1. Общая характеристика вертолета стр (стр. 2 из 3)

2.Основные характеристики несущего винта

Несущий винт является основной частью вертолета. Он состоит из втулки (Рис.4., элемент 1) и лопастей (Рис.5., элемент 1). Лопасти создают силу тяги, необходимую для полета, втулка же соединяет все лопасти и служит для крепления несущего винта к валу, который вращает винт.

По конструктивным признакам несущие винты можно подразделить на три типа: с жестким креплением лопастей, с шарнирной подвеской лопастей, на кардане.

Рассмотрим типы более подробно. Несущий винт с жестким креплением лопастей является наиболее простой конструкцией и в этом его основное преимущество. Редко, на легких вертолетах применяются несущие винты с рессорным креплением лопастей. Эти винты можно считать разновидностью винтов с жесткими лопастями.

Втулка несущего винта с жесткими лопастями имеет осевые шарниры (Рис.4., элемент 2), которые позволяют лопастям поворачиваться относительно продольной оси, что необходимо для управления несущим винтом.

Рис.4. Несущий винт с жестким креплением лопастей

Несущий винт с шарнирной подвеской лопастей является наиболее распространенным. Его втулка имеет три шарнира для каждой лопасти: осевой (Рис.5., элемент 2), горизонтальный (Рис.5., элемент 3) и вертикальный (Рис.5., элемент 4).

Рис.5. Несущий винт с шарнирной подвеской лопастей

Втулки несущих винтов выполняют из легированной стали. Лопасти могут быть металлическими, деревянными и смешанной конструкции, а также из синтетических материалов.

Винт характеризуется определенными геометрическими параметрами: диаметром, формой лопасти в плане, формой профиля, установочным углом лопастей, ометаемой площадью, удельной нагрузкой, коэффициентом заполнения.

Рассмотрим основные из них. Количество лопастей Z. На современных вертолетах применяются трех-, четырех- и пятилопастные винты. Увеличение количества лопастей ухудшает работу несущего винта из-за вредного взаимного влияния лопастей. Уменьшение количества лопастей (меньше трех) приводит к пульсирующему характеру тяги, создаваемой винтом, и повышенным вибрациям вертолета в полете.[2]

Диаметр несущего винта D — диаметр окружности, описываемой концами лопастей при вращении. Радиус этой окружности R и называется радиусом несущего винта. Расчеты показывают, что при одной и той же подводимой к винту мощности его тяга увеличивается с увеличением диаметра. Так, например, увеличение диаметpa вдвое увеличивает тягу в 1,59 раза, увеличение диаметра в пять раз увеличивает тягу в 2,92 раза.[3] Однако увеличение диаметра связано с увеличением веса винта, с большой сложностью обеспечения прочности лопастей, с усложнением технологии изготовления лопастей, увеличением длины хвостовой балки и др. Поэтому при разработке вертолета выбирается некоторый оптимальный диаметр.

Форма лопасти в плане может быть прямоугольная, трапециевидная и смешанная.

По форме лопасть похожа на крыло самолета. Передняя кромка лопасти называется ребром атаки, задняя — ребром обтекания.

Трапециевидные и прямоугольные - наиболее распространенные лопасти. Трапециевидная лопасть имеет наиболее равномерное распределение аэродинамических сил по длине лопасти. Прямоугольная лопасть проще по конструкции, но имеет несколько худшие аэродинамические характеристики.

Профиль лопасти — форма сечения лопасти плоскостью, перпендикулярной к продольной оси. Профиль лопасти похож на профиль крыла. Чаще всего применяются двояковыпуклые несимметричные профили.

Профиль лопасти характеризуется относительной толщиной c и относительной кривизной f.

По относительной толщине профили подразделяются на тонкие (с<8%), средние (с=8%-12%) и толстые (с>12%). У большинства лопастей относительная толщина с>12%. Применение толстых профилей позволяет увеличивать прочность силовых элементов и жесткость лопасти. Кроме того, аэродинамическое качество меньше зависит от угла атаки при толстых профилях. Эта их особенность улучшает свойства лопасти на режиме самовращения. Обычно у концевых элементов лопасти относительная толщина больше, чем у корневых.[4]

Относительная кривизна лопасти f=2% - 3% и приближает форму профиля к симметричной, что способствует уменьшению перемещения центра давления при изменении угла атаки.

За шаг лопасти принимается установочный угол (угол ȹ, образованный хордой элемента и плоскостью вращения втулки несущего винта), или шаг элемента лопасти, относительный радиус которого r=0,7. Этот же угол принимается за установочный угол (шаг) несущего винта.[5]

При повороте лопасти относительно ее продольной оси установочный угол изменяется. Такой поворот возможен благодаря наличию осевого шарнира, следовательно, осевые шарниры лопастей несущего винта предназначены для изменения шага. Изменение шага винта нужно для улучшения управляемости и маневренности вертолета, например, При взлете, когда увеличиваются только обороты двигателя, без изменения шага несущего винта, разворачивания вертолета не будет.

Площадь, ометаемая несущим винтом, — это площадь круга, который описывают концы лопастей.

Понятие ометаемой площади несущего винта вводится потому, что эта площадь может рассматриваться как некоторая несущая поверхность, аналогичная крылу самолета ввиду вязкости и инертности воздуха, образующего при протекании через площадь, ометаемую винтом, одну общую струю.

Удельная нагрузка на ометаемую площадь определяется как отношение веса вертолета к площади, ометаемой несущим винтом

где Р - удельная нагрузка, кг/м²;

G - вес вертолета, кг;

F - ометаемая площадь, м².

Рассмотрим основные режимы работы.

Условия работы несущего винта или его режим работы определяются положением несущего винта в потоке воздуха. В зависимости от положения различают два основных режима работы: осевого обтекания и косого.

Режимом осевого обтекания называются такие условия работы несущего винта, при которых ось его втулки расположена параллельно набегающему невозмущенному потоку. В этом режиме несущий винт работает на стоянке, при висении, при вертикальном наборе высоты и при вертикальном снижении вертолета. Существенной особенностью режима осевого обтекания является то, что положение лопасти вращающегося несущего винта относительно потока, набегающего на винт, не меняется, следовательно, не меняются аэродинамические силы при движении лопасти по кругу.

Режимом косого обтекания называются такие условия работы несущею винта, при которых лоток воздуха набегает на винт не параллельно оси втулки. Существенное отличие этого режима заключается в том, что при движении лопасти по кругу непрерывно изменяется се положение относительно потока, набегающего на винт. Следствием этого будет изменение скорости обтекания каждого элемента и аэродинамических сил лопасти. Режим косого обтекания имеет место при горизонтальном полете вертолета и при полете по наклонной траектории вверх и вниз.

Из определения режимов работы видно, что положение несущего винта в потоке воздуха имеет существенное значение. Это положение определяется углом атаки несущего винта.

Углом атаки несущего винта называется угол А, образованный плоскостью вращения втулки и вектором скорости полета или невозмущенного потока, набегающего на винт. Угол атаки положителен, если поток набегает на винт снизу. Если поток набегает, на винт сверху — угол атаки отрицательный. Если же поток воздуха набегает на винт параллельно плоскости вращения втулки, угол атаки равен нулю.[6]

Нетрудно заметить связь между режимом работы несущего винта и углом атаки: на режиме осевого обтекания угол атаки несущего винта А= ±90⁰; на режиме косого обтекания А<>±90°.

Если угол атаки А=0°, то режим работы несущего винта называется режимом плоского обтекания.

Изучив общие характеристики вертолета и параметры несущего винта, приступим к динамике полета вертолета.

3.Взлет и полет вертолета.

3.1.Взлет

Взлет вертолета является неустановившимся ускоренным видом полета. При взлете скорость изменяется от V=0 до скорости, при которой происходит установившийся набор высоты. Чаше всего эта скорость равна экономической скорости горизонтального полета. В зависимости от полетного веса, атмосферных условий, высоты аэродрома над уровнем моря, наличия препятствий взлет может быть выполнен по-вертолетному, по-самолетному и по-вертолетному с использованием «воздушной подушки» (воздушная подушка — аналог камеры от автомобиля с подаваемым в середину сжатым воздухом) и без использования.

Иногда перед взлетом или в процессе взлета вертолет передвигается по земле, т. е. выполняет руление. Руление на вертолете существенно отличается от руления на самолете.

Руление осуществляется за счет движущей силы Р, которая уравновешивает силы трения колес F_тр. Реактивный момент несущего винта уравновешивается моментом тяги рулевого винта.[7]

Взлет по-вертолетному является основным видом взлета.

При этом взлете выполняется вертикальный отрыв и на высоте 1,5—2 м производится контрольное висение (проверяется работа несущего винта, двигателя и оборудования). Затем вертолет переводят в набор высоты по наклонной траектории с одновременным увеличением скорости. При этом переходе возможно «проседание» вертолета, т. е. уменьшение высоты, а иногда и удар колесами о землю. Такое явление вызывается наклоном оси конуса несущего винта вперед для создания движущей силы Р, в результате чего уменьшается вертикальная составляющая тяги несущего винта. Поэтому одновременно с наклоном оси конуса несущего винта вперед нужно увеличивать силу тяги путем увеличения шага винта.