Схема вертолёта описывает количество несущих винтов вертолёта , а также тип устройств, используемых для управления вертолётом.
Усилие для раскручивания несущего винта может передаваться от двигательной установки через осевой вал. В этом случае по третьему закону Ньютона возникает реактивный момент, закручивающий корпус вертолёта в противоположную от вращения несущего винта сторону (на земле такому вращению препятствует шасси аппарата).
Существует ряд основных конструктивных схем компенсации реактивного момента и управления вертолёта с использованием как единственного, так и нескольких несущих винтов.
В случаях, когда раскручивание несущего винта осуществляется либо набегающим потоком воздуха (автожиры , вертолёты в режиме полёта на авторотации), либо с помощью реактивных струй, расположенных на концах лопастей (реактивный вертолёт), реактивный момент не возникает, и соответственно, необходимость в его компенсации отсутствует.
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ Как летает вертолет?
✪ Вертолет Орлан 2. Малая авиация
✪ БДБ на Ка-26. 18/18. Детали бесшатунных двигателей схемы Баландина (изготовлены с 1976 по 1995 гг.)
✪ Боинг CH-47 «Чинук» тяжёлый военно транспортный вертолёт
✪ Вертолёт двухвинтовой соосной схемы - в управлении прост
Субтитры
Одновинтовые схемы с рулевым устройством
В таких схемах для компенсации реактивного момента используются устройства, создающие тягу, которая закручивает вертолёт в противоположном реактивному моменту направлении. Преимуществом таких схем является их относительная простота, однако при этом происходит отбор мощности силовой установки вертолёта.
Вертолёты одновинтовой схемы с рулевым винтом
В данной схеме винт небольшого диаметра располагается на хвостовой балке вертолёта на некотором расстоянии от оси несущего винта. Создавая тягу в плоскости, перпендикулярной вертикальной оси вертолёта, рулевой винт компенсирует реактивный момент. Изменяя тягу рулевого винта, можно управлять поворотом вертолёта относительно вертикальной оси. Большинство современных вертолётов выполнено по одновинтовой схеме.
Впервые её запатентовал на своем летательном аппарате Борис Юрьев вместе с автоматом перекоса в 1912 году . Однако первую подобную модель предложил в 1874 году немецкий конструктор Аченбах.
Неоспоримым преимуществом данной схемы является простота конструкции и системы управления, что приводит к уменьшению затрат на производство, ремонт и обслуживание.
Кроме того, выпускают вертолёты, например Ми-28 , с так называемым Х-образным, четырёхлопастным рулевым винтом, лопасти которого имеют различные взаимные углы установки на втулке (наподобие буквы X). Винт такого типа обладает преимуществами перед обычным (с равномерным азимутальным распределением лопастей) по уровню шума и уменьшению неблагоприятного воздействия на лопасти концевых вихревых шнуров, генерируемых соседними лопастями.
Недостатки данной схемы:
- рулевой винт отбирает часть мощности двигателя (до 10 %) и вместе с тем не даёт ни подъёмной силы, ни тяги, направленной вперёд;
- воздушный поток от несущего винта ухудшает характеристики рулевого винта, вследствие этого рулевой винт стараются размещать как можно выше на хвостовой балке;
- рулевой винт является весьма уязвимым при полетах вблизи земли;
- рулевой винт, так же как и несущий, может попадать в опасный режим вихревого кольца, что ограничивает возможности маневрирования;
- узкий диапазон возможных центровок.
Вертолёты с рулевым винтом в кольце, фенестрон
В современном вертолётостроении иногда применяют многолопастный рулевой винт в кольцевом канале киля - фенестрон (от лат. fenestra - окно). Диаметр фенестрона в два с лишним раза меньше, чем диаметр обычного рулевого винта.
Впервые применён на лёгких вертолётах французской фирмы «Аэроспасьяль ».
Используется в конструкциях лёгких и средних вертолётов
Такая конструкция имеет несколько существенных преимуществ:
- уменьшается вредное сопротивление вертолёта;
- предотвращаются задевание вращающимися лопастями рулевого винта за наземные предметы при маневрировании на предельно малых высотах, а также травмирование людей при работе вертолёта на земле;
- эффективность выше, чем у открытого рулевого винта при одинаковых диаметрах.
Недостатками являются:
- значительное увеличение толщины и массы киля, делающей установку фенестрона на тяжёлые вертолёты нецелесообразной;
- высокочастотный шум;
- нелинейности в характеристиках путевого манёвра.
Винтокрыл
В этой схеме используются винты, расположенные на крыльях или фермах летательного аппарата - винтокрыла . Причём тяга обоих винтов направлена вперёд, а для компенсации реактивного момента в режиме висения один из винтов обеспечивает бо́льшую тягу, чем другой. В режиме полёта эти винты используются как тянущие, что увеличивает скорость винтокрыла, при этом несущий винт переходит в режим авторотации . Первый аппарат с таким принципом компенсации реактивного момента предложил и запатентовал Б. Н. Юрьев в 1910 году . Примером такой модели в настоящее время может служить Eurocopter X3 .
Преимуществом винтокрыла можно считать высокие скорости полёта, недостижимые для классической схемы в силу особенностей аэродинамики. Так, например, винтокрыл «Ротодайн» фирмы «Фейри» в 1959 году достиг скорости в 307,22 км/ч, , а Eurocopter X3 в 2010 году - 430 км/ч.
Недостатком такой системы является потеря бóльшей мощности на компенсацию реактивного момента в режиме зависания по сравнению с рулевым винтом.
Однако не все винтокрылы используют данный способ компенсации. Например, винтокрыл Ка-22 использовал для противодействия реактивному моменту пару поперечных винтов, а Ротодайн - реактивное вращение лопастей.
Струйная система управления, NOTAR
Для компенсации реактивного момента используется система управления пограничным слоем на хвостовой балке, применяющая эффект Коанда , вместе с реактивным соплом на конце балки, или же только реактивное сопло.
Управляющая сила эффекта Коанды возникает по той же причине, по какой возникает подъёмная сила крыла - из-за несимметричного обтекания профиля хвостовой балки нисходящим воздушным потоком, образованным несущим винтом. Вентилятор, расположенный у основания хвостовой балки засасывает воздух из отверстий, расположенных вверху корпуса вертолёта, создавая необходимое повышенное давление внутри хвостовой балки. На правой стороне хвостовой балки с помощью специальных сопел устанавливается более быстрое движение воздушного потока, чем на левой стороне. Тем самым, вследствие закона Бернулли , давление воздуха на левой стороне будет больше, чем на правой, эта разность давлений приводит к появлению силы, направленной слева направо.
Примечание : на схеме синими стрелками показаны потоки воздуха, проходящие через хвостовую балку, красными - по поверхности хвостовой балки.
Первопроходцем в создании вертолёта, построенного по продольной схеме, стал французский инженер Поль Корню . В 1907 году его аппарат смог оторваться от земли на 20 секунд . При первом испытании аппарат оторвался от земли сначала на 0,3 м (полная масса 260 кг ), затем на 1,5 м (полная масса 328 кг ) .
В 1930-х годах разработка вертолётов продольной схемы велась в Бельгии русским эмигрантом Николаем Флориным , построившим 3 модели вертолётов, одна из которых («Флорин - 2»), поставила ряд рекордов продолжительности полёта. Дальнейшим развитием данной конструкции занялся американец Франк Пясецки , выпустив в 1945 году для армии США вертолёт, который из-за своей формы получил название «летающий банан ».
Положительными сторонами этой схемы вертолёта являются:
К недостаткам продольной схемы вертолёта относятся:
Поперечные винты устанавливаются на концах крыльев или специальных опор (ферм) по бокам корпуса вертолёта. К поперечной схеме можно отнести и некоторые конвертопланы в вертолётном режиме, например Bell V-22 Osprey , Bell Eagle Eye .
В 1921 году американский инженер Генри Берлинер вместе с отцом Эмилем Берлинером спроектировал вертолёт поперечной схемы. Он разместил по бокам самолетного фюзеляжа два небольших, четырёхметровых винта, а на хвосте рулевой пропеллер с вертикальной осью вращения - он должен был «задирать» хвост аппарата, чтобы у винтов появлялась горизонтальная составляющая тяги для движения вертолёта вперёд. Для управления вертолётом использовались отклоняемые поверхности, типа элеронов , а также наклоняемые оси несущих винтов.
Первым успешным вертолётом поперечной схемы стал немецкий Focke-Wulf Fw 61 , который в 1937 году поставил ряд рекордов по дальности и скорости. В Советском Союзе первым вертолётом поперечной схемы стал проект «Омега» 1941 года.
Достоинства:
- высокий коэффициент полезного действия несущих винтов вследствие отсутствия взаимного влияния воздушных потоков от этих винтов;
- наиболее выгодная схема с точки зрения устойчивости и управляемости вследствие аэродинамической симметрии.
К недостаткам этой схемы следует отнести:
- сложную трансмиссию;
- повышенный вес конструкции;
- повышенное лобовое сопротивление.
Соосная схема
Соосная схема представляет собой пару винтов, расположенных один над другим на соосных валах, вращающихся в противоположные стороны, благодаря чему компенсируются реактивные моменты, возникающие от каждого из винтов.
Вертолёт Камова Ка-8 полетел 12 ноября 1947 года , а вертолёт Яковлева «Шутка» 20 декабря 1947 года . Для конструкторского бюро Камова соосная схема стала основной. Теперь вертолёты Камова - единственные в мире пилотируемые вертолёты соосной схемы, выпускаемые серийно.
Достоинства соосной схемы:
- малые габариты, так как лопасти соосных винтов короче несущих лопастей вертолётов с рулевым винтом схожего класса: требуется минимальная, по сравнению с другими схемами, взлётно-посадочная площадка;
- компактность трансмиссии , которая расположена вдоль вала винтов;
- сравнительная простота управления: органы управления расположены рядом с трансмиссией и при совершении манёвров не затрачивается дополнительная мощность двигателей;
- отсутствие критически уязвимых узлов, таких как рулевой винт и его трансмиссия одновинтовых вертолётов;
- значительно бо́льшая при равной тяговооружённости тяга винтов на режиме висения, потому что нет потерь мощности на рулевой винт , а нижний винт находится в воздушном потоке от верхнего винта;
- аэродинамическая симметрия схемы и значительно меньшие перекрёстные взаимосвязи каналов управления;
- уменьшение вибраций, чему способствуют меньшие размеры несущих винтов;
- безопасность для обслуживающего персонала: отсутствие хвостового винта уменьшает вероятность травм.
Недостатки:
Перекрещивающиеся лопасти
Несущие винты расположены по бокам фюзеляжа со значительным перекрытием, а их оси наклонены наружу под углом друг к другу, исключая таким образом возможность перехлёста. Фактически такая схема является частным случаем поперечной схемы с максимально возможным перекрытием несущих винтов, в то же время обладает свойствами соосной схемы. Из-за наклона винтов реактивные моменты уравновешиваются только относительно вертикальной оси, а их проекции относительно поперечной оси складываются, образуя момент тангажа .
Первые серийные вертолёты этой схемы Флеттнер FI 282 «Колибри» появились в Германии в 1942 году. В настоящий момент единственным серийным производителем подобных вертолётов является американская компания Kaman Aircraft . Отличительной особенностью данной фирмы являются использование в системе управления вертолётом сервозакрылок, установленных на лопастях, принцип действия которых схож с элероном самолёта.
Достоинства:
- минимальные габаритные размеры;
- простая и лёгкая трансмиссия;
- малый относительный вес конструкции;
- симметричность в отношении аэродинамики.
Недостатки:
- ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов вследствие взаимного влияния их друг на друга;
- возникновение продольного момента, усложняющего балансировку вертолёта.
Многовинтовая схема
В основном вертолёты данной конструкции используют четыре винта, одна пара из которых расположены в продольной схеме, а другая - в поперечной, хотя встречаются конструкции как с тремя несущими винтами (Ми-32, Cierva Air Horse (англ.)
русск.
), так и с большим числом винтов (Мультикоптер (англ.)
русск.
).
Отличается большим весом, но вместе с тем простотой управления, так как такая схема не требует автомата перекоса , а направление полёта задаётся регулированием мощности на каждом из винтов в отдельности.
В настоящий момент пользуется все большей популярностью в радиоуправляемых вертолётах .
Схема изначально была представлена в прототипах начала двадцатого века на заре авиации.
К вертолётам такой схемы можно отнести квадрокоптер Георгия Ботезата, бывшего профессора Петроградского технологического института, эмигрировавшего в Америку; вертолёт Этьена Эмишена, который помимо 4 несущих винтов имел 6 небольших пропеллеров для поддержания равновесия и 2 винта для горизонтального полёта
К многовинтовой схеме можно отнести и некоторые конвертопланы , например Curtiss-Wright X-19 , Bell X-22 , Bell Boeing Quad TiltRotor (проект).
Примечания
- , с. 14.
- Мир вертолётов. Поиски схемы (рус.) . aviastar.org. Дата обращения 4 апреля 2012. Архивировано 19 июня 2012 года.
В ближайшие годы на наших глазах обещает развернуться прелюбопытнейшая технологическая гонка. Два российских производителя вертолетной техники, К. Б. Камова и Миля, и один американский, Sikorsky, практически одновременно объявили о начале разработки вертолета с толкающим винтом.
Новые модели обещают существенно изменить привычные представления о винтокрылых машинах: проектная максимальная скорость каждой из них значительно превышает 400 км/ч, которые принято считать технологическим пределом для вертолета
Осведомленный читатель наверняка вспомнит, что попытки создать скоростной вертолет с толкающим винтом предпринимались довольно давно и некоторые из них увенчались успехом если не в коммерческом, то хотя бы в техническом плане. Lockheed AH-56 Cheyenne, совершивший свой первый полет в сентябре далекого 1967 года, мог развивать внушительные 393 км/ч. Но для военных скорость была не так важна, как надежность, простота и дешевизна конструкции, поэтому проект был закрыт и изящный вертолет с дополнительным толкающим винтом уступил место AH-64 Apache традиционной конструкции.
Вертолет Ка-52 обещает стать неотъемлемым элементом транспортной системы, сделав легко доступной любую точку страны, независимо от степени развития аэродромных сетей.
Однако для вертолета 393 и свыше 400 км/ч — это принципиальная разница. В то время как Cheyenne вплотную подобрался к заветному пределу, будущие модели с толкающим винтом обещают его значительно превзойти. А для этого, помимо толкающего винта, нужны дополнительные технологические хитрости. Все три прототипа — «Камова», «Миля» и Sikorsky — выглядят по‑разному. Sikorsky X2 представляет собой машину с соосным несущим и дополнительным толкающим винтами. Ка-92 отличается наличием соосного толкающего винта. Ми-X1 — это вертолет традиционной схемы с несущим, рулевым и дополнительным толкающим винтами.
Разослав по всему миру пресс-релизы с информацией экономического характера, все три фирмы объявили обет молчания касательно деталей конструкции и принципов работы новых машин. На сегодняшний день «Миль» и «Камов» порадовали заинтригованную публику только несколькими макетами перспективных вертолетов, отдельные экземпляры которых весьма значительно отличаются друг от друга и не характеризуются высокой детализацией. А вот опытный образец Sikorsky X2, уже прошедший наземные испытания, все желающие могли рассмотреть на выставке HeliExpo 2008 в Хьюстоне. На примере этой машины мы попробуем разобраться, как будут устроены вертолеты нового поколения. Кстати, формально аппарат с толкающим винтом следует называть не вертолетом, а винтокрылом, так как его горизонтальная тяга определяется не несущим винтом, а дополнительным движителем. И все же позволим себе называть машины по старинке: будет обидно, если слово, к которому мы привыкли, канет в лету вместе с устаревшей конструкцией.
Лопасть Оккама
Технологический предел скорости вертолета определяется разницей в скорости движения наступающей и отступающей лопастей несущего винта относительно воздуха. Скорость движения вертолета прибавляется к скорости наступающих лопастей и вычитается из скорости отступающих лопастей. Если угол атаки лопастей на наступающей и отступающей сторонах ротора будет оставаться неизменным, подъемная сила на наступающей стороне будет значительно больше, чем на отступающей, и вертолет перевернется. Автомат перекоса вертолета классической схемы устроен так, чтобы компенсировать эту разницу, циклически уменьшая угол атаки лопастей на наступающей стороне и увеличивая на отступающей. Это значит, что винт ни при каких обстоятельствах не сможет реализовать весь потенциал подъемной силы: даже при максимальном угле атаки лопастей отступающей стороны подъемная сила наступающей стороны будет далека от максимально возможной.
Винтокрыл Ка-22 был разработан в конце 50-х годов для военно-воздушных сил СССР. Грузовой аппарат с двумя несущими и двумя толкающими роторами мог принимать на борт до 16,5 тонн груза и летать со скоростью 350 км/ч. Интересно, что на высокой скорости несущие винты переходили в режим авторотации, и аппарат превращался в огромный автожир. Ка-22 совершил свой первый полет 15 августа 1959 года. В августе 1964 один из опытных образцов винтокрыла вошел в неконтролируемый правый поворот, за которым последовало сваливание. Из пяти членов экипажа лишь троим удалось катапультироваться. После трагической аварии проект был закрыт.
Так же расточительно мы обращаемся с подъемной силой, заставляя вертолет лететь вперед. Чтобы набрать скорость, приходится увеличивать угол атаки лопастей в задней части ротора и уменьшать в передней. Максимального угла атаки всех лопастей, равно как и максимально возможной подъемной силы, мы не получим.
Схема с двумя пересекающимися роторами, установленными под небольшим углом друг к другу, была впервые применена в 1942 году в нацистской Германии для небольшого противолодочного вертолета Flettner Fl 282 Kolibri. Ее придумал конструктор Антон Флеттнер, который после войны присоединился к американской компании Kaman. Основное преимущество синхрокоптеров, как иногда называют вертолеты с пересекающимися роторами, заключается в повышенной стабильности при зависании. Кроме того, синхрокоптеры работают значительно тише вертолетов, построенных по классической схеме. На сегодняшний день в мире эксплуатируется около 40 вертолетов K-Max.
Интересно, что в вертолетах соосной схемы (большинство моделей Камова) для обоих винтов используется практически такой же автомат перекоса, как в одновинтовых машинах. Роторы, вращающиеся в противоположные стороны, компенсируют потерю подъемной силы на отступающих лопастях без помощи автомата перекоса, поэтому схема Камова превосходит классическую по энерговооруженности. Но необходимость создавать горизонтальную тягу с помощью несущих винтов по‑прежнему заставляет идти на энергетический компромисс.
Sikorsky S-72 — это уникальная гибридная экспериментальная платформа с несущим крылом, основным и рулевым роторами и двумя реактивными двигателями, предназначенная для испытания различных вертолетных схем. Летающая лаборатория впервые оторвалась от земли 12 октября 1976 года. Основной ротор S-72 был сбрасываемым: если в полете что-то шло не по плану, испытатели могли одним нажатием кнопки превратить вертолет в реактивный самолет и вернуться на аэродром. На Sikorsky S-72 была испытана концепция ротора X-wing, широкие и жесткие лопасти которого после набора высоты останавливались и играли роль несущего крыла.
В соосной схеме Sikorsky X2 автомат перекоса не несет компенсаторных функций. Несущие винты не отвечают за создание горизонтальной тяги и компенсируют взаимное стремление к крену, поэтому необходимость в циклическом изменении шага винта отпадает. И наступающая, и отступающая стороны ротора X2 всегда развивают максимум подъемной силы. Специалисты Sikorsky называют эту технологию ABC (концепция наступающей лопасти, Advancing Blade Concept). Согласно ABC подъемная сила определяется мощью наступающей лопасти, а не ограничивается возможностями отступающей. Это означает, что вертолет станет экономичнее и сможет преодолевать большие расстояния без дозаправки. Но главное, что по сравнению с вертолетами привычных схем он сможет поддерживать высоту при меньшей скорости вращения главного ротора. А это один из определяющих факторов максимальной скорости.
Чем медленнее, тем быстрее
На определенной скорости горизонтального полета скорость движения отступающей лопасти относительно набегающего потока воздуха, а значит, и подъемная сила становятся равны нулю. Для вертолета классической конструкции, подъемная сила которого ограничена возможностями отступающих лопастей, наступает технологический предел скорости, приблизительно равный 400 км/ч. Однако вертолет с технологией ABC может спокойно продолжить разгон — даже после того как подъемная сила на отступающей стороне исчезнет, на наступающей она будет продолжать расти. Концепция уже доказала свою жизнеспособность на экспериментальном вертолете Sikorsky S-69. С помощью двух реактивных двигателей, создающих горизонтальную тягу, аппарат разогнался до 518 км/ч, опираясь на подъемную силу наступающих лопастей соосного винта.
| Sikorsky X2 | |
| Разработчик | Sikorsky Aircraft |
| Экипаж | 2 человека |
| Назначение | Экспериментальная платформа |
| Особенности конструкции | |
| Силовая установка | Турбовальный двигатель LHTEC T800-LHT-801 (1000−1340 кВт) |
| Несущий винт | 2 соосных четырехлопастных ротора |
| Толкающий винт | 6-лопастной ротор |
| Система управления | электродистанционная Fly-by-Wire |
| Крепление лопастей | бесшарнирное |
| Динамические показатели | |
| Крейсерская скорость | 460 км/ч |
| Максимальная взлетная масса | 3600 кг |
| Дальность полета без дозаправки | 1300 км |
Когда законцовки лопастей вертолета приближаются к скорости звука, сопротивление вращению резко возрастает. Это может стать следующим скоростным пределом для вертолета. Скорость вращения несущих роторов Sikorsky X2 автоматически снижается, начиная со скорости 390 км/ч. На максимальной скорости, а это 474 км/ч, замедление составит 20%. Тот факт, что скорость горизонтального полета не определяется несущими винтами и подъемная сила используется максимально эффективно, позволяет роторам вращаться очень медленно, а вертолету — лететь очень быстро.
Знаменитый конвертоплан V-22 Osprey разрабатывался компаниями Bell и Boeing в течение 30 лет. Летающий трансформер совершил первый испытательный полет 19 марта 1989 года и вскоре продемонстрировал способность превращаться из вертолета в самолет прямо в воздухе. Максимальная скорость V-22 достигает 638 км/ч. Отчасти Osprey повторил судьбу Cheyenne: конвертоплан, сложнейшая конструкция которого на 70% состоит из композитных материалов, оказался слишком дорогим для повсеместного применения в армии ($70 млн за единицу в 2007 году). Тем не менее, на сегодняшний день V-22 остается единственным конвертопланом, выпускаемым серийно.
Система управления Sikorsky X2 — электродистанционная (Fly-by-Wire). Ни один из органов управления не имеет механической связи с исполнительными механизмами — пилот лишь отдает команды компьютеру, управляющему сервоприводами. Электронное управление позволило реализовать систему активного подавления вибраций, интеллектуальное управление шагом и скоростью вращения роторов, единую систему контроля технического состояния машины, простой переход на авторотацию в случае отказа двигателя. Все винты приводятся одним турбовальным мотором LHTEC T800 мощностью свыше 1000 кВт. Общий шаг регулируется электроприводами, встроенными во втулки бесшарнирных несущих винтов. Кстати, сами винты сделаны из композитных материалов и отличаются улучшенным соотношением подъемной силы к сопротивлению за счет инновационной формы и профиля. Втулка соосного винта X2 будет заключена в аэродинамический обтекатель, который значительно снижает аэродинамическое сопротивление машины на скоростях свыше 400 км/ч.
Аббревиатура VTDP расшифровывается как Vectored Thrust Ducted Propeller, то есть ротор с управляемым вектором тяги. X-49A VTDP представляет собой многоцелевой военный вертолет Sikorsky YSH-60F Seahawk, основательно переделанный компанией Piasecki в целях испытания перспективной скоростной схемы. Толкающий хвостовой ротор машины установлен в трубе, за которой располагаются киль и руль высоты. Вращательный момент основного ротора компенсируется воздушным потоком, направляемым килем. На высокой скорости крен машины управляется с помощью флаперонов. Первый полет X-49A VTDP состоялся 29 июня прошлого года. В настоящее время испытания продолжаются.
Распространено заблуждение, что у Sikorsky X2 вовсе нет автомата перекоса. Убедиться в обратном вы можете сами, внимательно рассмотрев фотографии машины. Увидеть этот узел непросто, потому что циклический шаг у X2 регулируется только для нижнего несущего винта. Для управления креном и маневрирования на низких скоростях этого вполне достаточно — ведь несущий ротор не участвует в создании горизонтальной тяги в крейсерском полете.
Знаменитый Chinook — двухвинтовой двухмоторный тяжелый транспортник — состоит на вооружении ВВС США с середины 60-х годов. И в те времена, и даже сегодня эта махина способна обогнать многие вертолеты традиционной конструкции — максимальная скорость CH-47 достигает 315 км/ч. Аппарат может взять на борт до 55 пехотинцев и до 13 тонн груза. Chinook — один из немногих вертолетов с необычной конфигурацией винтов, получивших широкое распространение, производящихся серийно и применяющихся военными разных стран до сих пор. В настоящее время CH-47 состоит на вооружении США, Великобритании, Италии, Австралии, Японии и еще многих стран.
Испытание временем
Вертолет, показанный на выставке в Хьюстоне, — это всего лишь демонстратор технологии X2, на базе которой Sikorsky предлагает построить целую серию разнообразных летательных аппаратов различного назначения. Это может быть и высокоскоростной боевой вертолет, и экономичный (и не менее быстрый) пассажирский вертолет бизнес-класса, и тяжелый транспортник с грузоподъемностью до 20 т, и 40-тонный летающий кран. Также по технологии X2 планируется построить беспилотный летательный аппарат. Компания обещает, что ближе к концу нынешнего года состоятся первые летные испытания X2. Они-то и расставят все точки над i в будущем вертолетостроения.
В конструкции Sikorsky X2 используется перспективная система бесшарнирного ротора.
«Миль» обещает представить широкой публике действующий образец машины с толкающим винтом в 2011 году. Это будет скоростной пассажирский вертолет, который призван разделить участь самолетов региональных авиалиний в труднодоступных районах со слаборазвитой аэродромной сетью. Сможет ли Ми-X1 тягаться с машиной Sikorsky, пока непонятно: вертолет с единственным несущим винтом не может воспользоваться преимуществами концепции наступающей лопасти.
По мнению президента компании Sikorsky Aircraft Джеффри Пино, Sikorsky X2 должен кардинально изменить расстановку сил на рынке винтокрылых машин. Если проект будет воплощен в жизнь, к вертолетам будут предъявляться принципиально иные требования.
Ka-92 с соосным несущим и соосным толкающим винтами будет рассчитан на перевозку 30 пассажиров на расстояние более 1400 км без дозаправки. Крейсерская скорость вертолета будет достигать 450 км/ч. «Ка-92 — это не просто вертолет, это элемент транспортной системы, которая в совокупности с магистральными самолетами сделает доступной любую точку нашей страны, — говорит генеральный конструктор ОАО «Камов» Сергей Михеев. — К примеру, вылетев из Мурманска, Ка-92 с нефтяниками-вахтовиками на борту мог бы долететь до нефтяных платформ в районе Штокманского месторождения, удаленных на 700−800 км, и вернуться на аэродром базирования без дозаправки». Специалисты фирмы «Камов» обещают применить несколько принципиально новых для вертолетной отрасли технических решений, которые позволят радикально увеличить скорость полета машины. Подробности пока не раскрываются. На разработку Ка-92 «Камов» отводит себе не менее восьми лет. «Что касается сроков, я собираюсь еще при жизни полетать на этом вертолете», — отшучивается 70-летний конструктор Михеев.
Торопиться конструкторам некуда. Принимая во внимание различия в назначении и конструкции всех трех машин, можно предположить, что прямыми конкурентами они не станут. Кроме того, до начала летных испытаний трудно сказать, какая из трех предложенных схем окажется самой быстрой, самой экономичной и самой надежной.
МОСКВА, 12 ноя — РИА Новости, Андрей Коц. Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает 70-летний юбилей. Двенадцатого ноября 1947 года в воздух поднялась первая машина знаменитого советского авиаконструктора Николая Камова — Ка-8 "Иркутянин". Это событие стало началом эпохи вертолетов с соосной схемой расположения несущих винтов. Россия до сих пор остается единственным государством в мире, наладившим массовое производство этих сложных машин. Камовские вертолеты успешно трудятся на "гражданских должностях", а также служат в частях армейской и морской авиации. О том, для чего нужна соосная схема, а также о ее главных преимуществах и недостатках — в материале РИА Новости.
Без доворота
Первый соосный летательный аппарат КБ имени Камова К-8 "Иркутянин" больше напоминает летающий мотоцикл, нежели привычный для взгляда обывателя вертолет. Во-первых, у него отсутствует фюзеляж. Вся конструкция состоит из стальных труб, закрепленных на двух надувных цилиндрических баллонах. Пилот сидит в небольшом открытом кресле. Максимальная взлетная масса Ка-8 — всего 320 килограммов, длина — 3,7 метра, высота 2,5 метра. Скромны и летные характеристики: "Иркутянин" был способен подниматься на 250 метров максимум и разгоняться до 80 километров в час. Впрочем, за скоростью и высотой при создании "первенца" камовцы не гнались. Настоящим прорывом стали несущие трехлопастные винты, расположенные один над другим. Это конструктивное решение — визитная карточка практически всех вертолетов Ка.
"Вертолет традиционной схемы в воздухе постоянно доворачивает в ту сторону, в которую вращается его несущий винт, — рассказал РИА Новости главный редактор журнала "Арсенал Отечества" Виктор Мураховский. — Чтобы компенсировать этот момент, на хвостовую балку машины устанавливают дополнительный рулевой винт, который крутит машину в противоположную сторону. Вертолетам Камова такой привод просто-напросто не нужен. Их несущие винты вращаются в противоположные стороны. Такое решение значительно упрощает механику машины, снижает ее уязвимость. Говорят, что Ка-52 способен совершить посадку даже с отстреленным под корень хвостом".
Ка-8 в боях поучаствовать не довелось. Во-первых, он предназначен для связи и разведки. Во-вторых, эта машина была построена всего в трех экземплярах. Впервые широкой публике "Иркутянина" показали на параде в Тушино летом 1948 года. Вертолет поднялся в воздух прямо с кузова грузовика, сделал несколько проходов и благополучно приземлился. Именно тогда им заинтересовалось командование ВМФ, заказавшее Камову проект создания специализированной разведывательной машины. С тех пор вертолеты Ка долгое время оставались флотским "эксклюзивом".
Любопытный факт: само слово "вертолет" вошло в обиход именно благодаря создателям Ка-8. Перед тушинским парадом организаторы спросили Николая Камова, как представить его машину публике. Тот подумал и ответил: "вертолет". До этого момента винтокрылые летательные аппараты именовали американизмом "геликоптер".
Работа над ошибками
Прямыми потомками Ка-8 стали вертолеты Ка-10 и Ка-15, созданные на его основе. Первый появился в конце 1948 года и практически не отличался от оригинальной машины. Он получил более мощный двигатель, больший диаметр несущих винтов и радиостанцию. Кроме того, в Ка-10 была предусмотрена система катапультирования, выбрасывающая пилота назад путем складывания спинки кресла. Испытания этой машины были непростыми. Вертолет раз за разом терял винтами воздушный поток. Однажды это привело к трагедии. Летчик-испытатель Михаил Гуров поднял Ка-10 над испытательной площадкой на 200 метров, проверяя, насколько машине хватает топлива на такой высоте. Для этого он вел аппарат на номинальных оборотах. Скорости лопастей оказалось недостаточно, и вертолет упал. Гуров скончался по пути в больницу.
Впрочем, со временем Ка-10 довели до ума. В 1951 году приняли решение о строительстве военной версии вертолета. К 1953 году в строю уже было девять машин. Ка-10 удалось успешно посадить на палубу крейсера "Максим Горький" при сильном ветре, что лишний раз доказало преимущество соосной схемы: вертолет практически не болтает даже в шторм. Кроме того, военный вариант машины получил полноценную приборную панель с высотомером, спидометром, компасом, вариометром и указателем оборотов несущих винтов.
Ка-15 стал первым вертолетом Николая Камова, пошедшим в крупную серию. Всего было построено 354 машины этого типа. Ка-15 задумывался как противолодочный вертолет, но для нужд флота он получился недостаточно эффективным — сказывалась малая грузоподъемность. В итоге ВМФ разработал необычную тактику боевых троек. Первый Ка-15 нес два гидроакустических буя для обнаружения подлодок. На втором была установлена аппаратура управления и слежения. Глубинные бомбы же устанавливались на третьем. Понятно, что такой подход снижал общий боевой вес Ка-15. К тому же было несколько случаев схлестывания лопастей несущих винтов, что приводило к крушению вертолета. Вряд ли стоит винить в этом конструкторов: соосная схема в то время была малоизведанной областью. Приходилось учиться на ошибках.
"Такую схему очень сложно реализовать технически, в отличие от традиционного "одновинтового" подхода, — рассказал РИА Новости Виктор Мураховский. — Она требует большого объема научных расчетов, математики, глубокого знания аэродинамики. Винты на "камовых" располагаются близко друг к другу. Необходимо продумать, как они влияют друг на друга в полете, отработать все это на практике. С годами наши специалисты достигли очень высокого уровня. В других странах серийных машин такой конструкции просто нет — это наше ноу-хау. На Западе строят лишь какие-то опытные экземпляры, беспилотники, зонды. До массового производства дело так и не дошло".
Не только для моря
Всего для нужд Военно-морского флота КБ Камова разработало более десятка различных моделей вертолетов. На сегодняшний день в составе авиации ВМФ имеется 63 многоцелевых Ка-27 и 16 поисково-спасательных Ка-27ПС, 28 транспортно-боевых Ка-29, а также несколько машин радиолокационного дозора Ка-31. Эти вертолеты способны выполнять самый широкий круг задач: вести разведку, высаживать десант на побережье, поддерживать его огнем, спасать сбитых над морем летчиков, выслеживать подводные лодки противника и многое-многое другое. Работу соосных винтов на данных машинах удалось "отполировать до блеска" — серьезные летные происшествия с ними можно пересчитать по пальцам двух рук.
"У соосных вертолетов выше грузоподъемность и на внешней подвеске, и внутри кабины, а кроме того, габариты соосного вертолета меньше, что очень удобно при использовании, например, на нефтяных площадках, — рассказал РИА Новости Заслуженный летчик-испытатель России, старший летчик-испытатель АО "Камов" (входит в концерн "Вертолеты России") Александр Папай. — При соосной схеме управляемость вертолета выше, выше маневренность и лучше высотные характеристики, потому что вся мощность идет на основные винты. А маневренность нужна при ведении боевых действий. Соосный вертолет симметричен, у него нет в полете дополнительных кренов".
Весь накопленный за десятилетия опыт камовцы использовали при создании машин и для армейской авиации. О "Черных акулах" Ка-50 и их двухместных модификациях Ка-52 "Аллигатор" слышали, наверное, все. Бронированные и вооруженные самыми современными ракетами "летающие танки" показали себя грозной силой. Боевая эксплуатация Ка-50 в Чечне подтвердила, что вертолеты соосной схемы прекрасно себя чувствуют не только над морем, но и в горах, где боковой ветер и сложные метеоусловия могут погубить даже опытного пилота.
Все эти черты характерны и для двухместного Ка-52, дебютировавшего в Сирии. В марте 2016 года несколько "Аллигаторов" были переброшены на авиабазу Хмеймим и начиная с апреля используются в различных операциях. Обкатали на Ближнем Востоке и палубную модификацию Ка-52К, получившую обозначение "Катран". Обе машины прекрасно показали себя в не самом привычном для них климате.
На сегодняшний день в частях армейской авиации стоят на вооружении более 100 "Аллигаторов". До конца 2017 года Минобороны должно получить еще 14 машин. Наравне с милевскими Ми-28Н и Ми-35 они будут оставаться основными ударными вертолетами Российской армии в ближайшие десятилетия.
Среди большого количества схем вертолетов, разработанных до сих пор, широко распространена схема с двумя соосно расположенными несущими винтами, которая впервые была применена М. В. Ломоносовым на его «аэродромической машинке». Оба несущих винта в этой схеме находятся на одной оси, один под другим. Вал верхнего винта при этом проходит внутри полого вала нижнего винта. Винты вращаются в противоположных направлениях, поэтому на фюзеляж передаются два реактивных момента, взаимно уравновешивающих друг друга. Вертолеты, построенные по этой схеме, обладают хорошей маневренностью.
В частности, за счет изменения углов установки лопастей одного из винтов по сравнению с установочными углами лопастей другого винта (дифференциальное изменение общего шага винтов) достигается разность в их реактивных моментах, которая, передаваясь на фюзеляж, поворачивает вертолет в ту или иную сторону. Продольное и поперечное управление и управление подъемом и спуском будут описаны ниже. Сейчас заметим только, что принципы такого управления одинаковы для большинства вертолетов.
Вертолет с двумя винтами
В России по этой схеме был построен вертолет еще в 1907 г. конструктором Антоновым. Впоследствии эту схему применяли во многих странах. Современный вертолет конструкции II. И. Камова создан также по двухвинтовой соосной схеме.
Основными преимуществами вертолетов, построенных по этой схеме, являются их малый размер и небольшой вес. Это достигается отсутствием длинной хвостовой балки для установки рулевого винта н длинных валов для передачи крутящего момента от двигателя на винты, так как винты установлены на одной вертикальной оси почта рядом.
Любопытно отметить, что все вертолеты весом до 800 кг построены по двухвинтовой соосной схеме. Возможно, что именно такие вертолеты станут в недалеком будущем широко распространенными летательными аппаратами индивидуального пользования.
Эта схема, как и любая другая, не лишена недостатков. Так, вследствие того, что нижний винт работает в струе воздуха, отброшенной и закрученной верхним винтом, ухудшаются условия его работы и затруднен расчет винта при проектировании.
Вертолет с двумя продольно расположенными несущими винтами
Схема вертолета с продольно расположенными несущими винтами впервые была предложена Н. И. Сорокиным. Согласно этой схеме, один винт располагается над носовой частью фюзеляжа, а второй - над хвостовой. Оба винта могут приводиться во вращение одним или двумя двигателями. Направление вращения винтов противоположное для взаимного погашения реактивных моментов.
По этой схеме выгодно строить тяжелый многоместный вертолет, так как фюзеляж такого вертолета оказывается удобным помещением для грузов и пассажиров и, кроме того, вертолет этой схемы имеет хорошую продольную управляемость и допускает значительное изменение положения центра тяжести вдоль оси фюзеляжа. Так, если вертолет будет опускать нос, т. е. центр тяжести переместился вперед, то создастся пикирующий момент, который легко может быть устранен увеличением тяги носового винта при соответствующем уменьшении тяги винта, установленного в хвосте. При перемещении центра тяжести паза- мы должны будем увеличить тягу винта, установленного в хвосте, и уменьшить тягу носового винта.
Преимущество вертолета, построенного по этой схеме, состоит в том, что он имеет малое поперечное сечение фюзеляжа, а следовательно, малое вредное сопротивление, что позволяет летать с наибольшими скоростями.
Недостаток вертолета, построенного по этой схеме, в том, что задний винт при полете вертолета вперед работает в воздухе, предварительно возмущенном передним винтом, а это уменьшает его коэффициент полезного действия.
Показана модель вертолета с двумя продольно расположенными винтами. Лопасти несущих винтов вертолета для облегчения ангарного хранения могут быть изготовлены складывающимися над фюзеляжем, что сильно уменьшает габарит вертолета.
Свое развитие вертолеты получили только во второй половине 20 века. Их практически не использовали во Второй мировой войне. Однако в боевые машины проявили себя с самой лучшей стороны. Первыми развивать подобную военную технику стали американцы, и поначалу у них даже конкурентов не было. В настоящее время летательную технику используют в разведывательных целях, в корректировке огня, при эвакуации раненых, для высадки солдат и т.д. И в данном обзоре следует выделить некоторые американские военные вертолеты.
Боевая машина с усиленной броневой защитой
Конструкция АН-1 была спроектирована по одновинтовой схеме. Практически все боевые машины данного типа обладают двухлопастным несущим и рулевым винтом. Исключением является модель АН-1W. Также следует отметить, что они имеют в своей конструкции неубирающееся шасси лыжного типа. Для этой серии характерен узкий фюзеляж. В кабине для пилотов могут поместиться два члена экипажа. Они будут сидеть друг за другом. Американские военные вертолеты такой серии характеризуются усиленной броневой защитой, а также дублированной системой управления. Нет грузового отсека. Конструкторы для значительного увеличения скорости с маневренностью установили среднерасположенное крыло сравнительно небольшого размера.
Вооружение и основные отличия этих моделей
Американские военные вертолеты этой серии оснащены турельной пушечной установкой, которая находится в носовой части фюзеляжа. Также имеются пилоны в количестве четырех штук под крылом, на которые можно установить съемное вооружение. Для того чтобы уменьшить вероятность попадания ракет, обладающих ИК-головкой самонаведения, конструкторы оснастили машину системой охлаждения выхлопных газов моторов. Усиленные лопасти могут выдержать попадание снарядов 23 мм калибра.
В чем отличия серии АН-1 от других моделей? Они заключаются в различных силовых установках, в вооружении и в бортовом оборудовании. Боевые машины данной серии способны зависнуть на высоте в 915 метров с полным запасом топлива, а также с тонной вооружения при температуре 35 градусов.
Транспортный военный вертолет
Американский военный вертолет «Чинук» (СН-47) впервые поднялся в воздух в 1961 году. Через год его переименовали в СН-47А. В самом начале он был оснащен двумя двигателями, мощность которых достигала 1641 кВт. Впоследствии их было решено заменить на более мощные агрегаты. Для цельнометаллического фюзеляжа характерны прямоугольное сечение и скругленные углы. На каждой из сторон нижней части фюзеляжа можно обнаружить обтекатели. Они скрывают топливные баки, по три каждый. Десантный американский военный вертолет, название которого «Чинук», может вместить в себя 44 десантника. Имеются узлы с возможностью закрепления носилок для раненых в количестве 24 штук. За счет откинутой створки, характерной для грузового люка, можно образовать погрузочную рампу.
Крепление лопастей производится за счет использования шарниров. Для того чтобы снизить абразивный износ, носок лопасти было решено покрыть титановыми и никелевыми сплавами.
Известный вертолет «Апач»
Американский военный вертолет «Апач» (АН-64) был разработан в целях предоставления солдатам огневой поддержки. Также он необходим для уничтожения бронированных объектов. Боевая машина может совершать вылеты вне зависимости от времени суток, условий видимости и состояния погоды. Для того чтобы уменьшить вероятность попадания в машину ракет с ИК-головками самонаведения, выхлоп силового агрегата производится через устройство, которое рассеивает струю, уменьшая при этом ее температуру. Американский военный вертолет, название у которого "Апач", оснащен ПТУР «Хеллфайер», которая характеризуется наличием лазерного наведения. На турели, расположенной под фюзеляжем, находится 30 мм пушка.
Для лопастей несущего вина характерна прямоугольная форма и стреловидная законцовка. За счет этого удалось снизить воздействие со стороны сжимаемости при достижении больших скоростей полета. Крепятся лопасти за счет систем упругих пластин-торсионов. Они способны сохранить свою работоспособность в случае попадания пуль, калибр которых достигает 15,7 мм. Какие еще американские военные вертолеты следует выделить?
Разведывательный боевой вертолет
Вертолет «Команч» (RAH-66) является современной двухдвигательной разведывательной боевой машиной. Он также способен поддерживать наземные силы огнем. Фюзеляж, которым обладает американский военный вертолет с двумя винтами, характеризуется низкой эффективной площадью отражения. Боевая машина имеет съемные оружейные пилоны, электронную систему управления полетом и эргономичную кабину. Вертолет оснащен пятилопастным несущим винтом. Рулевой винт находится в кольце. Боевые модели этой серии обладают ИК-сенсорами и телескопическими телевизионными камерами. Они предоставляют возможность совершать ночные полеты, а также с высокой точностью идентифицировать цели. Вооружение вертолета - ПТУР «Хеллфайер» с лазерным наведением. Также имеется УР «Стингер» класса «Воздух-воздух», ракеты сигнального характера и 20 мм пушка.
Двухвинтовой военный вертолет
Американский военный вертолет с двумя винтами, название у которого Kiowa Warrior, стали проектировать еще в 1984 году. Некоторые модели впоследствии модифицировали в легкие машины специального назначения. С их помощью осуществлялась перевозка раненных, солдат и грузов, которые крепили за счет использований внешней подвески. Конструкция обладает четырехлопастным несущим и двухлопастным рулевым винтом. За счет использования новой несущей системы удалось добиться увеличения времени нахождения в полете до 2,5 часа. При этом вертолет способен передвигаться не только по прямой, но и вбок, и назад. Также он может зависнуть в воздухе при скорости ветра, равной 65 км/час.
Вертолет оснащен защитой от пуль, калибр которых составляет 7,62 мм. За счет ослабевания теплового излучения мотора и использования станции активных ИК-помех удалось снизить вероятность попадания ракет с ИК-головкой. Экипаж с топливными баками защищены бронелистами. Они могут выдержать попадание 30 мм снарядов. Чтобы лопасти несущего винта не были повреждены, их оснастили ножом для резки. Вертолет данной серии может передавать данные о целях на наземный пункт за счет использования специальных систем. Эта процедура длится около 6 секунд.
Транспортные вертолеты «Хью»
Как называется американский военный вертолет, большинство модификаций которого можно перевозить на самолетах типа С-124? Речь идет о боевых машинах UH-1 Huey. За период своего совершенствования конструкторы улучшили некоторые его параметры. Было увеличено количество мест для пассажиров, дальность перелета практически в 3 раза. Но и вес боевой машины при этом стал значительно больше. Сначала в воздух поднимались однодвигательные модели этой серии, но потом было решено выпускать двухдвигательные. Многие модификации именно этой серии могут перевозиться посредством использования транспортных самолетов типа С-124. Вооружение съемное. Для него имеются специальные точки крепления: пять встроенных и две навесные. На всех этих узлах без исключения можно установить пулеметы с гранатометами.
Заключение
В данном обзоре были рассмотрены некоторые американские вертолеты, используемые в разведывательных и боевых операциях. На самом деле их очень много, и на то, чтобы описать все модели, не хватит времени. Мы рассмотрели только наиболее известные и популярные серии. Надеемся, что данная статья поможет разобраться в том, что собой представляют сконструированные на территории США.
Loading...