Краткая характеристика вертолетов, находящихся. в эксплуатации
Для современного этапа развития вертолетов характерно большое разнообразие их конструктивных схем. Это свидетельствует о том, что практика эксплуатации вертолетов не смогла еще отобрать наилучшие из них и доказать абсолютное их превосходство. Очевидно, это дело будущего.
Однако уже в настоящее время на опыте создания, доводки и эксплуатации того или иного образца вертолетов ‘ удается подметить особенности в их применении и превосходство одного образца над другим.
Вертолеты можно было бы классифицировать по их назначению, так как они применяются, как и самолеты, для связи, перевозки пассажиров, эвакуации больных и раненых, транспортирования различных грузов и т. п. В зависимости от назначения вертолеты строятся легкими и тяжелыми, с одним и несколькими двигателями, с одним несущим винтом и несколькими несущими винтами.
Но такая классификация была бы не совсем удобна в связи с тем, что она не раскрывает принципиальных конструктивных отличий одного вертолета от другого.
Наиболее правильной классификацией вертолетов можно считать классификацию по способу погашения реактивного момента несущего винта, что и является определяющим в той или иной схеме.
Поскольку несущий винт является обязательной частью конструкции каждого вертолета, неизбежно и возникновение реактивного момента от вращения несущего винта. Следовательно, перед конструктором вертолета всегда стоит задача погашения этого момента тем или иным способом.
Следует оговориться, что указанные выше рассуждения не относятся к вертолетам с реактивными двигателями, установленными на лопастях несущего винта, которые не
создают реактивного момента, передаваемого на всю конструкцию вертолета. Но в подавляющем большинстве конструкций вращение несущего винта обеспечивается двигателями, установленными в фюзеляже вертолета, и способ погашения реактивного момента от несущего винта можно считать основным критерием в классификации вертолетов.
Из всего многообразия схем вертолетов наибольшее распространение получили:
— вертолеты с одним несущим и одним рулевым (хвостовым) винтом, который и гасит реактивный момент несущего винта;
— вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными соосно, где гашение реактивного момента достигается различным направлением вращения несущих винтов;
— вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными один за другим по продольной оси (продольная схема);
— вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными по поперечной оси (поперечная схема).
В продольной и поперечной схемах гашение реактивного момента достигается различным направлением вращения несущих винтов.
Наиболее распространенными в эксплуатации как в Советском Союзе, так и за границей являются вертолеты с одним несущим и одним рулевым винтами (рис. 1). Впервые подобная схема вертолета была предложена русским ученым Б. Н. Юрьевым в 1910 г.
Благодаря простоте конструкции и системы управления одновинтовые вертолеты первыми начали производиться серийно. В настоящее время наибольший опыт эксплуатации накоплен по вертолетам именно этой схемы.
Несмотря на ряд существенных недостатков вертолетов с одним несущим винтом — узкий диапазон возможных центровок, несимметричность конструкции, необходимость введения в конструкцию хвостовой балки и рулевого винта, на вращение которого затрачивается значительная часть мощности силовой установки (примерно 7—10%), — эти вертолеты получили в настоящее время очень широкое распространение.
Одновинтовые вертолеты продолжают конструировать и сейчас, постоянно улучшают их и совершенствуют. Вертолеты с одним несущим винтом имеют полетный вес от 1000 кг и более. В настоящее время эти вертолеты выпускаются С одним двигателем и с несколькими двигателями,
передача мощности от которых осуществляется на один несущий винт.
Несущие винты строятся двух-, трех-, четырех — и пятилопастные. Применяются самые различные конструкции втулок несущих винтов, автоматов перекоса и способов управления общим и циклическим шагом несущего винта.
В настоящей книге будет в основном рассматриваться эксплуатация вертолетов с одним несущим винтом, как наи-
Рис. 1. Вертолет с одним несущим и одним рулевым винтами |
более распространенных. Если описание правил эксплуатации тех или иных агрегатов и узлов вертолетов будет присуще другим видам вертолетов, авторы будут в этом случае делать оговорки в тексте.
Попытка применения вертолетов для транспортирования тяжелых и крупногабаритных грузов, естественно, потребовала увеличения грузоподъемности вертолетов и расширения полезного объема их грузовых кабин.
Создание вертолета с одним несущим винтом большой грузоподъемности и обладающего достаточно большим объемом грузовой кабины сопряжено с рядом серьезных конструктивных затруднений.
В первую очередь эти затруднения касаются необходимости создания несущего винта большого диаметра, что зависит не только от умения авиационных конструкторов, но во многом и от уровня развития металлургии, наличия высокопрочных материалов и высокого класса технологии их
б
обработки. Кроме того, одновинтовой вертолет должен иметь хвостовую балку, размеры которой, учитывая большую грузовую кабину, обязательно увеличивают габариты и вес конструкции вертолета в ущерб полезной загрузке.
Эти и другие трудности заставили конструкторов задуматься над разработкой других схем вертолетов, обеспечивающих большую грузоподъемность. Решение было найдено в постройке вертолетов с двумя несущими винтами и более,
Рис. 2. Вертолет с двумя несущими винтами продольной схемы |
обладающими способностью в сумме создавать большую силу тяги. Несмотря на значительные сложность и вес трансмиссии, в этом случае более удачно, чем на одновинтовом вертолете, решается вопрос об увеличении полезного объема грузовой кабины. Ведь на двухвинтовом или многовинтовом вертолете, где реактивный момент уравновешивается самими винтами, отпадает необходимость в рулевом винте, а следовательно, и в хвостовой балке, что позволяет лучше использовать полезный объем фюзеляжа.
Вертолеты с двумя несущими винтами как продольной (рис. 2), так и поперечной схем (рис. 3) строятся серийно и находят широкое применение в эксплуатации.
Например, в эксплуатации имеются двухвинтовые вертолеты продольной схемы с полетным весом от 2600 кг и более. По количеству выпущенных в эксплуатацию вертолетов продольная схема занимает второе место после вертолетов с одним несущим винтом. Эта схема обладает широким диапазоном центровок, что очень важно для загрузки вертолета, достаточной продольной устойчивостью и удовлетво — ригельной грузоподъемностью наряду с большой полезной емкостью фюзеляжа.
Вертолеты двухвинтовой поперечной схемы, обладая большинством достоинств продольной схемы, все же имеют существенный недостаток, заключающийся в значительном увеличении лобового сопротивления такого вертолета по сравнению с одновинтовым и вертолетом продольной схемы.
Рис. 3. Вертолет с двумя несущими винтами поперечной схемы |
Однако такая схема в варианте комбинированного вертолета (при наличии крыла и несущих винтов) может оказаться наиболее рациональной, так как позволит увеличить скорость полета. Кроме того, поперечная схема является аэродинамически симметричной, что дает возможность улучшить характеристики устойчивости и управляемости вертолетов этой схемы.
Несколько особое место занимают вертолеты двухвинтовой соосной схемы (рис. 4), т. е. такие вертолеты, которые имеют два винта, расположенных на одной оси и вращающихся в разных направлениях с одинаковой скоростью.
Несмотря на то что теоретически возможно создание тяжелых грузоподъемных вертолетов по этой схеме, в эксплуатации таких вертолетов еще мало. Большинство выпущенных промышленностью вертолетов этой схемы имеют малый полетный вес. Дело в том, что создание втулки для соосных несущих винтов весьма сложная задача, особенно втулки большого размера, так как из-за опасности столкновения
лопастей верхнего винта с нижним приходится значительно увеличивать расстояние между ними. Кроме того, большие затруднения возникают при устранении вибраций соосных
Рис. 4. Вертолет с двумя несущими винтами соосной схемы |
винтов. Вместе с тем благодаря малым габаритам и хорошей управляемости небольшие вертолеты соосной схемы отлично зарекомендовали себя в эксплуатации.