ВИСЕНИЕ

Способность вертолета висеть является самым ценным его качеством, благодаря которому он нашел столь широ­кое применение.

Широкое использование режима висения зависит от ка­чества подготовки летного состава, его умения максималь­но использовать летные данные вертолета. Режим висения является одним из наиболее трудных и требует от летного состава повышенного внимания и четкости в пилотирова­нии. Как известно, вертолет может висеть на всех высотах до статического потолка, при этом в зависимости от высоты висения имеются свои характерные особенности. Эти осо­бенности заключаются в следующем.

Всю высоту до статического потолка можно разбить на следующие зоны: во-первых, это зона, в которой прояв­ляется влияние так называемой «воздушной подушки», во — вторых, зона, висение в которой разрешается производить только в случаях крайней необходимости и по тактическим соображениям, и, в-третьих, зона, висение в которой разре­шается выполнять с небольшой поступательной скоростью. Разберем подробнее эти зоны.

При висении вблизи земли под несущим винтом верто­лета создается так называемая «воздушная подушка». Физическая сущность ее заключается в том, что струи воз­духа, отбрасываемые несущим винтом, ударяясь о землю, резко меняют свое направление, вследствие чего возрастает плотность воздуха под несущим винтом. В результате тяга несущего винта при прочих равных условиях увеличивается на 15—20%. Влияние «воздушной подушки» распростра­няется до высоты, приблизительно равной полутора ради­ксам несущего винта, причем по мере увеличения высоты

висения прирост тяги несу­щего винта уменьшается.

Наличие «воздушной по­душки» позволяет в зоне ее действия при прочих равных условиях (полетный вес верто­лета, температура наружного воздуха и др.) производить ви — сение с использованием мень­шей мощности двигателя, на меньших оборотах несущего винта, что более надежно не только с точки зрения работы авиационной техники (верто­лета), но и более приятно для летчика, так как уменьшаются вибрации вертолета.

Следующей характерной зо­ной, как это указано выше, является интервал высоты от 10 до 200 м, в пределах кото­рого внсение разрешается в особых случаях, что вызвано исключительно соображе­ниями безопасности висения в случае отказа в работе дви­гателя. При отказе двигателя несущий винт не сумеет пе­рейти на режим самовращения, если вертолет будет нахо­диться в интервале указанных высот. Чтобы винт смог перейти на режим самовращения на малых высотах, необ­ходима определенная поступательная скорость вертолета. Графически это показано на рис. 66.

Из графика видно, что начиная с высоты 10 м до высот приблизительно 25—30 м потребная для безопасной по­садки вертолета скорость на режиме самовращения несу­щего впита увеличивается, а затем до высоты 200 м умень-

т

шается. Такая закономерность протекания нижней ветви графика объясняется запасом кинетической энергии несу­щего винта (другими словами, его оборотами), которая вследствие малого времени, проходящего от момента начала снижения до приземления вертолета, не успевает значи­тельно уменьшиться и используется для обеспечения нор­мальной посадки.

Увеличение высоты висения, которое наблюдается при рассмотрении верхней кривой графика, позволяет исполь­зовать ее для разгона вертолета и поддержания необходи­мых для безопасной посадки оборотов несущего винта.

Другими словами, высота 200 м является той предель­ной высотой, которая необходима для перехода с режима висения (в случае отказа двигателя) на режим самовраще­ния несущего винта и обеспечения безопасной посадки.

Выше 200 м вплоть до статического потолка висение вер­толета неподвижно в воздухе по отношению к земле з а- прещается. Это связано с тем, что до настоящего вре­мени не разработан указатель скорости, который давал бы устойчивые показания не только на малых скоростях полета (0—20 км/час), но и показывал бы скорости перемещения вертолета назад и в стороны. Находясь на высотах более 200 м, летчик практически не может оценить движение вер­толета относительно земли, если он пытается выполнить ре­жим висения: то ли вертолет висит, то ли он перемещается вперед или назад. При перемещении назад вертолет из-за недостаточного запаса управляемости теряет устойчивость, беспорядочно снижается, не слушаясь управления. Для вы­вода его в нормальное положение требуется высота в не­сколько сот метров, а в некоторых случаях вывод будет вообще невозможен. Именно поэтому на высотах более 200 м вследствие неустойчивых показаний указателя ско­рости на скоростях, близких к нулю, висение следует выполнять, имея скорость поступательного движения впе­ред не менее 40 км/час по прибору.

Висение у земли производится перед каждым полетом. Цель такого висения состоит в том, чтобы проверить ра­боту двигателя и трансмиссии, убедиться в нормальной ра­боте управления и правильном размещении груза (прове­рить центровку).

Работа двигателя и трансмиссии проверяется по прибо­рам, показывающим температуру головок цилиндров и входящего масла, наддув двигателя, соответствующий обо-

ротам несущего винта и температуре масла в редуктопяу трансмиссии. 1 х

Управление вертолетом проверяется отклонением ручки управления и педалей, при этом не должно быть заеданий рывков, тугого хода и других неисправностей.

Рис. 67. Схема сил и моментов, дейетвучощих в горизонтальной плоскости на одновинтовой вертолет в момент отрыва от земли:

ЛЬ реактивный момент несущего винта; Т „ —

1 лВ

сила тяги рулевого (хвостового) винта; Тс — боковая со-
ставляющая полной аэродинамической силы

Центровка вертолета оценивается по величинам откло­нения «триммеров» продольного и поперечного управления, необходимым для полного сбалансирования вертолета.

Если показания приборов положения «триммеров» сви­детельствуют о том, что центровка вертолета находится вблизи предельно допустимой, то следует оценить, какова будет центровка в полете и при посадке после выполнения задания.

Оценивается положение центровки по ее смещению во время полета, которое произойдет из-за выработки горючего и масла, выброски грузов или десантирования людей, вы­работки противообледенительной жидкости и т. п. Нельзя выполнять полет, при котором центровка выйдет за преде­лы допустимых величин.

Внсение вертолета, как правило, выполняется против ветра. Вертолеты несимметричной схемы — одновинто­вые— при отрыве имеют тенденцию к развороту и крену. Так, вертолет Ми-4 при отрыве стремится развернуться и накрениться влево. Такое поведение вертолета становится ясным из рассмотрения действующих на него в горизон­тальной плоскости сил и моментов (рис. 67). При взятии рычага «шаг — газ» на себя увеличивается реактивный мо­мент несущего винта, который стремится развернуть верто­лет влево. Парируется этот момент дачей правой педали, вследствие чего лопасти рулевого винта устанавливаются на больший угол и увеличивается сила тяги рулевого винта.

Но возросшая сила тяги рулевого винта не только урав­новешивает реактивный момент несущего винта, но и стре­мится накренить вертолет влево. Для ее уравновешивания требуется отклонить ручку управления вправо. Такая взаи­мозависимость движений вертолета создает значительные трудности при его отрыве от земли и требует от летчика точных, плавных и координированных действий. В против­ном случае балансировка вертолета нарушается настолько быстро, что невозможно удержать его в нормальном поло­жении.

Некоординированные действия летчика могут приводить к опрокидыванию вертолета при попытке оторвать его от земли в момент перехода на режим висеиия. Опрокидыва­ние происходит настолько быстро, что летчик не успевает исправить допущенную ошибку. Наиболее подвержены оп­рокидыванию в указанном случае тяжелые вертолеты, име­ющие большую инерцию, например вертолет Ми-4.

Для уяснения физической сущности явлений, происхо­дящих при взлете на вертолете Ми-4, представим себе этот вертолет стоящим нормально на земле с работающей транс­миссией.

При нейтрально установленной ручке циклического ша­га и педалях силы и моменты действуют на вертолет так, как это показано на рис. 68. Из рассмотрения действую­щих сил видно, что сила тяги рулевого винта не только Уравновешивает реактивный момент несущего винта, но и

стремится опрокинуть вертолет влево. Стабилизирующей силой, удерживающей вертолет в нормальном положении иначе говоря, противодействующей силе рулевого винта* является разность силы веса вертолета и силы тяги несу’ щего винта.

трально установленных ручке управления и педалях: Т — сила тяги; Гхв — сила тяги рулевого винта; G — сила веса вертолета; а — расстояние от оси колеса основного шасси до вертикальной оси вертолета; Н^в — расстояние от земли до оси рулевого винта; — расстояние от земли до оси горизонтальных шарниров втулки несущего винта; V — сила тяги несущего винта при отклонении ручьи управления влево; Тт — горизонтальная состав­ляющая силы V

При малых оборотах несущего винта величина стабили­зирующего момента (G— Т) а значительно больше опроки­дывающего момента ТХВИХв- При взятии рычага «шаг газ» на себя увеличиваются обороты несущего винта, его тяга и тяга рулевого винта, тем самым уменьшается раз­ность сил G Т и произведение (G — T)a, т. е. стабилизи­рующий момент.

Опрокидывающий момент от действия силы тяги руле­вого винта при увеличении его оборотов значительно возра­стает, что в общей сложности приводит к менее устойчиво­му положению вертолета. С дальнейшим перемещением

рычага «шаг—газ» на себя неустойчивое положение верто­лета все более и более увеличивается. При правильном пи­лотирования по мере взятия рычага «шаг — газ» на себя дается правая педаль вперед и отклоняется одновременно вправо ручка управления.

Правая педаль дается вперед для того, чтобы полно­стью уравновесить реактивный момент несущего винта, а ручка вправо — для уравновешивания силы тяги рулевого винта. В том случае, если ручка управления вправо не от­клоняется в момент взлета или незаметно для летчика, на­пример, при открывании двери кабины, отклоняется влево, то при этом под действием дополнительно возникающей бо­ковой силы от тяги несущего винта вертолет может легко опрокинуться на левый борт даже до отрыва его от земли.

Для определения необходимых величин отклонения руч­ки циклического шага влево разберем конкретный пример для вертолета Ми-4.

Предположим, что взлет производится при весе верто­лета G = 5700 кг, на оборотах двигателя /гдв = 1900 об/мин по прибору и шаге несущего винта 6,5—7° (коррекция газа введена не полностью).

При этих условиях определим, насколько нужно откло­нить ручку циклического шага влево, чтобы вертолет опро­кинулся набок. Величина отклонения ручки циклического шага находится из уравнения, выражающего сумму мо — іЧентов сил относительно главного колеса (хотя на самом деле нужно рассматривать моменты не относительно коле­са, а относительно линии, проходящей через точки каса­ния с землей главного и переднего колес; но с достаточной точностью, учитывая простоту расчета, можно брать и отно­сительно колеса).

Эта сумма моментов (рис. 68) равна

Ga Та ГХВЯХВ — ТшНр = О,

Тщ — Ді ’чіТ»

где Dx— передаточное число от ручки управления к откло­нению силы тяги несущего винта;

—линейное отклонение ручки управления.

Из этого уравнения определим

‘■————— ъщ, •

При указанных выше условиях тяга несущего винта с учетом влияния «воздушной подушки» равна примерно

5000 кг. В уравнении неизвестной величиной является которую найдем из условия

т _ 716 2ТІ*

1ув~~ 33,25г]0Длр/,х ’

где 7]0 = 0,65—коэффициент полезного действия несущего винта;

Д— 2І—диаметр несущего винта; п 1900

^р =-j5-= — j345- = 140 об/мин— фактические обороты

несущего винта;

^н. в —обороты несущего винта по указателю обо­ротов;

і—передаточное число от коленчатого вала двигателя к несущему винту;

Д— расстояние от силы Тхв до центра втулки несущего винта в горизонтальной плоско­сти (£~ = 12,7 м).

Отсюда

т _ 716,2-50003 2 _

У*в 33,25-0,65-21 — НО-12,7кг•

Подставляем полученные и имеющиеся данные (£>Л= 1,5; Нр = 4 м) в уравнение для определения линейного отклоне­ния ручки управления

(5700 — 5000) 1,8 — 320-3,5 _ Л ллс Тл 1,5.5000-4 ~U, UUO.

В переводе на градусы эта величина равна 0,3°, или ~*/45 хода ручки циклического шага.

Опрокидыванию вертолета может способствовать ве­тер, если он дует справа в направлении действия силы тяги рулевого винта, а также установка «триммера» попе­речного управления в положение влево от нейтрального. Поэтому перед взлетом особое внимание обращают на по­ложение поперечного «триммера», оценивают направление ветра и только после этого взлетают, удерживая рулями вертолет в нормальном положении.

При взлете следует плавно работать рычагом «шаг — газ», чтобы обеспечить соответствие оборотов несущего вин­та наддуву двигателя. Как известно, на вертолетах объеди­нено управление наддувом двигателя и шагом лопастей несущего винта. Это управление осуществляется рычагом «шаг — газ», при действии которым соответственно шагу лопастей несущего винта устанавливается нужный наддув двигателя. Но двигате іь выходит на нужный режим и ло-

пасти несущего винта переходят на новый шаг в течение определенного времени. Для двигателя это время характе­ризуется приемистостью и зависит от конструкции двига­теля. Обычно приемистость замеряется при разгоне двига­теля с оборотов малого газа до номинальных. Это время для существующих поршневых типов двигателей, устанав­ливаемых на вертолеты, равно 5—8 сек. Изменение же шага лопастей несущего винта зависит от того, насколько энергично летчик действует рычагом «шаг — газ», и может быть произведено летчиком значительно быстрее, чем раз­гоняется двигатель от оборотов малого газа до номиналь­ных, например за 1—2 сек, а в некоторых случаях еще быстрее. Таким образом, при резкой работе рычагом «шаг — газ» угол установки лопастей несущего винта уве­личивается быстрее, чем увеличивается наддув двигателя, т. е. его мощность. Получается несоответствие между уста­новочным углом лопастей несущего винта и. мощностью двигателя, как говорят, винт в этом случае становится «тяжелым». Для вращения такого винта требуется значи­тельно большая мощность двигателя, чем та, которую он развивает. При резком взятии рычага «шаг — газ» на себя в первоначальный момент вертолет оторвется от земли и может быть даже наберет небольшую высоту. Отрыв верто­лета от земли в этом случае происходит вследствие ис­пользования кинетической энергии, которой обладают вра­щающиеся лопасти. Но эта энергия используется кратко­временно, после чего вертолет начинает энергично сни­жаться. Для уменьшения вертикальной скорости сниже­ния вертолета следует несколько уменьшить шаг несущего винта. При своевременном уменьшении шага вертикальная скорость снижения уменьшится и вертолет даже может зависнуть. Если своевременно не исправить допущенную ошибку, вертолет ударится колесами о землю, что может привести к поломке шасси или узлов их крепления.

В случае длительного висения вертолета особое внима­ние необходимо обращать на температурный режим двига­теля, так как в режиме висения ухудшается его охлажде­ние. На режиме висения вертолета двигатель охлаждается не набегающим потоком, как при поступательном полете вертолета, а принудительно — от вентилятора. Если висе — ние вертолета происходит при высокой температуре на­ружного воздуха, то возможен перегрев двигателя.

Для выполнения режима висения в большинстве слу­чаев достаточно номинальной мощности двигателя. В не-

которых случаях эксплуатации вертолетов, например при висении с перегруженным полетным весом, при высокой температуре наружного воздуха, при эксплуатации в высо — • когорной местности и т. д., для выполнения висения необ­ходима взлетная мощность двигателя. Непрерывное ис­пользование взлетной мощности двигателя не должно пре — вышать 5 мин. Невыполнение этого требования может при­вести к задиру и прогару поршней и к возникновению дру­гих дефектов двигателя.

На висении иногда приходится разворачивать вертолет в стороны, что выполняется дачей соответствующей пе­дали. Угловая скорость разворота не должна превышать установленной для данного типа вертолета величины (для вертолета Ми-4 не более 12° в сек). При большей угловой скорости возникают недопустимо большие нагрузки на ло­пастях рулевого винта, хвостовой и концевой балках вер­толета. Кроме этого, при большей угловой скорости трудно сохранить высоту висения из-за взаимозависимости движем ний вертолета. На вертолетах одновинтовой схемы разво­рот вертолета в одну сторону происходит за счет увеличе­ния установочного угла рулевого винта, в результате чего увеличивается сила тяги рулевого винта. Разворот вертолета в другую сторону происходит под действием реактивного момента несущего винта. Для этого установочный угол ру­левого винта уменьшают, в результате сила тяги винта уменьшается и реактивный момент становится больше, чем момент от силы тяги рулевого винта. На создание тяги рулевого винта затрачивается мощность двигателя, причем в первом случае, когда разворот происходит под действием силы тяги рулевого винта, мощность затрачи­вается больше, чем при развороте вертолета под дейст­вием реактивного момента.

Такое перераспределение мощности двигателя на висе­нии при даче педали приводит к тому, что вертолет стре­мится набрать высоту, если разворот происходит под дей­ствием реактивного момента несущего винта, либо поте­рять высоту, если разворот происходит под действием си­лы тяги рулевого винта. Для сохранения высоты висения необходимо в первом случае несколько уменьшить наддув двигателя, а во втором — увеличить. Если избыток мощно­сти двигателя, появляющийся в первом случае, может быть использован при пилотировании вертолета, то во вто­ром случае при определенных условиях может произойти даже летное происшествие.

Выполняя висение с полным использованием мощности двигателя, следует учитывать, что развороты вертолета под действием силы тяги рулевого винта будут сопровож­даться потерей высоты:

Из сказанного следует, что режим висения является од­ним из наиболее сложных как по технике пилотирования, так и с точки зрения нагруженности деталей и агрегатов и самой конструкции вертолета. Выполнение режима висе­ния усложняется, если висение происходит в снежном или пыльном облаке, создаваемом отбрасываемым потоком воздуха от несущего винта, когда трудно определить про­странственное положение вертолета. Во избежание этого площадку, над которой производят висение, следует либо поливать водой, если она пыльная, либо укатывать кат­ками, если снег рыхлый. Должная подготовка площадки во многом способствует успешному выполнению висения на вертолете.