Принцип на управление на хеликоптера. Как работи хеликоптерът? Общите изисквания включват
Днес хората са изобретили много различни видове технологии, които могат не само да се движат по пътищата, но и да летят. Самолети, хеликоптери и други летателни апарати направиха възможно изследването на въздушното пространство. Хеликоптерните двигатели, необходими за нормалната работа на съответните машини, са с висока мощност.
Общо описание на устройството
В момента има два вида такива единици. Първият тип са бутални двигатели или вторият тип са двигатели с дишане на въздух. Освен това ракетният двигател може да действа и като двигател на хеликоптер. Обикновено обаче не се използва като основен, а се включва за кратко в работата на машината, когато е необходима допълнителна мощност, например по време на кацане или излитане.
Преди това те често се използват за инсталиране на хеликоптери. Те имаха дизайн с един вал, но започнаха да се заменят доста силно от други видове оборудване. Това стана особено забележимо при многодвигателни хеликоптери. В този тип технологии най-широко приложение имат двуваловите турбовитлови хеликоптерни двигатели с така наречената свободна турбина.
Двувалови агрегати
Отличителна черта на такива устройства беше, че турбокомпресорът нямаше пряка механична връзка с главния ротор. Използването на двувалови турбовитлови агрегати се счита за доста ефективно, тъй като те позволяват пълното използване на силовата структура на хеликоптера. Работата е там, че в този случай скоростта на въртене на главния ротор на оборудването не зависи от скоростта на въртене на турбокомпресора, което от своя страна позволява да се избере оптималната честота за всеки режим на полет поотделно. С други думи, двуваловият турбовитлов двигател на хеликоптера осигури ефективна и надеждна работа на електроцентралата.
Реактивно витло задвижване
Хеликоптерите също използват реактивно витло. В този случай периферната сила ще бъде приложена директно върху самите лопатки на витлото, без да се използва тежка и сложна механична трансмисия, която би принудила цялото витло да се върти. За да се създаде такава периферна сила, се използват или автономни реактивни двигатели, които са разположени на лопатките на ротора, или се прибягва до изтичане на газ (сгъстен въздух). В този случай газът ще излезе през специални отвори за дюзи, които се намират в края на всяка лопатка.
Що се отнася до икономичната работа на реактивното задвижване, то тук ще бъде по-ниско от механичното. Ако изберете най-икономичния вариант само сред реактивните устройства, тогава най-добрият е турбореактивен двигател, който се намира на лопатките на витлото. Конструктивното създаване на такова устройство обаче се оказа твърде трудно, поради което такива устройства не получиха широко практическо приложение. Поради това заводите за хеликоптерни двигатели не започнаха масово производство.
Първите модели турбовални устройства
Първите двигатели с турбовал са създадени през 60-70-те години. Трябва да се отбележи, че по това време такова оборудване напълно отговаряше на всички нужди не само на гражданската авиация, но и на военната авиация. Такива единици успяха да осигурят паритет, а в някои случаи и превъзходство над изобретенията на конкурентите. Най-масовото производство на хеликоптерни двигатели с турбовал е постигнато чрез сглобяването на модела TV3-117. Струва си да се отбележи, че това устройство имаше няколко различни модификации.
В допълнение към него, моделът D-136 също получи добро разпространение. Преди пускането на тези два модела се произвеждаха D-25V и TV2-117, но по това време те вече не можеха да се конкурират с новите двигатели и поради това производството им беше спряно. Въпреки това е честно да се каже, че доста от тях са произведени и все още са инсталирани на онези видове въздушен транспорт, които са били пуснати доста отдавна.
Градация на оборудването
В средата на 80-те години възниква необходимостта от унифициране на дизайна на хеликоптерния двигател. За да се реши проблемът, беше решено да се приведат всички турбовалови и турбовитлови двигатели, налични по това време, в общ размерен диапазон. Това предложение беше прието на правителствено ниво и затова възникна разделяне на 4 категории.
Първата категория са устройства с мощност 400 к.с. с., втора - 800л. с., трета - 1600л. с. и четвърта - 3200л. с. Освен това беше разрешено създаването на още два модела хеликоптерни газотурбинни двигатели. Тяхната мощност беше 250 к.с. с. (0 категория) и 6000л. с. (категория 5). Освен това се предполагаше, че всяка категория от тези устройства ще бъде в състояние да генерира мощност с 15-25%.
По-нататъчно развитие
За да осигури напълно разработването и изграждането на нови модели, CIAM проведе доста обширна изследователска работа. Това даде възможност да се получи научно-техническа база (NTR), според която ще продължи развитието на тази област.
Този NTZ посочи, че принципът на работа на хеликоптерните двигатели от бъдещите поколения трябва да се основава на простия принцип на термодинамичния цикъл на Брайтън. В този случай развитието и изграждането на нови блокове ще бъде обещаващо. Що се отнася до дизайна на новите модели, те трябва да имат едновалов газов генератор и силова турбина с преден изход на силовия вал през този газов генератор. Освен това дизайнът трябва да включва и вградена скоростна кутия.
В съответствие с всички изисквания на научната и техническата подготовка, в Омското конструкторско бюро започна работа по производството на такъв модел двигател на хеликоптер като TV GDT TV-0-100, мощността на това устройство трябваше да бъде 720 к.с. . с. и беше решено да се използва на машина като Ка-126. Въпреки това през 90-те години цялата работа беше спряна, въпреки факта, че по това време устройството беше доста напреднало и също имаше способността да повишава мощността до показатели като 800-850 к.с. с.
Производство в OJSC Rybinsk Motors
В същото време Rybinsk Motors OJSC прецизира модел двигател като TV GDT RD-600V. Мощността на устройството беше 1300 литра. с., и планираха да го използват за такъв тип хеликоптер като Ка-60. Газовият генератор за такъв агрегат е направен по доста компактен дизайн, който включва четиристепенен центробежен компресор. Имаше 3 аксиални степени и 1 центробежен етап. Скоростта на въртене, осигурена от такова устройство, достига 6000 оборота в минута. Отлично допълнение беше, че такъв двигател беше допълнително оборудван със защита от прах и мръсотия, както и от навлизането на други чужди предмети. Този тип двигател е преминал много различни тестове, а окончателното му сертифициране е завършено през 2001 г.
Освен това си струва да се отбележи, че успоредно с усъвършенстването на този двигател, специалистите са работили върху създаването на турбовитлов двигател TVD-1500B, който е планиран да се използва на хеликоптери An-38. Мощността на този модел е само 100 к.с. с. по-висока и по този начин възлиза на 1400 л. с. Що се отнася до газовия генератор, неговото оформление и оборудване бяха същите като при модела RD-600V. По време на тяхното разработване, създаване и конфигурация беше планирано те да формират основата за семейство двигатели като турбовалови и турбовитлови.
Мотоциклет с двигател за хеликоптер
Днес производството на различни видове оборудване е напреднало доста широко. Това важи за почти всички индустрии, включително производството на мотоциклети. Всеки производител винаги се е опитвал да направи своя нов модел по-уникален и оригинален от своите конкуренти. Поради това желание, Marine Turbine Technologies наскоро пусна първия мотоциклет, който се задвижва от двигател на хеликоптер. Естествено, тази промяна силно засегна както конструктивната част на машината, така и нейните технически характеристики.
Параметри на оборудването
Естествено, характеристиките на мотоциклет, който разполага с двигател за хеликоптер, също имат уникални технически параметри. В допълнение към факта, че подобна иновация направи възможно ускоряването на мотоциклета до почти невъобразимите 400 км/ч, има и други свойства, на които също си струва да се обърне внимание.
Първо, обемът на резервоара за гориво на този модел е 34 литра. Второ, теглото на оборудването се е увеличило значително и възлиза на 208,7 кг. Мощността на този мотоциклет е 320 конски сили. Максималната възможна скорост, която може да се постигне с подобно устройство е 420 км/ч, а размерът на джантите му е 17 инча. Последното нещо, което си струва да се спомене, е, че работата на двигателя на хеликоптера значително повлия на процеса на ускорение, поради което оборудването достига своя лимит за секунди.
Първото подобно творение, което Marine Turbine Technologies показа на света, се нарича Y2K. Тук можем да добавим, че точното време за ускорение до 100 км/ч отнема само секунда и половина.
Обобщавайки всичко по-горе, можем да кажем, че индустрията за създаване на хеликоптерни двигатели е извървяла дълъг път и текущото развитие на технологиите направи възможно използването на продукти дори в оборудване като мотоциклети.
В наши дни хеликоптерът е най-универсалният самолет. В много страни се нарича " хеликоптер“, която е образувана от две гръцки думи, в превод означаващи „спирала” и „крило”. Хеликоптер, който виси на едно място дълго време, може след това да лети във всяка посока, без дори да прави завой. Освен това той не се нуждае от специални писти, защото може да излита вертикално без „бягане“ и да прави вертикално кацане без „бягане“. Благодарение на това хеликоптерите се използват широко за транспортиране до труднодостъпни места, за гасене на пожари, санитарни и спасителни работи.
Основната разлика между хеликоптер и самолет е, че излита без ускорение и се издига във вертикално положение. Хеликоптерът няма крила, но вместо това има голямо витло, разположено на покрива, и малко витло на опашката. Основното предимство на хеликоптера е маневреността. Може да се рее във въздуха дълго време и освен това да лети на заден ход. За да кацне, хеликоптерът не се нуждае от летище: той може да кацне на всяка равна площ, дори високо в планината.
В началото на ХХ век французинът П. Корню пръв в света управлява хеликоптер. Той успя да излети на височина от 150 сантиметра, тоест увисна в своето изобретение някъде на нивото на гърдите на възрастен мъж. Тогава този полет продължи само 20 секунди. Пол Корню реши, че височината е твърде висока и поема много рискове, така че впоследствие се издигна нагоре само с предпазна мрежа - на каишка.
Основният елемент на дизайна, който кара един хеликоптер да излита и след това да се рее в небето, е голямото витло. Постоянно загребва въздух с лопатките си, поради което хеликоптерът лети. В същото време опашният ротор не позволява на тялото на тази летяща птица да се завърти в обратна посока на въртене на главния ротор. Този дизайн на хеликоптер е изобретен през 40-те години на миналия век от руски инженер.
Когато главният ротор на хеликоптер се върти, възниква сила на реакция, която го върти в обратна посока. В зависимост от метода на балансиране на тази сила има еднороторни и двуроторни хеликоптери. При еднороторните вертолети силата на реакция се елиминира от спомагателен опашен ротор, а при двуроторните хеликоптери, поради факта, че роторите се въртят в противоположни посоки.
Видове хеликоптери.
Основната цел на атакуващите хеликоптери е да поразяват наземни цели на противника. Това са най-добрите военни хеликоптери, поради което такива машини се наричат още щурмови. Въоръжението им се състои от управляеми противотанкови и авиационни ракети, тежки картечници и малокалибрени оръдия.
Един атакуващ хеликоптер може да унищожи огромно количество вражеска техника и жива сила в една битка. Ударният хеликоптер Eurocopter Tiger е на въоръжение в армиите на Франция, Испания, Германия и Австралия.
Руският хеликоптер Ка-50 се счита за един от най-маневрените ударни хеликоптери в света. В света е широко известен под прозвището Черната акула. Този хеликоптер е оборудван с две големи витла, а опашката му е като на самолет. Хеликоптерът Black Shark изпълнява най-сложния пилотаж и е способен да се рее във въздуха до 12 часа. Благодарение на съвременната автоматизация Ка-50 се управлява само от един пилот.
През 1983 г. в американския щат Аризона е създаден ударният хеликоптер AN-64 Apache. Въоръжението му включваше автоматично скорострелно оръдие и 16 управляеми противотанкови ракети. Хеликоптерът Apache може да достигне скорост до триста километра в час и да лети на височина от 6 километра. Този хеликоптер маневрира перфектно както в пълен мрак, така и при най-лошите метеорологични условия. Хеликоптерът Apache все още е основният хеликоптер, използван от американската армия днес.
Транспортният хеликоптер може да се използва за превозване както на пътници, така и на товари. Други видове хеликоптери включват специален спасителен хеликоптер и лек двуместен изследователски хеликоптер.
.
Основен ротор на хеликоптер: един или повече (обикновено два) главни ротора се използват за полет. Неговите остриета (до 8 броя) действат като крила на самолет и при въртене създават необходимата подемна сила. Първоначално остриетата са направени от метал, а от края на петдесетте години на миналия век те са направени от фибростъкло.
Спомагателният ротор служи за елиминиране на силата на реакция, която върти хеликоптера в обратна посока, когато главният ротор се върти. Понякога вместо витло може да се монтира реактивна дюза на опашната стрела. Двигател на хеликоптер Азадвижва главния и спомагателния винт да се въртят. Обикновено това е бутален или реактивен двигател.
Пилот в пилотската кабина Vима рул за управление (шурвал), който се завърта от пилота, за да лети в желаната от него посока. Кормилото променя наклона на лопатките на витлото; по време на полет една част от кръга, който витлото описва, ще бъде спусната по-ниско от другата и хеликоптерът ще лети в тази посока.
Фюзелажът включва пилотската кабина, пътническото или товарното отделение и двигателното отделение. Шаси - тъй като хеликоптерът не трябва да „джогира“ за излитане и кацане, много често шасито с колела се заменя с по-удобни ски.
20.06.2015
Принцип на полет на самолет и хеликоптер
Всяко тяло, което се движи във въздуха, непрекъснато изпитва съпротивление на движението си от последния. Следователно, за да преместите тялото, трябва да преодолеете съпротивлението и да приложите някаква сила. Силата на съпротивление на въздуха, с която се сблъсква движещо се в него тяло, е право пропорционална на плътността на въздуха, площта на тялото, квадрата на скоростта на движение и зависи от формата на тялото, неговата гладкост и положение във въздушния поток.
Въз основа на този основен закон на аеродинамиката може да се установи, че ако една и съща сила се приложи на тела с различни форми и размери, поставени в различни среди, тогава тяхната скорост на движение ще бъде различна.
Ако поставите тела с различни форми във въздушния поток - плоча, тяло с ъглова форма и тяло с форма на капка, тогава се оказва, че колкото по-голяма е разликата в налягането пред и зад тях, толкова по-голяма е площта на вихъра, по-малка е скоростта на движение на телата във въздуха и колкото по-голяма е съпротивителната сила. Тази сила, насочена директно срещу движението на телата, се нарича съпротивителна сила или съпротивление.
При обтичане около тяло с ъглови форми потокът се забавя по-малко, отколкото при обтичане около плоча, следователно както областта на ниско налягане, така и съпротивлението ще бъдат по-малки (фиг. 1).
Ако във въздушния поток се постави капково тяло с по-съвършена аеродинамична форма, тогава налягането пред и зад това тяло ще бъде незначително, тъй като потоците въздух текат плътно около него и почти не образуват турбуленция. При наличието на такива тела ще е необходима най-малко сила за преодоляване на съпротивлението. От горното става ясно, че в авиацията обтекаемите форми на тялото, които създават възможно най-ниско съпротивление и не предизвикват турбуленция, са от решаващо значение. Към такива органи преди
Те включват тела с форма на сълза и форма на крило. Крилата на самолета са неговите основни части. Те създават подемна сила и правят полета възможен.
Нека разгледаме в общи линии причините за повдигане (фиг. 2). Оставете крилото да се движи във въздуха под определен ъгъл на атака. Въздушните частици, удрящи летящо крило, ще се огънат около горната, изпъкнала и долната, плоска или леко вдлъбната повърхност на крилото. В същото време потоците, обикалящи крилото отгоре, трябва да изминат по-дълго разстояние от потоците, обикалящи крилото отдолу. Това означава, че горните течения ще се движат с по-висока скорост от долните.
От закона на Бернули следва, че колкото по-висока е скоростта на потока, толкова по-ниско е налягането в него. Следователно над крилото се създава по-малко налягане, отколкото под крилото. В резултат на разликата в налягането, крилото, от една страна, изглежда засмукано нагоре поради намаленото налягане, а от друга страна също е подпряно поради повишеното налягане. В резултат на това възниква повдигаща сила, действаща отдолу нагоре и насочена перпендикулярно на въздушния поток. На това свойство на крилото се основава полета на самолети и хеликоптери като превозни средства по-тежки от въздуха.
Самолет получава повдигане само ако се движи с достатъчна скорост. За да може един самолет да се откъсне от земята, подемната сила от крилото му трябва да е по-голяма от теглото на самолета.
За да може един самолет да се движи във въздуха с определена скорост, той трябва постоянно да преодолява съпротивлението на въздуха, а по време на разбега - и триенето на колелата в земята. Силата, която преодолява съпротивлението на въздуха и придава скорост напред на самолета, е тягата на перката, въртяна от двигателя.
Структура на самолета
Основните части на самолета включват крила, корпус, органи за стабилност и управление, органи за движение и кацане и витло-моторна група (фиг. 3).
Крилата са една от най-важните части на самолета. Летателните характеристики на самолета зависят от формата в план и напречно сечение, както и от размера на крилата.
Самолетът тип моноплан има едно крило, докато самолетът тип биплан има две крила. Горните и долните крила са свързани помежду си с подпори. Елероните са шарнирно закрепени към горните и долните крила. В план крилото на самолета с елерон най-често има правоъгълна форма с елипсовидно заобляне на краищата.
Корпусът на самолета (фюзелаж) е основната част от конструкцията, към която са свързани централната част, крилата, двигателният блок, колесникът и опашката. Освен това служи за поемане на полезния товар на самолета (пътници, товари и др.).
Органите за стабилност и управление на самолета се състоят от елерони и опашка.
Елероните са част от крилото и представляват малки подвижни крила, разположени в краищата на крилата на самолета. Елероните служат за поддържане на страничната стабилност на самолета и за накланянето му при завъртане около надлъжната му ос.
Опашката на самолета се състои от хоризонтална и вертикална опашка. С тяхна помощ самолетът поддържа надлъжна стабилност във въздуха, издига се, спуска се и променя посоката на полета.
Хоризонталната опашка се състои от стабилизатор - неподвижна част, която осигурява надлъжна стабилност на самолета в полет (във вертикална посока) и подвижна част - асансьори. Те са органите за управление на самолета във вертикална равнина и служат за прехвърлянето му при издигане или падане.
Вертикалната опашка се състои от перка, неподвижно свързана със задната част на фюзелажа и служеща за придаване на стабилност на самолета по време на полет (в хоризонтална посока), и подвижна част - рул, който е орган за стабилност на посоката и управляемост. С негова помощ можете да промените посоката на полета на самолета надясно и наляво, т.е. в хоризонталната равнина.
Органите за движение и кацане са колесник с опашка или предно колело. Колесникът на самолета е устройство за излитане и кацане, необходимо за излитане, омекотяване на удара от кацане и подобряване на управляемостта при рулиране на земята. При зимни условия е монтирана опашка (ски) за защита от заравяне в снега.
Самолетът каца на три точки, например на две предни колела и една опашка.
Самолетът се управлява с помощта на асансьори, рул и елерони.Основното изискване за самолет в полет е стабилност и управляемост спрямо три оси (фиг.4), минаващи през центъра на тежестта на самолета - надлъжната ос XX1, напречната ос YU1 и вертикалната ос ZZ1, перпендикулярна на тези оси. Управляемостта на самолета около надлъжната ос се постига от елерони, напречната ос - от елеватори, а вертикалната ос - от рул. За управление на самолета се използват волан и педали. Кормилото се свързва с елеваторите и елероните, а крачните педали се свързват с кормилото и опашното колело. Когато воланът се отклони наляво, елероните на левите крила се издигат, а елероните на десните крила се спускат; в този случай самолетът получава ляв бряг. Когато поемете кормилото, асансьорите се издигат и самолетът се издига. Когато отдалечите кормилото от себе си, самолетът ще се спусне.
Кормилото се управлява чрез натискане на педала с крак. Например, натискането с десния крак ще завърти кормилото надясно и самолетът ще завие надясно.
Групата витло-двигател се състои от двигател, витло, рама на двигателя, система за захранване с газ и масло и управление на двигателя. Витлото на самолета има няколко перки с право въртене (по часовниковата стрелка).
Приложими ВС и изисквания към тях
Самолетите, използвани за въздушна фотография на гори и горско стопанство, са предмет на различни изисквания.
В горското стопанство, за защита на горите от пожари, тяхното гасене, въздушно таксиране на горите, авиохимическа борба с вредни насекоми и други работи, най-широко се използват самолетите ЯК-12 и АН-2. Самолетът PO-2 е спрян от производство.
Самолетът Як-12 е моноплан, със затворена, но добре остъклена кабина, която побира четирима души, включително пилота. Удобен за аеровизуални наблюдения, има добра видимост и ниска скорост на полета - 90-150 км/ч. Едро- и средномащабно въздушно заснемане от него е възможно само за горски цели при ниски изисквания за стриктно спазване на височината на полета и ъгъла на наклона на въздушните снимки.
Самолетът АН-2 се използва широко за авиационна защита на горите от пожари, тяхното гасене, авиохимическа борба с вредни насекоми, превоз на хора и товари, както и за въздушна фотография. Кабината му може лесно да побере две въздушни камери, специално оборудване за тях, включително радиовисотомер, статоскоп и други инструменти, както и екипаж от до шест души. Това позволява едновременни въздушни наблюдения на горски територии. С добра стабилност във въздуха и крейсерска скорост от 130-210 км/ч е подходящ за средно и мащабно въздушно заснемане. Неговата видимост за аеровизуални наблюдения е по-лоша от тази на Як-12.
Самолетите ЛИ-2 и Ил-12 са оборудвани с най-модерните летателни и аеронавигационни прибори, имат висок полезен товар и скорост на полета (230-400 км/ч) и практическа височина на полета до 5000 м, което им позволява да се използва за малки и средни въздушни снимки.
Специфичните изисквания за самолети за въздушна фотография включват:
1. Необходимостта да има достатъчни размери на кабината, за да побере въздушни камери и цялото оборудване за тях (радиосотомери, статоскопи и контролни инструменти) и да създаде възможност за управлението им по време на полет и отстраняване на незначителни повреди.
2. Възможност за добра видимост за аерогеодезиста напред, настрани и надолу.
3. Възможност за бързо набиране на височина до 6000 м, крейсерска скорост до 350 км/ч и запас от гориво за 6-8 часа полет.
4. В даден хоризонтален режим на полет самолетът трябва да има добра надлъжна, странична и насочена устойчивост, за да отговаря на изискванията за геометрично качество на фотографското изображение на терена.
За авиационно обслужване в горското стопанство е необходимо наличието както на леки самолети, удобни за аеровизуални наблюдения, с голям диапазон на скоростта – от 80 до 200 км/ч, позволяващи полети на малка височина, така и на тежки самолети с товароподемност няколко тона. , способни да транспортират товари., работници, парашутисти, различни механизми и в същото време подходящи за кацане и излитане от малки площи.
Хеликоптерно устройство
Хеликоптерът е летателен апарат, по-тежък от въздуха. Чуждото му наименование е „хеликоптер“, което произлиза от гръцките думи hélicos (винт) и pteron (крило), т.е. ротор. Руското име "хеликоптер" показва основната характеристика на този самолет - "вертикален полет".
Хеликоптерът може да излита вертикално, направо от място и да каца вертикално, без да бяга. Във въздуха може да се движи във всяка посока и може да виси неподвижно както над горския покрив, така и на височина от няколкостотин метра. Хеликоптерът може да кацне на поляна в средата на гора, в сухо безлесно блато и т.н. Скоростите на излитане и кацане, дължините на излитане и пробег са нула, така че хеликоптерът не се нуждае от специални летища, той е представител на не- летищна авиация. Хеликоптерът има широк скоростен диапазон - от 0 до 150-200 км/ч. Благодарение на тези свойства той е незаменимо средство за комуникация, транспорт и за изпълнение на различни задачи при изследване на труднодостъпни места в необитаемите условия на Север и Сибир.
Основните части на хеликоптера включват; основен ротор, тяло, двигател, трансмисия, система за управление на хеликоптера, кормилен (опашен) ротор и колесник (фиг. 5).
Основният ротор на хеликоптера играе ролята на крило. Задвижва се от двигател и служи за създаване на подемна сила и тяга. В допълнение, основният ротор е контролният елемент на хеликоптера. Хеликоптерите използват ротори с три до четири дълги и тесни (15-20 литра или повече в диаметър) перки. Лопатките на главния ротор могат да се въртят около оста си в аксиален шарнир.
Вертикалното движение на хеликоптера се контролира чрез промяна на скоростта на ротора или ъгъла на лопатките. С увеличаване на скоростта на ротора или ъгъла на лопатките, повдигащата сила се увеличава и хеликоптерът се издига. Ако скоростта на витлото спадне или ъгълът на монтаж намалее, повдигането намалява и хеликоптерът намалява. Когато повдигащата сила е напълно балансирана от полетното тегло на хеликоптера, той „виси“ във въздуха, без да се спуска или издига. Веднага щом повдигащата сила надхвърли теглото на хеликоптера, той се издига. Докато се върти, главният ротор се стреми да завърти хеликоптера в посока, обратна на въртенето на ротора, т.е. създава се реактивен въртящ момент. За балансирането му се използва опашен ротор, който при завъртане създава тяга и балансира усукването.
Тялото на хеликоптера изпълнява същите функции като самолета. Той свързва всички части в едно цяло. В него са разположени двигателят, системата за управление, специалното оборудване, трансмисионният механизъм, кабината за пилота и товара.
Електрическа централа и трансмисия. Съвременните хеликоптери използват конвенционални бутални двигатели с вътрешно горене с въздушно охлаждане, авиационни газови турбини и турбореактивни двигатели.
За да се прехвърли мощността на двигателя към главния и опашния ротор, се използва специален механизъм, наречен трансмисия.
Управлението например на еднороторен хеликоптер се състои от три системи; управление на главния ротор, управление на опашния ротор и управление на дросела на двигателя.
Главният ротор се управлява от конвенционален контролен лост от авиационен тип с помощта на автоматична накланяща се плоча и лост „стъпка-дросел“. Опашният ротор се управлява от конвенционални крачни педали. Двигателят се управлява от същия лост "стъпка-дросел", който управлява главния ротор.
Лостът „стъпка-дросел“ се нарича така, защото когато се движи, стъпката на витлото и мощността (дросела) на двигателя се променят едновременно. Например, когато лостът "стъпка-дросел" се движи надолу, ъглите на монтаж или стъпката на лопатката на главния ротор ще намалят и мощността на двигателя също ще намалее. Следователно хеликоптерът ще започне да се спуска.
Опашният ротор се монтира само на еднороторни хеликоптери. Той балансира реактивния момент на главния ротор и осигурява управление на посоката, т.е. използва се за извършване на завой.
Колесникът служи за абсорбиране на евентуални удари и удари при кацане и като опора при паркиране. Шасито може да бъде на колела, плаващо и плъзгащо се.
Леките хеликоптери обикновено имат три колела, докато тежките имат четири.
Класификация на хеликоптера
Хеликоптерите се различават по броя на роторите, тяхното местоположение и метода на задвижване на ротацията. В съответствие с тези характеристики хеликоптерите могат да бъдат еднороторни с опашен ротор, с два ротора, разположени коаксиално, с два надлъжно разположени ротора, с два напречно разположени ротора, с реактивно задвижване на главния ротор и др. (фиг. 6 ).
Най-често срещаните са еднороторни хеликоптери с опашен ротор, проектирани от M.L, Mil (MI-1, MI-4, MI-6, V-2, V-8 и др.). Те са прости по дизайн и работа. Техните недостатъци са дълга опашка (големи размери) и значителна загуба на мощност (до 10%) поради работата на опашния ротор.
Хеликоптерите с коаксиален дизайн имат и двата ротора на една и съща ос, един под друг. Валът на горния винт минава вътре в кухия вал на долния винт. Поради въртенето на роторите в противоположни посоки, реактивният момент се потиска. Тези хеликоптери са малки по размер, леко тегло, имат добра управляемост и маневреност,
Недостатъците на коаксиалните хеликоптери включват загуба на мощност от долния ротор, който работи в поток от въздух, изхвърлен от горния ротор, и трудността на изчисленията по време на проектирането.
По тази схема се създават леки хеликоптери N.I. Камов: едноместен КА-10, двуместен КА-15 и четириместен КА-18.
Хеликоптерите с два надлъжно разположени ротора имат един ротор, разположен над носа на фюзелажа, а другият над опашката. Винтовете се въртят в противоположни посоки, за да компенсират взаимно реактивния въртящ момент. Недостатъкът им е, че задното витло работи във въздушна среда, която преди това е била нарушена от предното витло и това намалява неговата ефективност.
Витлата на хеликоптери с два напречни ротора са монтирани на специални греди отстрани на фюзелажа. Въртящи се в противоположни посоки, те създават добра странична стабилност.
Двигателят на хеликоптера се използва за въртене на главния ротор. Ако един хеликоптер има няколко основни ротора, тогава те могат да се задвижват от един общ двигател или всеки от отделен двигател, но така че въртенето на роторите да е строго синхронизирано.
Предназначението на двигателя на хеликоптер се различава от предназначението на двигателя на самолет, жироплан или дирижабъл, тъй като в първия случай той върти главния ротор, чрез който създава тяга и повдигане, в други случаи върти тракторен ротор, създаващ само тяга.силата на реакция на газова струя (на реактивен самолет), която също осигурява само тяга.
Ако хеликоптерът е оборудван с бутален двигател, тогава неговият дизайн трябва да отчита редица характеристики, присъщи на хеликоптера.
Хеликоптерът може да лети при липса на скорост напред, тоест да виси неподвижно спрямо въздуха. В този случай няма въздушен поток и охлаждане на двигателя, водния радиатор и масления радиатор, в резултат на което двигателят може да прегрее и да излезе от строя. Следователно на хеликоптер е по-целесъобразно да се използва двигател с въздушно охлаждане, а не с водно охлаждане, тъй като последният не се нуждае от тежка и обемиста система за течно охлаждане, която би изисквала много големи охлаждащи повърхности на хеликоптер.
Двигател с въздушно охлаждане, обикновено инсталиран на хеликоптер в тунел, трябва да има задвижване за вентилатор с принудителен въздух, който осигурява охлаждане на двигателя по време на висене и хоризонтален полет, когато скоростта е относително ниска.
В същия тунел е монтиран маслен охладител. Температурата на двигателя и маслото може да се регулира чрез промяна на размера на входните или изходните отвори на тунела с помощта на подвижни клапи, контролирани от кабината ръчно или автоматично.
Буталния двигател на самолета обикновено има номинална скорост от около 2000 об./мин. Ясно е, че пълният брой обороти на двигателя не може да бъде прехвърлен на витлото, тъй като в този случай върховете на върховете на лопатките ще бъдат толкова високи, че ще предизвикат спиране на висока скорост. Поради тези причини числото М в краищата на лопатките не трябва да бъде повече от 0,7-0,8. В допълнение, при високи центробежни сили, главният ротор би бил с тежка конструкция.
Нека изчислим максимално допустимите обороти на ротор с диаметър 12 m, при които броят M на краищата на лопатките не надвишава 0,7 за височина на полета 5000 m при скорост на полета 180 km/h,
Така че хеликоптерният двигател трябва да има скоростна кутия с висока степен на намаляване.
В самолета двигателят винаги е твърдо свързан с витлото. Издръжливото изцяло метално витло с малък диаметър лесно издържа на сътресенията, които придружават стартирането на бутален двигател, когато внезапно набере няколкостотин оборота. Ротор на хеликоптер, който има голям диаметър, маси, отдалечени от оста на въртене и следователно голям инерционен момент, не е проектиран за внезапни променливи натоварвания в равнината на въртене; При стартиране може да възникне повреда на ножовете поради тласъци при стартиране.
Поради това е необходимо по време на изстрелването главният ротор на хеликоптера да бъде изключен от двигателя, т.е. двигателят трябва да се стартира на празен ход, без натоварване. Това обикновено се прави чрез въвеждане на фрикционни и гърбични съединители в конструкцията на двигателя.
Преди стартиране на двигателя съединителите трябва да бъдат изключени и въртенето на вала на двигателя не се предава на главния ротор.
Въпреки това, без натоварване, двигателят може да развие много високи обороти (въртене), което ще доведе до неговото разрушаване. Следователно, при потегляне, преди съединителите да са включени, не можете да отворите напълно дросела на карбуратора на двигателя и да превишите зададената скорост.
Когато двигателят вече работи, е необходимо да го свържете към главния ротор с помощта на фрикционен съединител.
Като фрикционен съединител може да служи хидравличен съединител, състоящ се от няколко метални диска, покрити с материал с висок коефициент на триене. Някои от дисковете са свързани към вала на скоростната кутия на двигателя, а междинните дискове са свързани към задвижването на главния вал към главния ротор. Докато дисковете не са компресирани, те се въртят свободно един спрямо друг. Компресирането на дисковете се извършва от бутало. Подаването на масло под високо налягане под буталото кара буталото да се движи и постепенно компресира дисковете. В този случай въртящият момент от двигателя се предава към витлото постепенно, плавно развивайки витлото.
Броячите на обороти, монтирани в пилотската кабина, показват оборотите на двигателя и витлото. Когато оборотите на двигателя и витлото са еднакви, това означава, че дисковете на хидравличния съединител са плътно притиснати един към друг и съединителят може да се счита за свързан като твърд съединител. В този момент кучешкият съединител може да се включи плавно (без потрепване).
И накрая, за да се осигури възможност за самозавъртане, главният ротор трябва автоматично да бъде изключен от двигателя. Докато двигателят работи и върти перката, кучешкият съединител е включен. Ако двигателят се повреди, скоростта му бързо намалява, но главният ротор продължава да се върти известно време по инерция при същия брой обороти; в този момент кучешкият съединител се освобождава.
След това главният ротор, изключен от двигателя, може да продължи да се върти в режим на самозавъртане.
Полетът в режим на самозавъртане за тренировъчни цели се извършва с изключен двигател или с работещ двигател; във втория случай скоростта му се намалява толкова много, че витлото (като се вземе предвид намалението) прави по-голям брой обороти отколкото коляновия вал на двигателя.
След като хеликоптерът кацне, оборотите на двигателя първо се намаляват, съединителят се освобождава и след това двигателят спира. Когато паркирате хеликоптер, витлото трябва винаги да е със спирачка, в противен случай може да започне да се върти поради пориви на вятъра.
Мощността на двигателя на хеликоптера се изразходва за преодоляване на съпротивлението на въртене на ротора, за въртене на опашния ротор (6-8%), за въртене на вентилатора (4-6%) и за преодоляване на загубите при предаване (5-7%).
Така главният ротор не използва цялата мощност на двигателя, а само част от нея. Използването на мощността на двигателя от витлото се отчита чрез коефициент, който показва каква част от мощността на двигателя използва роторът. Колкото по-висок е този коефициент, толкова по-напреднал е дизайнът на хеликоптера. Обикновено = 0,8, т.е. перката използва 80% от мощността на двигателя:
Мощността на буталния двигател зависи от тегловния заряд на въздуха, всмукан в цилиндрите, или от плътността на околния въздух. Поради факта, че плътността на околния въздух намалява с увеличаване на надморската височина, мощността на двигателя също постоянно намалява. Такъв двигател се нарича двигател за ниска надморска височина. С увеличаване на височина от 5000-6000 м мощността на такъв двигател намалява приблизително наполовина.
За да може мощността на двигателя не само да намалява, но дори да се увеличава до определена надморска височина, на тръбата за всмукване на въздух в двигателя е монтиран компресор, който увеличава плътността на входящия въздух. Благодарение на компресора, мощността на двигателя се увеличава до определена надморска височина, наречена проектна надморска височина, и след това намалява по същия начин, както при двигател с ниска надморска височина.
Компресорът се задвижва във въртене от коляновия вал на двигателя. Ако има две скорости в трансмисията от коляновия вал към компресора и когато втората скорост е включена, скоростта на компресора се увеличава, тогава с увеличаване на височината е възможно да се осигури двойно увеличение на мощността. Такъв двигател вече има две дизайнерски височини.
Хеликоптерите, като правило, имат двигатели с компресори.
