Все правильно. Только хочу разделить два важнейших явления. 1. Несущий винт создает подъемную силу за счет вращения лопастей, повернутых под некотрым углом атаки. Чем больше угол атаки, тем больше величина подъемной силы. Если лопасти абсолютно гоизонтальны, то подъемной силы винт не создает и вертолет не взлетит. Имеется некоторое критическое значение угла атаки лопастей, при котором создается подъемгная сила, достаточная только для того, чтобюы удерживать массу вертолета в воздухе неподвижно. После взлета и набора высоты 25-30 метров, пилот вертлоета по стандартам переводит лопасти несущего винта в это предельное положение, и вертолет осуществляет так называемое "контрольное висение" - он должен оставться неподвижным без изменнеия оборотов двигателя на определенной высоты над землей некоторое время. Если контрольное висение проходит удачно. возможен дальнейший полет. 2. Взлет и посадка понятны элементарны: изменение углда атаки лопастей. Горазлдо сложнее понять, как заставить вертолет двигаеться в том или ином направлении? В олтлдичие он некоторых предыдущих ответчиков, я скажу, что ось несущего винта вертолета ВСЕГДА строго вертикальна, то есть ротор его вращается ВСЕГДА только в ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ плоскости. Если бы управление ротором заключалось лишь в одновременном изменении угла атаки лорпастей, то вектор тяги всегда был бы направлен строго по оси винта, то есть вертолет мог бы лететь либо вверх, либо вниз. Управлять вертолетом позволяет АВТОМАТ ПЕРЕКОСА ЛОПАСТЕЙ - именно ЛОПАСТЕЙ. а отнюдь не наклона оси ротора. Схематично его стуройство можно объяснить на пальцах. Представьте себе обычнй шарикополшипники, надетый на ось несущего винта. Каждая из лопастей может поворачиваться относительно своего нейтрального положения, т. е. принимать тот или иной угол атаки, с помощью рычага, прикрепленного к ее оси. Концы всмех этих рычагов прикреплены к внутренней обойме шарикоподшипника - они вращаются вместе с лпастями. Когда подшипник располоджен горизонтально, то все рычанги имеют одно положение и лопасти имеют один уго атаки. Сам подшипник на к есу не прикреплен, но к внешней его обойме прикреплен рычаг - ручка управления автоматом пересоса. Если этот рычаг наклонит подшипник вперед, то получится, что у внутренней обоймы передняя часть окажется ниже, чем задняя. То есть рычаги управления лопастями. пробегая внутеннюю обойму в таком полодении, будут уходить вниз при достижении переднего полодения, а при достижении залднего - подниматься вверх. Иными словами. угол атаки лопасти плавно менячется по мере совершения ею поного оболрота вокруг оси винта. И несмотря на то. что ось винта строго вертикальна, "передние" лопасти будут создавать более значительную подъемную силу, нежели "задние" - за счет большего угла атаки. В итоге общий вектор подъемной силы винта сместится из вертикального положения и наклонится вперед - то етсь винт придаст вертолету не только подъемную силу, но и тягу. направленную вперед. Точно так же, отклоняя рычагом наружную обойму шарикоподшипника, можно смсещать вектор тяги в любую столрону. Это механическое устройство кажется неевроятно простым, однако общий принцип атомата перекоса лопастей используется в вертолетах по сей день без оосбых изменений.

Как летает вертолет?

Авиация - сколько в этом слове завораживающего и невероятного! Чего стоят одни только самолёты и вертолёты! А задумывались ли вы, как летает вертолет? Ну, с самолётом всё понятно, крылья позволяют ему держаться в небе, не падая, лететь вперёд, в сторону. «А вот вертолёт таких крыльев не имеет» - скажете вы. И будете правы только наполовину. Но об этом подробней.

Принцип полета вертолета

Вероятно, все видели винт, расположенный на крыше у вертолёта. Именно он и отвечает за поднятие машины в воздух. Несущий винт больших размеров состоит из лопастей, которые при вращении и подымают вертолёт. Они выполняют функцию крыла, как у самолёта, вот только по размеру меньше, а количество их больше. Когда заводится двигатель, лопасти винта начинают вращение, заставляя летательный аппарат взлетать в небо. Сила, которая применяется к каждому крылу-лопасти, суммируется в общую силу, которая применяется ко всей машине в целом. Именно эта аэродинамическая сила перпендикулярная по отношению к плоскости, создающейся при вращении всех лопастей и винта в целом, способствует поднятию в воздух тяжёлого летательного аппарата. Если сила вращения винта больше, чем вес всего летательного аппарата, он будет взлетать. Если сила меньше, полёт не будет совершён. А вот если сила одинаковая, вертолёт застрянет на месте. Можно посмотреть подробней о том, как летает вертолет, на видео. Вы заметите, что после того как лопасти набирают обороты, вертолёт начинает взлетать, но не сразу. Сперва он немного зависает, а уж после того как набирает обороты, взлетает.

Топливо для полета

Для вертолёта в основном используют бензин - авиационный керосин. Но с развитием технологий начинают искать более подходящее и менее дорогостояще топливо. Например, метан, вернее, криогенное топливо, которое делают из метана. Оно устойчиво к малым температурам (- 170 градусов). Это природный газ, который можно безопасно транспортировать на тех же вертолётах. Также верным ответом на вопрос о том, на чем летает вертолет, будет и такой газ как бутан или пропан. Такое топливо можно перевозить в условиях обычных температур. Оно отлично подходит для двигателя, не портит качества полета, считается практически лучшим топливом для летательного аппарата.

Стоит сказать, что топливо для вертолёта может использоваться совершенно разное, но при этом портится качество полета. Как и в машине, если залить плохой, некачественный бензин, автомобиль ездит плохо, так и с вертолетами: плохое топливо негативно влияет на работу вертолета.

Второй винт

Часто можно увидеть вертолёт с двумя винтами, один из которых располагается на хвосте. Благодаря ему он и взлетает. Хвостовой винт создаёт противодействие основному. Его лопасти вращаются не в унисон несущему винту, а наоборот. Таким образом, создавая тягу, второй винт уравновешивает силу несущего, чем и заставляет вертолёт взлететь, при этом защищая его от «заносов» влево или вправо при вращении большого винта.

Но на некоторых вертолётах нет хвостового винта. На моделях такого летательного аппарата находится ещё один несущий винт. Он расположен под верхним несущим. Его лопасти так же, как и у хвостового, вращаются противоположно. Вертолёты с таким механизмом взлетают быстрее, поскольку винты имеют одинаковую силу при подъёме. Такие вертолеты подымаются в воздух немного быстрее.

Подъемная сила и тяга для поступательного движения у вертолета создается с помощью несущего винта. В работе несущего винта вертолета и воздушного винта самолета есть много общего, но имеются и отличия. Сравнивая их работу, можно заметить, что при одинаковой мощности двигателя тяга несущего винта вертолета всегда больше, благодаря тому что74 диаметр несущего винта вертолета во много раз больше диаметра воздушного винта самолета. Тяга несущего винта в значительной степени зависит от его диаметра и числа оборотов.

Так, при увеличении диаметра винта вдвое тяга его увеличивается приблизительно в 16 раз; при увеличении числа оборотов вдвое - примерно в 4 раза.Несущий винт вертолета обладает исключительно важным свойством - способностью создавать подъемную силу в режиме самовращения (авторотации) в случае остановки двигателя, что позволяет вертолету совершать безопасный планирующий или парашютирующий (вертикальный) спуск и посадку. При висении и при вертикальном подъеме несущий винт (ротор) вертолета работает подобно воздушному винту. При поступательном полете ось его вращения наклоняется вперед и он работает в режиме косой обдувки

(рис. 155)
а-режим косой обдувки, б-пропеллерный режим

Когда лопасти вращаются, подъемная сила заставляет их подниматься, в то время как центробежная сила препятствует их чрезмерному закидыванию вверх, поэтому диск ротора принимает коническую форму. Скорость движения лопасти относительно воздуха неодинакова. Она меньше у оси вращения и больше у конца лопасти и, кроме того, меняется в зависимости от положения лопасти по отношению к направлению полета. Так, при вращении винта скорость лопасти, движущейся вперед, слагается из скоростей от ее вращения и поступательного движения вертолета. Для лопасти же, движущейся назад, скорость будет определяться разностью между скоростью от вращения винта и поступательного движения всей машины. Из-за меньшей скорости у лопасти, движущейся назад, будет меньше и подъемная сила. Чтобы этого не произошло, увеличивают ее угол атаки для сохранения равновесия.

При остановке мотора вертолет становится автожиром. В этом случае ротор вращается без подвода мощности в результате действия аэродинамических сил. Последние обеспечивают необходимую тягу ротора и поддерживают его вращение. Но это превращение зависит от многих факторов. Основной из них - направление обдувки ротора воздушным потоком. При моторном полете воздушный поток набегает на ротор вертолета сверху, в режиме авторотации - снизу. Для обеспечения авторотации необходима определенная скорость потока (прямого или косого), т. е. вертолет должен перемещаться относительно потока. Так, для безопасной авторотирующей посадки с режима висения аппарат должен иметь запас высоты.

По числу несущих винтов вертолеты принято классифицировать на одновинтовые, двухвинтовые и многовинтовые. Наиболее распространена одновинтовая схема. Кроме несущего, одновинтовой вертолет обычно имеет хвостовой винт. Основное назначение хвостового винта состоит в том, что он гасит реактивный момент, который стремится развернуть вертолет в полете в сторону, противоположную вращению несущего винта. Чтобы понять это явление, представим себе человека, плывущего на плоту

(рис. 156)

При попытке развернуть плот он стремится повернуться в сторону, противоположную направлению движения весла. Для того чтобы вертолет в полете не вращался, необходимо приложить к нему такой же момент, как и к несущему винту, но противоположного направления. Такой момент относительно центра тяжести вертолета и создает хвостовой винт. Момент равен произведению силы на плечо, поэтому хвостовой винт стараются расположить на хвосте так, чтобы увеличить плечо приложения силы, развиваемой этим винтом.

Вторая функция хвостового винта - путевое управление вертолетом. Это достигается путем изменения установочных углов лопастей хвостового винта, приводимого во вращение из кабины пилота с помощью ножных педалей. С изменением углов установки меняется тяга рулевого винта и нарушается равновесие реактивного момента и момента тяги хвостового винта, действующих на вертолет, что позволяет поворачивать машину в нужном направлении. Двухвинтовые вертолеты подразделяются на несколько подгрупп. К ним относятся вертолеты соосной схемы

(рис. 157, а)

При которой на одной оси расположены один над другим два несущих винта, вращающихся в противоположные стороны; вертолеты продольной схемы (рис. 157, б) с расположением несущих винтов на концах фюзеляжа; вертолеты поперечной схемы (рис. 157, в) с расположением двух несущих винтов по бокам фюзеляжа.При Двувинтовой схеме вертолета реактивные моменты одинаковых несущих винтов взаимно уравновешиваются, потому что винты вращаются в противоположные стороны с одинаковой скоростью (поэтому на таких вертолетах нет хвостовых винтов). Вертолеты многовинтовой схемы могут иметь три, четыре и более несущих винтов.

Они обладают большой грузоподъемностью.Однако подобные вертолеты строят очень редко из-за сложности системы управления и устройства трансмиссии. Горизонтальный полет является основным режимом полета вертолета, так как он обычно занимает наибольшую часть времени полета. Необходимая тяга для поступательного горизонтального или наклонного движения вертолета создается наклоном плоскости вращения винта. При этом соответственно наклоняется и равнодействующая аэродинамических сил R на винте. В горизонтальном полете вертикальная составляющая силы R дает подъемную силу Y, уравновешивающую силу тяжести G, а горизонтальная составляющая - тягу P для движения по горизонту, уравновешивающую лобовое сопротивление X вертолета

(рис. 158)
А-плоскость вращения винта при висении, Б- при горизонтальном полёте

Для того чтобы самолет или планер летал, нужна подъемная сила, а эта сила создается крылом. Поэтому главным в самолете является крыло, ибо в конечном счете Весь самолет может быть сведен в летающее крыло, без фюзеляжа, без оперения.

У вертолета роль крыла играет несущий винт. Даже если в летательном аппарате ничего больше нет, кроме несущего винта, мы можем принципиально назвать его «вертолетом».

Наверное, многие в детстве делали себе такой «вертолет», состоящий только ив одного винта, вырезанного из куска жести. Стартовым устройством для него служила обыкновенная катушка от ниток, вращающаяся на стержне.

Однако роль несущего винта вертолета гораздо более многогранна, чем роль крыла самолета.

Созданием подъемной силы еще не ограничивается назначение несущего винта.

Когда вы посмотрите на вертолет в горизонтальном полете, вы неизбежно обратите внимание на то, что фюзеляж носом наклонен к горизонту. При этом наклоненным вперед оказывается и несущий винт.

Полная аэродинамическая сила R, развиваемая несущим винтом и направленная перпендикулярно к плоскости вращения концов лопастей, в этом случае может быть разложена на две составляющие: направленную вертикально подъемную силу, которая поддерживает вертолет на заданной высоте, и силу, направленную по касательной к траектории полета, Р, которая на вертолете является силой тяги. За счет этой силы вертолет летит вперед. Таким образом, несущий винт в поступательном полете одновременно является и тянущим винтом.

Однако и этим не ограничивается роль несущего винта. У вертолета в отличие от самолета нет рулевых поверхностей, таких, как элероны, триммеры, рули направления и высоты. Да они и не имели бы смысла, так как во время полета не обдувались бы потоком воздуха и в силу этого не могли бы служить целям управления.

Ведь мы знаем, что для изменения положения тела, к нему нужно приложить внешнюю силу. В полете вертолет окружен воздухом, поэтому внешняя сила может быть только результатом взаимодействия каких-либо частей вертолета с воздушной средой. Для того чтобы возникла сила сопротивления воздуха, тело должно перемещаться с большей скоростью. Когда вертолет висит в воздухе, то этому условию не отвечает ни одна его часть, кроме винта. Поэтому роль органа управления вертолетом также возложена на несущий винт. Действуя ручкой управления, летчик с помощью особых устройств, о которых будет рассказано в следующих главах, добивается такого положения, которое равносильно изменению плоскости вращения несущего винта. При этом изменяет свое направление и полная аэродинамическая сила воздушного винта и обе ее составляющие. И если подъемная сила всегда направлена вертикально вверх, то вторая составляющая - по касательной к траектории полета.

В зависимости от угла наклона полной аэродинамической силы меняется не только направление, но и величины ее составляющих. Следовательно, управляя несущим винтом, летчик может изменять не только направление полета, но и скорость полета.

Для подъема или спуска вертолета летчик также воздействует на лопасти несущего винта, уменьшая или увеличивая одновременно и на одинаковую величину угол установки всех лопастей.

Если на вертолете отказывает двигатель, то, уменьшая углы атаки лопастей, летчик ставит несущий винт в положение самовращения (авторотации). Поддерживаемый подъемной силой, создаваемой винтом на этом режиме работы, вертолет совершает безопасный планирующий спуск.

Из сказанного выше ясно, что для понимания устройства и полета вертолета надо разобраться прежде всего в работе несущего винта; для того чтобы вертолет успешно мог летать, конструктор должен обеспечить надежность прежде всего несущего винта.

Летчики, инженеры, техники и механики, летающие на вертолетах и обслуживающие их, прежде всего должны следить за безукоризненным состоянием несущего винта.

Итак, несущий винт - вот что главное в вертолете

Режимов работы несущего винта вертолета чрезвычайно много. Каждому режиму полета вертолета соответствует свой режим работы несущего винта. Основными для вертолета являются: пропеллерный режим, режим косой обдувки, режим самовращения (авгоротация) и режим вихревого -сольца.

Пропеллерный режим возникает при вертикальном подъеме или висении вертолета.

Режим косой обдувки возникает при поступательном полете вертолета.

Режим самовращения возникает при отключении двигателя вертолета от несущего винта в полете, при этом винт вращается под действием потока воздуха.

Режим вихревого кольца возникает при снижении вертолета. При таком режиме поток воздуха, проходя сквозь ометаемую винтом поверхность сверху вниз, вновь подходит к винту сверху.

Однако в некоторых частных случаях, например, в пропеллерном режиме, его работа схожа с работой самолетного винта. Когда самолет находится на земле или летит горизонтально, его винт обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Когда вертолет находится на земле, висит в воздухе или поднимается вертикально вверх, его несущий винт также обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Различие при этом состоит только В ТОМ, что у самолета струи воздуха проходят через плоскость вращения винта в горизонтальном направлении, спереди назад, тогда как у вертолета - в вертикальном направлении, сверху вниз. При этом несущий винт захватывает воздух из зоны А сверху и отбрасывает его, закручивая, вниз, в зону. На место частиц воздуха, забранных из зоны А, поступают частицы воздуха из окружающей среды и частично из зоны Б, но уже вне плоскости вращения винта.

До того, как несущий винт был приведен во вращение, воздух над винтом н под ним находился в состоянии покоя С началом вращения винта приборы, внесенные с область действия винта, но находящуюся вдали от него, покажут наблюдателю, что в сечении 0-0 воздух по-прежнему находится в состоянии относительного покоя. Его давление равно атмосферному, а скорость. Расстояние от сечения 0-0, где еще не наблюдается влияния винта, до плоскости вращения винта есть величина переменная, которая зависит от вязкости среды и точности применяемых нами приборов. Чем точнее прибор, тем он дальше от винта зарегистрирует наличие скорости воздуха, частички которого будут устремлены к винту.

Если бы воздух был лишен сил вязкости, то действие винта сказалось бы бесконечно далеко.

Фактически ввиду того, что воздух представляет собой вязкую среду, влияние винта перестает ощущаться уже на расстоянии десятков метров.

Перенося наши приборы из сечения 0-0 все ближе к сечению, мы заметим постепенный прирост скорости воздуха, подсасываемого винтом. Та скорость, которую воздух имеет, подходя к сечению, называется индуктивной скоростью подсасывания. На основании закона сохранения энергии кинетическая энергия (энергия скорости движения) не может увеличиться без того, чтобы не уменьшался другой какой-либо вид энергии. И действительно, наряду с ростом скорости воздуха до ш, мы замечаем, что давление воздуха р0 при этом падает. Это значит, что увеличение скорости воздуха произошло за счет уменьшения давления. За винтом сечение потока сжимается и происходит еще большее увеличение скорости воздуха. Казалось бы, должно было последовать дальнейшее падение давления. Однако сразу за винтом давление растет до р-2. Не противоречит ли это закону сохранения энергии? Да, противоречит, если мы не примем во внимание того обстоятельства, что воздух извне (от винта) получил добавочную энергию (механическую). Механическая энергия винта, преобразуюсь в кинетическую и потенциальную энергию потока, увеличивает и скорость и давление воздуха одновременно.

В сечении сразу за винтом прибор нам показывает, что воздух по сравнению с сечением имеет скорость и», называемую скоростью отбрасывания. Причем скорость отбрасывания оказывается вдвое больше скорости подсасывания.

Далеко за винтом, в сечении (теоретически на бесконечном удалении), скорость и давление воздуха восстанавливаются до первоначальных значений. Энергия потока при этом из-за наличия сил вязкости рассеивается в пространстве.

Таково действие винта на воздух, которое является следствием приложения к винту энергии вращения. Этому действию соответствует ответное действие воздуха на винт, которое проявляется в виде силы тяги, являющейся проекцией полной аэродинамической силы R на ось, проходящую через втулку винта перпендикулярно плоскости его вращения. Если динамометр, соединенный с винтом, при остановленном винте показывал нулевое значение тяги, то по мере роста оборотов тяга будет все больше и больше возрастать. На режиме висения и вертикального подъема на всех других режимах полета

Величину тяги, создаваемой винтом, можно не только замерить, но и подсчитать.

Ручка управления определяет циклический шаг несущего винта. С ее помощью пилот управляет вертолетом по крену и тангажу. Работа с ручкой управления во время висения напоминает балансирование на острие иглы. Практически каждое действие требует соответствующей коррекции другими органами управления. К примеру, чтобы увеличить скорость, пилот отдает ручку от себя, наклоняя машину вперед. При этом вертикальная составляющая в векторе тяги винта уменьшается, и приходится увеличивать общий шаг (поднимать рычаг «шаг-газ»), чтобы не потерять высоту.

1.Ручка управления. 2. Рычаг «шаг-газ». 3.Педали. 4. Управление связью. 5.Компас.

Шаг-газ. Поднимая рычаг «шаг-газ», пилот увеличивает общий шаг (угол атаки лопастей) несущего винта, тем самым увеличивая тягу. В случае резкого увеличения шага реактивный момент винта изменяется, и вертолет стремится изменить курс. Чтобы остаться на выбранной траектории, пилот синхронно работает рычагом «шаг-газ» и педалями.

Педали определяют шаг стабилизирующего («хвостового») винта. С их помощью пилот управляет курсом машины. Резкая работа педалями сказывается на реактивном моменте стабилизирующего винта и, несмотря на его незначительную массу, оказывает некоторое влияние на тангаж. «Опытные тренеры иногда показывают курсантам фокус, зафиксировав ручку управления и «шаг-газ» и управляя высотой и скоростью полета, лишь слегка помахивая хвостом, — рассказывает Сергей Друй, — так появляются слухи о «радиоуправляемых вертолетах» и прочей магии».

6.Вариометр (указатель вертикальной скорости). 7.Авиагоризонт. 8. Индикатор воздушной скорости. 9. Тахометр (слева — указатель оборотов двигателя, справа — винта). 10.Высотомер. 11. Указатель давления во впускном коллекторе (дает представление о запасе мощности двигателя при данной загрузке и погодных условиях). 12. Сигнальные лампы. 13. Температура воздуха во впускном тракте. 14.Часы. 15. Приборы двигателя (давление и температура масла, уровень топлива, напряжение бортовой сети). 16. Управление освещением. 17. Выключатель силового привода муфты (передает крутящий момент на винт после прогрева двигателя). 18. Главный выключатель. 19. Выключатель зажигания. 20. Обогрев кабины. 21. Вентиляция кабины. 22. Микшер внутренней связи. 23.Радиостанция.

Распределение внимания

Важнейший навык управления вертолетом — правильный выбор направления взгляда. Курсантов учат взлетать и садиться, глядя на землю на расстоянии 5−15 м перед собой. Это простая геометрия. Если смотреть дальше, вплоть до линии горизонта, можно не заметить значительных колебаний высоты. Спортсмены-вертолетчики смотрят прямо «под обрез кабины» и замечают миллиметровые изменения высоты. Если курсант выберет то же направление взгляда, он увидит небольшие колебания, но будет не в силах их скорректировать — не хватит навыков и мелкой моторики, которая приходит с опытом. Поэтому при обучении тренер предлагает курсанту начать со взгляда на 15 м, а затем постепенно сокращать эту дистанцию.

«Вентиль» на центральном тоннеле заведует фрикционом ручки управления. С его помощью пилот может увеличивать сопротивление на ручке вплоть до полной ее фиксации. Эта функция помогает в долгих маршрутных полетах.

Базовое направление взгляда в полете по маршруту — «капот-горизонт». Если положение горизонта относительно капота не меняется, значит, вертолет летит на заданной высоте с постоянной скоростью. «Клевок», скорее всего, будет означать увеличение скорости и потерю высоты, наклон линии горизонта — смену курса. «В хорошую погоду можно лететь с заклеенной приборной панелью, — говорит Сергей Друй, — а вот с заклеенными стеклами кабины далеко не улетишь».

Шаг или газ?

На большинстве современных вертолетах есть автоматика, которая регулирует подачу топлива в двигатель так, чтобы удерживать обороты несущего винта в узком рабочем диапазоне. Поворачивая рукоятку рычага «шаг-газ», пилот может самостоятельно управлять подачей топлива. В полете пилот может чувствовать, как рукоятка сама слегка поворачивается в руке — это работает автомат. Бывает, что новички в напряжении сжимают рукоятку, мешая автомату работать, и раздается звуковой сигнал, предупреждающий о падении оборотов.

Авторотация

Режим авторотации, при котором винт с малым углом атаки вращается, используя энергию набегающего воздушного потока, позволяет при необходимости выбрать место посадки и сесть с выключенным двигателем. Чтобы поддерживать режим, пилот смотрит на тахометр. Если обороты винта падают ниже рабочего диапазона, нужно плавно уменьшить общий шаг винта. Если обороты растут, общий шаг нужно увеличить. При этом вертолет остается полностью управляемым по курсу, крену и тангажу.