обсуждением этой темы на страницах журналов. Поэтому мы попытаемся сами дать такое определение на основе изучения развития вертолетной техники.

Понятно, что уровень создаваемой вертолетной техники с течением времени становится все выше. Нельзя сказать, конечно, что каждый новый вертолет является представителем нового поколения. Только накопление новых технологий дает необходимую базу, на которой и появляется такая техника. Мы считаем, что существуют четыре поколения вертолетов: первое и второе – вертолеты, созданные с начала 40-х до конца 60-х годов XX века, третье и четвертое – с начала 70-х годов прошлого века до сегодняшнего дня. Отнесение вертолетов к тому или иному поколению зависит от нескольких основных факторов.

Первый из них – конструкция и технический уровень исполнения несущих винтов вертолетов. Несущий винт – самый важный и ответственный агрегат винтокрылого аппарата. До середины 50-х годов прошлого века на вертолетах устанавливали несущие винты с лопастями смешанной конструкции (деревянно-стальные) симметричного профиля, прямоугольными з плане с нулевой круткой. Ресурс лопасти – короткий, меньше 600 часов. Втулка несущего винта в большинстве своем. имеет сложную шарнирную схему, КПД такого несущего винта на режиме висения – около 0,5.

С середины 50-х годов XX века на вертолетах стали устанавливать несущие винты с цельнометаллическими лопастями несимметричного профиля с линейной круткой, конец лопасти – трапециевидный. Такая лопасть имеет вдвсе больший ресурс – до 1200 часов. КПД несущего винта с этими лопастями на режиме висения составляет примерно 0,6.

В 70-е годы XX века цельнометаллические лопасти стали постепенно уступать дорогу стеклопластиковым с бесшарнирной втулкой. Ресурс такой лопасти – до 3600 часов и больше. Лопасть имеет специальный вертолетный профиль с нелинейней круткой, конец лопасти – стреловидный или криволинейный. Бесшарнирная втулка имеет упрощенную, более легкую конструкцию с меньшим количеством деталей. КПД такого несущего винта на режиме висения – выше 0,7.

К концу 80-х на вертолетах появляются современные несущие винты с высококачественными композиционными лопастями высокоскоростного вертолетного профиля с оптимальной круткой и передовой бесшарнирной или даже бесподшипниковой втулкой. Законцовка лопасти – трехмерная. Все это значительно улучшает распределение аэродинамических сил на лопасти, снижает уровень виброперегрузок и шумов на местности. КПД такого несущего винта на режиме висения близок к 0,8.

Второй фактор, определяющий принадлежность летательного аппарата к тому или иному поколению – это технической уровень устанавливаемых на вертолете силовых установок. На вертолетах первого поколения устанавливались поршневые двигатели. Такие двигатели имеют немало недостатков, основные из них – большой объем и малая удельная мощность (обычно 1,0-2,0 кВт/кг). С середины 50-х поршневые двигатели начали заменять турбовальными, обладавшими гораздо большими возможностями. Первые турбовальные двигатели имели удельную мощность 3.0-4,0 кВт/кг, удельный расход горючего 0,35-0,40 кгДкВт ч). Мощность новых турбовальных двигателей, которые стали появляться в 60-е и 70-е годы XX века, возросла до 4.0-5,5 кВт/кг, удельный расход горючего – до 0,30-0,35 кгДкВт-ч). Современные турбовальные двигатели, создание которых приходится на 80-е и 90-е годы, имеют удельную мощность 5,5-7,0 кВт/кг и удельный расход горючего 0,25-0-30 кгДкВт ч).

Третий фактор, позволяющий определить, к какому поколению можно отнести летательный аппарат, составляют синтетические показатели вертолетов, появившиеся в результате соединения достижений в развитии несущих винтов, силовых установок и других агрегатов и технологий их изготовления.

Аэродинамическое качество вертолета – главная характеристика винтокрылого аппарата. Этот показатель у ранних вертолетов был примерно 4, затем увеличился до 4,8 (второе поколение), 5,6 (третье поколение) и 6,5 (четвертое поколение). Аэродинамическое качество вертолета влияет на максимальную скорость горизонтального полета: у первых вертолетов она была меньше 200 км/ч, затем выросла до 250 км/ч (второе поколение), 300 км/ч (третье поколение) и, наконец, 350 км/ч (четвертое поколение).

Еще одна важная характеристика винтокрылого аппарата – весовая отдача. Отношение веса пустого летательного аппарата к максимальному взлетному весу у вертолетов первого поколения было выше 0,70. Применение новых технологий и новых материалов (от металлических до композитных) позволило уменьшить это соотношение до 0,50-0,60 (второе поколение), 0,45-0,55 (третье поколение), 0,4-0,50 (четвертое поколение).

Оценивая уровень комфортабельности вертолетов, особенно гражданских, важно учитывать такие факторы, как уровень виброперегрузок и уровень шумов на местности. Основной их источник, как известно, – несущие и рулевые винты. У вертолетов первого поколения уровень вибропере грузок и шумов на местности достигал 0,20 g и более 110 EPN дБ. Затем после улучшения конструкции несущих винтов эти показатели снизились до 0,15 g и 100 EPN дБ (второе поколение), 0,10 g и 90 ЕРК дБ (третье поколение), 0,05 g и менее 80 EPN дБ (четвертое поколение).