Вертолет - это винтокрылая машина, в которой подъемную силу и силу тяги создает винт. Несущий винт служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе. При вращении в горизонтальной плоскости несущий винт создает тягу(Т) направленную вверх, выполняет роль подъёмной силы(Y). Когда тяга несущего винта будет больше веса вертолета(G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги несущего винта вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу несущего винта сделать несколько меньше веса вертолета. Поступательное движение вертолета(P) обеспечивается наклоном плоскости вращения несущего винта при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения винта вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная — вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.

Рис 1. Схема распределения сил

Конструкция вертолета

Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудования. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения несущего винта,и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки несущего винта (МИ-24)).Силовая установка(двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несущего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.). Несущий винт(НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей и втулки несущего винта. Рулевой винт служит для уравновешивания реактивного момента, возникающего при вращении несущего винта, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги рулевого винта создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент несущего винта. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги рулевого винта. Рулевой винт так же состоит из лопастей и втулки. Управление несущим винтом производится при помощи специального устройства, называемого автоматом перекоса. Управление рулевым винтом производится от педалей. Взлетно-посадочные устройства служат опорой вертолета при стоянке и обеспечивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж

Рис.2 Основные части вертолета:

1 — фюзеляж; 2 — авиадвигатели; 3 — несущий винт (несущая система); 4 — трансмиссия; 5 — хвостовой винт; 6 — концевая балка; 7 — стабилизатор; 8 — хвостовая балка; 9 — шасси

Принцип создания подъемной силы винтом и система управления винтом

При вертикальном полете п олная аэродинамическая сила несущего винта выразится как произведение массы воздуха, протекающего через поверхность, сметаемую несущим винтом за одну секунду, на скорость уходящей струи:

где πD 2 /4 - площадь поверхности, ометаемой несущим винтом; V— скорость полета в м/сек; ρ — плотность воздуха; u — скорость уходящей струи в м/сек.

По сути сила тяги винта равна силе реакции при ускорении воздушного потока

Для того чтобы вертолет двигался поступательно, нужен перекос плоскости вращения винта, причем изменение плоскости вращения достигается не наклоном втулки несущего винта (хотя визуальный эффект может быть именно такой), а изменением положения лопасти в разных частях квандрантов описываемой окружности.

Лопасти несущего винта, описывая полный круг вокруг оси при его вращении, обтекаются встречным потоком воздуха по-разному. Полный круг - это360º . Тогда примем заднее положение лопасти за0º и далее через каждые90º полный оборот. Так вот лопасть в интервале от0º до180º - это лопастьнаступающая , а от180º до 360º -отступающая . Принцип такого названия, я думаю, понятен. Наступающая лопасть движется навстречу набегающему потоку воздуха, и суммарная скорость ее движения относительно этого потока возрастает потому что сам поток, в свою очередь, движется ей навстречу. Ведь вертолет летит вперед. Соответственно растет и подъемная сила.

Рис.3 Изменение скоростей набегающего потока при вращении винта для вертолета МИ-1 (средние скорости полета).

У отступающей лопасти картина противоположная. От скорости набегающего потока отнимается скорость, с которой эта лопасть как бы от него «убегает». В итоге имеем подъемную силу меньше. Получается серьезная разница сил на правой и левой стороне винта и отсюда явныйпереворачивающий момент . При таком положении вещей вертолет при попытке движения вперед будет иметь тенденцию к переворачиванию. Такие вещи имели место при первом опыте создания винтокрылых аппаратов.

Чтобы этого не происходило, конструктора применили одну хитрость. Дело в том, что лопасти несущего винта закреплены вовтулке (это такой массивный узел, насаженный на выходной вал), но не жестко. Они с ней соединены с помощью специальных шарниров (или устройств, им подобных). Шарниры бывают трех видов:горизонтальные, вертикальные и осевые.

Теперь посмотрим что же будет происходить с лопастью, которая подвешена к оси вращения на шарнирах. Итак, наша лопасть вращается с постоянной скоростью без каких-либо управляющих воздействий извне .

Рис. 4 Силы, действующие на лопасть, подвешенную ко втулке винта на шарнирах.

От0º до90º скорость обтекания лопасти растет, значит растет и подъемная сила. Но! Теперь лопасть подвешена на горизонтальном шарнире. В результате избыточной подъемной силы она, поворачиваясь в горизонтальном шарнире, начинает подниматься вверх (специалисты говорят «делаетвзмах »). Одновременно из-за увеличения лобового сопротивления (ведь скорость обтекания возросла) лопасть отклоняется назад, отставая от вращения оси винта. Для этого как раз и служит вертикальный шар-нир.

Однако при взмахе получается, что воздух относительно лопасти приобретает еще и некоторое движение вниз и, таким образом, угол атаки относительно набегающего потока уменьшается. То есть рост избыточной подъемной силы замедляется. На это замедление оказывает свое дополнительно влияние отсутствие управляющего воздействия. Это значит, что тяга автомата перекоса, присоединенная к лопасти, сохраняет свое положение неизменным, и лопасть, взмахивая, вынуждена поворачиваться в своем осевом шарнире, удерживаемая тягой и, тем самым, уменьшая свой установочный угол или угол атаки по отношению к набегающему потоку. (Картина происходящего на рисунке. ЗдесьУ - это подъемная сила,Х - сила сопротивления,Vy - вертикальное движение воздуха,α - угол атаки.)

Рис.5 Картина изменения скорости и угла атаки набегающего потока при вращении лопасти несущего винта.

До точки90º избыточная подъемная сила будет продолжать расти, однако из-за вышесказанного со все большим замедлением. После90º эта сила будет уменьшаться, но из-за ее присутствия лопасть будет продолжать двигаться вверх, правда все медленнее. Максимальную высоту взмаха она достигнет уже несколько перевалив за точку180º . Это происходит потому, что лопасть имеет определенный вес, и на нее действуют еще исилы инерции .

При дальнейшем вращении лопасть становится отступающей, и на нее действуют все те же процессы, но уже в обратном направлении. Величина подъемной силы падает и центробежная сила вместе с силой веса начинают опускать ее вниз. Однако при этом растут углы атаки для набегающего потока (теперь уже воздух движется вверх по отношению к лопасти), и растет установочный угол лопасти из-за неподвижности тягавтомата перекоса вертолета . Все происходящее поддерживает подъемную силу отступающей лопасти на необходимом уровне. Лопасть продолжает опускаться и минимальной высоты взмаха достигает уже где-то после точки0º , опять же из-за сил инерции.

Таким образом, лопасти вертолета при вращении несущего винта как бы «машут » или еще говорят «порхают». Однако это порхание вы, так сказать, невооруженным взглядом вряд ли заметите. Подъем лопастей вверх (как и отклонение их назад в вертикальном шарнире) очень незначительны. Дело в том, что на лопасти оказывает очень сильное стабилизирующее воздействие центробежная сила. Подъемная сила, например, больше веса лопасти в10 раз , а центробежная - в100 раз . Именно центробежная сила превращает на первый взгляд «мягкую» гнущуюся в неподвижном положении лопасть в жесткий, прочный и отлично работающий элемент несущего винта вертолета вертолета.

Однако несмотря на свою незначительность вертикальное отклонение лопастей присутствует, и несущий винт при вращении описывает конус, правда очень пологий. Основание этого конуса и естьплоскость вращения винта (см рис1.)

Для придания вертолету поступательного движения нужно эту плоскость наклонить, дабы появилась горизонтальная составляющая полной аэродинамической силы, то есть горизонтальная тяга винта. Иначе говоря, нужно наклонить весь воображаемый конус вращения винта. Если вертолету нужно двигаться вперед, значит конус должен быть наклонен вперед.

Исходя из описания движения лопасти при вращении винта, это означает, что лопасть в положении180º должна опуститься, а в положении0º (360º) должна подняться. То есть в точке180º подъемная сила должна уменьшиться, а в точке0º(360º) увеличиться. А это в свою очередь можно сделать уменьшив установочный угол лопасти в точке180º и увеличив его в точке0º (360º) . Аналогичные вещи должны происходить при движении вертолета в других направлениях. Только при этом, естественно, аналогичные изменения положения лопастей будут происходить в других угловых точках.

Понятно, что в промежуточных углах поворота винта между указанными точками установочные углы лопасти должны занимать промежуточные положения, то есть угол установки лопасти меняется при ее движении по кругу постепенно,циклично .Он так и называется циклический угол установки лопасти (циклический шаг винта ). Я выделяю это название потому, что существует еще иобщий шаг винта (общий угол установки лопастей). Он изменяется одновременно на всех лопастях на одинаковую величину. Обычно это делается для увеличения общей подъемной силы несущего винта.

Такие действия выполняетавтомат перекоса вертолета . Он изменяет угол установки лопастей несущего винта (шаг винта), вращая их в осевых шарнирах посредством присоединенных к ним тяг. Обычно всегда присутствуют два канала управления: по тангажу и по крену, а также канал изменения общего шага несущего винта.

Тангаж означает угловое положение летательного аппарата относительно его поперечной оси (нос вверх-вниз), акрен , соответственно, относительно его продольной оси (наклон влево-вправо).

Конструктивноавтомат перекоса вертолета выполнен достаточно сложно, но пояснить его устройство вполне можно на примере аналогичного узла модели вертолета. Модельный автомат, конечно, устроен попроще своего старшего собрата, но принцип абсолютно тот же.

Рис. 6 Автомат перекоса модели вертолета

Это двухлопастной вертолет. Управление угловым положением каждой лопасти осуществляется через тяги6 . Эти тяги соединены с так называемой внутренней тарелкой2 (из белого металла). Она вращается вместе с винтом и в установившемся режиме параллельна плоскости вращения винта. Но она может менять свое угловое положение (наклон), так как закреплена на оси винта через шаровую опору3 . При изменении своего наклона (углового положения) она воздействует на тяги6 , которые, в свою очередь, воздействуют на лопасти, поворачивая их в осевых шарнирах и меняя, тем самым, циклический шаг винта.

Внутренняя тарелка одновременно является внутренней обоймой подшипника, внешняя обойма которого - этовнешняя тарелка винта1 . Она не вращается, но может менять свой наклон (угловое положение) под воздействием управления по каналу тангажа4 и по каналу крена5 . Меняя свой наклон под воздействием управления внешняя тарелка меняет наклон внутренней тарелки и в итоге наклон плоскости вращения несущего винта. В итоге вертолет летит в нужном направлении.

Общий шаг винта меняется перемещением по оси винта внутренней тарелки2 при помощи механизма7 . В этом случае угол установки меняется сразу на обеих лопастях.

Для более лучшего понимания помещаю еще несколько иллюстраций втулки винта с автоматом перекоса.

Рис. 7 Втулка винта с автоматом перекоса (схема).

Рис. 8 Поворот лопасти в вертикальном шарнире втулки несущего винта.

Рис. 9 Втулка несущего винта вертолета МИ-8

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕРТОЛЕТА Ми-8Т

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕРТОЛЕТЕ

Вертолет Ми-8 предназначен для перевозки различных грузов внутри грузовой кабины и на внешней подвеске, почты, пассажиров, а также для проведения строительно-монтажных и других работ в труднодоступной мест­ности.

Рис. 1.1. Вертолет Ми-8 (общий вид)

Вертолет (рис. 1.1) спроектирован по одновинтовой схеме с пятилопастным несущим и трехлопастным рулевым винтами. На вертолете установле­ны два турбовинтовых двигателя ТВ2-117А со взлетной мощностью 1500 л.с. каждый, что обеспечивает высокую безопасность полетов, так как полет воз­можен и при отказе одного из двигателей.

Вертолет эксплуатируется в двух основных вариантах: пассажирском Ми-8П и транспортном Ми-8Т. Пассажирский вариант вертолета предназна­чен для межобластных и местных перевозок пассажиров, багажа, почты и малогабаритных грузов. Он рассчитан на перевозку 28 пассажиров. Тран­спортный вариант предусматривает перевозку грузов массой до 4000 кг или пассажиров в количестве 24 человек. По желанию заказчика пас­сажирский салон вертолета может быть переоборудован в салон с по­вышенным комфортом на 11 пассажиров.

Пассажирский и транспортный варианты вертолета могут быть переобо­рудованы в санитарный вариант и в вариант для работы с внешней подвеской.

Вертолет в санитарном варианте позволяет перевозить 12 лежачих боль­ных и сопровождающего медработника. В варианте для работы с внешней подвеской осуществляется перевозка крупногабаритных грузов массой до 3000 кг вне фюзеляжа.

Для перелетов вертолета на большие дальности предусмотрена установка в грузовой кабине одного или двух дополнительных топливных баков.

Существующие варианты вертолета снабжены электролебедкой, позво­ляющей с помощью бортовой стрелы производить подъем (спуск) на борт вер­толета грузов массой до 150 кг, а также при наличии полиспаста затягивать в грузовую кабину колесные грузы массой до 3000 кг.

Экипаж вертолета состоит из двух пилотов и бортмеханика.

При создании вертолета особое внимание было уделено высокой надежно­сти, экономичности, простоты в обслуживании и эксплуатации.

Безопасность полетов на вертолете Ми-8 обеспечивается:

Установкой на вертолете двух двигателей ТВ2-117А(АГ), надежностью работы этих двигателей и главного редуктора ВР-8А;

Возможностью совершать полет в случае отказа одного из двигателей, а также перейти на режим авторотации (самовращения несущего винта) при отказе обоих двигателей;

Наличием отсеков, изолирующих двигатели и главный редуктор с по­мощью противопожарных перегородок;

Установкой надежной противопожарной системы, обеспечивающей туше­ние пожара в случае его возникновения как одновременно во всех отсеках, так и в каждом отсеке в отдельности;

Установкой дублирующих агрегатов в основных системах я оборудовании вертолета;

Надежными и эффективными противообледенительными устройствами ло­пастей несущего и рулевого винтов, воздухозаборников двигателей и лобо­вых стекол кабины экипажа, что позволяет совершать полет в условиях об­леденения;

Установкой аппаратуры, обеспечивающей простое и надежное пилотиро­вание и посадку вертолета в различных метеорологических условиях;

Приводом основных агрегатов систем от главного редуктора, обеспечива­ющим работоспособность систем при отказе двигателя:

Возможностью быстрого покидания вертолета после его посадки пасса­жирами и экипажем в аварийных случаях.

2. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ВЕРТОЛЕТА

Летные данные

(транспортный и пассажирский варианты)

Взлетная масса (нормальная), кг.............. 11100

Максимальная скорость полета (по прибору), км/ч, 250

Статический потолок, м............................ 700

Крейсерская скорость полета по прибору на высоте
500 м, км/ч ………………………………………………220

Экономическая скорость полета (по прибору), км/ч. 120

топливом 1450 кг, км................................ 365

варианте с заправкой топливом 2160 кг, км. . .620

Дальность полета (на высоте 500 м) в перегоночном
варианте с заправкой топливом 2870 кг, км... 850

Дальность полета (на высоте 500 м) с заправкой
топливом 2025 кг (подвесные баки увеличенной
вместимости), км................................................ 575

Дальность полета (на высоте 500 м) в перегоночном
варианте с заправкой топливом 2735 кг (подвес­ные баки

увеличенной вместимости), км.... 805

Дальность полета (на высоте 500 м) в перегоночном
варианте с заправкой топливом 3445 кг (подвесные баки

увеличенной вместимости), км.... 1035

Примечание. Дальность полета рассчитана с учетом 30-минутного остатка топлива после посадки

Геометрические данные

Длина вертолета, м:

без несущего и рулевого винтов.................. 18,3

с вращающимися несущим и рулевым винтами …25,244

Высота вертолета, м:

без рулевого винта........................................ 4,73

с вращающимся рулевым винтом................ 5,654

Расстояние от конца лопасти несущего винта до ­
хвостовой балки на стоянке, м..................... 0,45

Расстояние от земли до нижней точки фюзеляжа

(клиренс), м................................................... 0,445

Площадь горизонтального оперения, м 2 ….. 2

Стояночный угол вертолета................. 3°42"

Фюзеляж

Длина грузовой кабины, м:

без грузовых створок............................ 5,34

с грузовыми створками на уровне 1 м от пола 7,82

Ширина грузовой кабины, м:

на полу................................................... 2,06

по коробам отопления........................... 2,14

максимальная......................................... 2,25

Высота грузовой кабины, м.................. 1,8

Расстояние между силовыми балками пола, м … 1,52

Размер аварийного люка, м…………………… 0,7 X1

Колея погрузочных трапов, м.............. 1,5±0,2

Длина пассажирской кабины, м............ 6,36

Ширина пассажирской кабины (по полу), м... 2,05

Высота пассажирской кабины, м 1,8

Шаг кресел, м.................................................. 0,74

Ширина прохода между креслами, м... 0,3

Размеры гардероба (ширина, высота, глубина), м 0,9 X1,8 X 0,7
» сдвижной двери (ширина, высота), м. . 0,8 X1.4
» проема, по заднюю входную дверь в пассажирском

варианте (ширина, высота), м.......... 0,8 X1>3

Размер аварийных люков в пассажирском

варианте, м............................................. 0,46 X0,7

Размер кабины экипажа, м.................... 2,15 X2,05 X1,7

Регулировочные данные

Угол установки лопастей несущего винта (по указа­телю шага винта):

минимальный................................................. 1°

максимальный........................................ 14°±30"

Угол отгиба триммерных пластин лопастей винта -2 ±3°

» установки лопастей рулевого винта (на r=0,7) *:

минимальный (левая педаль до упора) ................... 7"30"±30"

максимальный (правая педаль до упора)………….. +21°±25"

* r- относительный радиус

Весовые и центровочные данные

Взлетная масса, кг:

максимальная для транспортного варианта …….. 11100

» с грузом на внешней подвеске …………… 11100

транспортный вариант.......................... 4000

на внешней подвеске.............................. 3000

пассажирский вариант (человек).......... 28

Масса пустого вертолета, кг:

пассажирский вариант........................... 7370

транспортный »................................ 6835

Масса служебной нагрузки, в том числе:

масса экипажа, кг................................... 270

» масла, кг........................................................... 70

масса продуктов, кг.............................................. 10

» топлива, кг......................................................... 1450 - 3445

» коммерческой нагрузки, кг............................... 0 - 4000

Центровка пустого вертолета, мм:

транспортный вариант........................................... +133

пассажирский » ....................................... +20

Допустимые центровки для загруженного вертолета, мм:

передняя.................................................................. +370

задняя...................................................................... -95

3. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕРТОЛЕТА

По аэродинамической схеме вертолет Ми-8 представляет собой фюзеляж с пятилопастным несущим, трехлопастным рулевым винтами и неубирающимися шасси.

Лопасти несущего винта прямоугольной формы в плане с хордой, равной 0,52 м. Прямоугольная форма в плане в аэродинамическом отношении счи­тается хуже других, но она проста в производстве. Наличие триммерных пластин на лопастях позволяет изменять их моментные характери­стики.

Профиль лопасти является важнейшей геометрической характеристикой несущего винта. На вертолете подобраны различные профили по длине ло­пасти, что заметно улучшает не только аэродинамические характеристики несущего винта, но и летные свойства вертолета. От 1-го до 3-го сечения при­менен профиль NACA-230-12, а от 4-го до 22-го - профиль NACA-230-12M (модифицированный) *. У профиля NACA-230-12M число Мкр = 0,72 при угле атаки нулевой подъемной силы. При увеличении углов атаки a°(рис. 1.2) Мкр уменьшается и при наивыгоднейшем угле атаки, при котором коэффициент подъемной силы С у = 0,6, Мкр = 0,64. В этом случае крити­ческая скорость в стандартной атмосфере над уровнем моря составит:

V KP == а Мкр = 341 0,64 = 218 м/с, где a- скорость звука.

Следовательно, на концах лопастей мож­но создавать скорость менее 218 м/с, при которой не будет появляться скачков уп­лотнения и волнового сопротивления. При оптимальной, частоте вращения несущего винта 192 об/мин окружная скорость кон­цов лопастей составит:

U = wr = 2 prn / 60 = 213,26 м/с, где w - угловая скорость;

r- радиус окруж­ности, описываемый концом лопасти.

Рис. 1.2. Изменение коэффициента подъемной силы С у от углов ата­ки a° и числа М профиля NACA-230-12M

Отсюда видно, что окружная скорость близка к критической, но не превышает ее. Лопасти несущего винта вертолета име­ют отрицательную геометрическую крутку, изменяющуюся по линейному закону от 5° у 4-го сечения до 0° у 22-го. На участке между 1-ми 4-м сечениями крутка отсутст­вует и установочный угол сечений лопасти на этом участке равен 5°. Крутка лопасти на такую большую величину существенно улучшила ее аэродинамические свойства и летные характеристики вертолета, в связи с чем более равномерно распределяется подъемная сила по длине лопасти.

* Отсек от 3-го до 4-го сечения является пе­реходным. Профиль лопасти несущего винта - смотри рис. 7.5.

Лопасти винта имеют переменную как абсолютную, так и относительную толщину профиля. Относительная толщина профиля с составляет в комле 13%, на участке от г=_0,23до 7=0,268- 12%, а на участке от г = 0,305 до конца лопасти- 11,38%. Уменьшение толщины лопасти к ее концу улучшает аэродинамические свойства вин­та в целом за счет увеличения критиче­ской скорости и Мкр концевых частей ло­пасти. Уменьшение толщины лопасти к концу приводит к уменьшению лобового сопротивления и снижению потребного кру­тящего момента.

Несущий винт вертолета имеет сравни­тельно большой коэффициент заполнения - 0,0777. Такой коэффициент дает возможность создать большую тягу при умеренном диаметре винта и тем самым удерживать в полете лопасти на небольших установочных углах, при которых углы атаки ближе к наивы­годнейшим на всех режимах полета. Это позволило увеличить к. п. д. винта и отодвинуть срыв потока на большие скорости.

Рис. 1.3. Поляра несущего винта вертолета на режиме висения: 1 - без влияния земли; 2 - с влиянием земли.

Аэродинамическая характеристика несущего винта вертолета представ­лена в виде его поляры (рис. 1.3), которая показывает зависимость коэффи­циента тяги Ср и коэффициента крутящего момента т кр от величины общего шага несущего винта <р. По поляре видно, что чем больше общий шаг несуще­го винта, тем больше коэффициент крутящего момента, а следовательно, больше коэффициент тяги. При наличии «воздушной подушки» тяга несущего винта будет больше, чем без нее при том же шаге винта и коэффициенте кру­тящего момента.

Лопасти рулевого винта прямоугольной формы в плане с профилем NACA-230M не имеют геометрической крутки. Наличие у втулки рулевого винта совмещенного горизонтального шарнира типа «кардан» и компенсатора взмаха позволяет обеспечить более ровное перераспределение подъемной си­лы по ометаемой винтом поверхности в полете.

Фюзеляж вертолета аэродинамически несимметричен. Это видно из кри­вых изменения коэффициентов подъемной силы фюзеляжа С 9ф и лобового сопротивления С в зависимости от углов атаки а ф (рис. 1.4). Коэффици­ент подъемной силы фюзеляжа равен нулю при угле атаки несколько больше 1 , поэтому и подъемная сила будет по­ложительной на углах атаки больше Г, а на углах атаки меньше 1 -отрицательной. Минимальное значение коэффициента лобо­вого сопротивления фюзеляжа С будет при угле атаки, равном нулю. Ввиду того что на углах атаки больше или меньше нуля ко­эффициент С ф увеличивается, выгодно со­вершать полет на углах атаки фюзеляжа, близких к нулю. С этой целью предусмот­рен угол наклона вала несущего винта впе­ред, составляющий 4,5°.

Фюзеляж без стабилизатора статически неустойчив, так как увеличение углов ата­ки фюзеляжа приводит к увеличению коэффициента продольного момента, а следовательно, и продольного момента, действующего на кабрирование и стремящегося к дальнейшему увеличению угла атаки фюзеляжа. Наличие стабилизатора на хвостовой балке фюзеля­жа обеспечивает продольную устойчивость последнему лишь на малых установочных углах от +5 до -5° и в диапазоне небольших углов атаки фюзеляжа от -15 до + 10°. На больших углах установки стабилизатора и больших углах атаки фюзеляжа, что соответствует полету на режиме авто­ротации, фюзеляж статически неустойчив. Это объясняется срывом потока со стабилизатора. В связи с наличием у вертолета хорошей управляемости и достаточных запасов управления на всех режимах полета на нем при­менен стабилизатор, не управляемый в полете с установочным углом - 6°.

Рис. 1.4. Зависимость коэффици­ента подъемной силы Суф и лобо­вогосопротивления Схф фюзеляжа от углов атаки a° фюзеляжа

В поперечном направлении фюзеляж устойчив лишь на больших отрица­тельных углах атаки -20° в диапазоне углов скольжения от -2 до + 6°. Это вызвано тем, что увеличение углов скольжения приводит к увеличению коэффициента момента крена, а следовательно, и поперечного момента, стре­мящегося и дальше увеличить угол скольжения.

В путевом отношении фюзеляж неустойчив практически на всех углах атаки при малых углах скольжения от -10 до +10°, на углах, больше указанных, характеристики устойчивости улучшаются. При углах сколь­жения 10° < b < - 10° фюзеляж нейтрален, а при скольжении больше 20° он приобретает путевую устойчивость.

Если рассматривать вертолет в целом, то хотя он и обладает достаточной динамической устойчивостью, но не вызывает больших затруднений при пилотировании даже без автопилота. Вертолет Ми-8 в общем оценен с удов­летворительными характеристиками устойчивости, а с включенными систе­мами автоматической стабилизации эти характеристики значительно улуч­шились, вертолету придана динамическая устойчивость по всем осям и по­этому пилотирование существенно облегчается.

4. КОМПОНОВКА ВЕРТОЛЕТА

Вертолет Ми-8 (рис. 1.5) состоит из следующих основных частей и систем: фюзеляжа, взлетно-посадочных устройств, силовой установки, трансмиссии, несущего и рулевого винтов, управления вертолетом, гидравлической систе­мы, авиационного и радиоэлектронного оборудования, системы отопления и вентиляции кабин, системы кондиционирования воздуха, воздушной и противообледенительной систем, устройства для внешней подвески грузов, такелажно-швартовочного и бытового оборудования. Фюзеляж вертолета включает носовую 2 и центральную 23 части, хвосто­вую 10 и концевую 12 балки. В носовой части, являющейся кабиной экипа­жа, размещены сиденья пилотов, приборные доски, электропульты, автопи­лот АП-34Б, командные рычаги управления. Остекление кабины экипажа обеспечивает хороший обзор; правый 3 и левый 24 блистеры снабжены меха­низмами аварийного сброса.

В носовой части фюзеляжа расположены ниши для установки контейне­ров с аккумуляторами, штепсельные разъемы аэродромного питания, труб­ки приемников воздушного давления, две рулежно-посадочные фары и люк с крышкой 4 для выхода к силовой установке. Носовая часть фюзеляжа от­делена от центральной части стыковочным шпангоутом № 5Н, в стенке которого имеется дверной проем. В проеме двери установлено откидное сиденье борт­механика. Спереди, на стенке шпангоута № 5Н, расположены этажерки ра­дио- и электрооборудования, сзади - контейнеры двух аккумуляторных батарей, коробка и пульт управления электролебедкой.

В центральной части фюзеляжа расположена грузовая кабина, для входа в которую слева имеется сдвижная дверь 22, снабженная механизмом ава­рийного сброса. У верхнего переднего угла проема сдвижной двери снару­жи крепится бортовая стрела. В грузовой кабине вдоль правого и левого бортов установлены откидные сиденья. На полу грузовой кабины располо­жены швартовочные узлы и электролебедка. Над грузовой кабиной разме­щены двигатели, вентилятор, главный редуктор с автоматом перекоса и не­сущим винтом, гидропанель и расходный топливный бак.

К узлам фюзеляжа снаружи крепятся амортизаторы и подкосы главных 6, 20 и передней / стоек шасси, подвесные топливные баки 7, 21. Впереди правого подвесного топливного бака расположен керосиновый обогреватель.

Грузовая кабина заканчивается задним отсеком с грузовыми створками. В верхней части заднего отсека расположен радиоотсек, в котором установ­лены панели под приборы радио- и электрооборудования. Для входа из гру­зовой кабины в радиоотсек и хвостовую балку имеется люк. Грузовые створ­ки закрывают проем в грузовой кабине, предназначенный для закатки и вы­катки колесной техники, погрузки и выгрузки крупногабаритных грузов.

В пассажирском варианте к специальным профилям, расположенным по полу центральной части фюзеляжа, крепятся 28 пассажирских кресел. По правому борту в задней части кабины расположен гардероб. Правая борто­вая панель имеет шесть прямоугольных окон, левая - пять. Задние борто­вые окна встроены в крышки аварийных люков. Грузовые створки в пасса­жирском варианте укороченные, на внутренней стороне левой створки рас­положено багажное отделение, а в правой створке размещены короба под контейнеры с аккумуляторами. В грузовых створках сделан проем под зад­нюю входную дверь, состоящую из створки и трапа.

Рис. 1.5 Компоновочная схема вертолета.

1-передняя нога шасси; 2-носовая часть фюзеляжа; 3, 24-сдвижные блистеры; 4-крышка люка выхода к двигателям; 5, 21-главные ноги шасси; 6-капот обогревателя КО-50; 7, 12-подвесные топливные баки; 8-капоты; 9-редук-торная рама; 10-центральная часть фюзеляжа; 11-крышка люка в правой грузовой створке; 12, 19-грузовые створки; 13-хвостовая балка; 14-стабилизатор; 15-концевая балка; 16-обтекатель; 17-хвостовая опора; 18-трапы; 20-щиток створки; 23-сдвижная дверь; 25-аварийный люк-окно.

К центральной части фюзеляжа пристыкована хвостовая балка, к узлам которой крепится хвостовая опора и неуправляемый стабилизатор. Внутри хвостовой балки в верхней ее части проходит хвостовой вал трансмиссии. К хвостовой балке пристыкована концевая балка, внутри которой установ­лен промежуточный редуктор и проходит концевая часть хвостового вала трансмиссии. Сверху к концевой балке крепится хвостовой редуктор, на ва­лу которого установлен рулевой винт.

Вертолет имеет неубирающееся шасси трехопорной схемы. Каждая стой­ка шасси снабжена жидкостно-газовыми амортизаторами. Колеса передней стойки самоориентирующиеся, колеса главных стоек снабжены колодочными тормозами, для управления которыми вертолет оборудован воздушной сис­темой.

Силовая установка включает два двигателя ТВ2-117А и системы, обеспечивающие их работу.

Для передачи мощности от двигателей к несущему и рулевому винтам, а также для привода ряда агрегатов используется трансмиссия, состоящая из главного, промежуточного и хвостового редукторов, хвостового вала, вала привода вентилятора и тормоза несущего винта. Каждый двигатель и главный редуктор имеют свою автономную маслосистему, выполненную по прямой одноконтурной замкнутой схеме с принудительной циркуляцией мас­ла. Для охлаждения маслорадиаторов двигателей и главного редуктора, стартер-генераторов, генераторов переменного тока, воздушного компрес­сора и гидронасосов на вертолете предусмотрена система охлаждения, со­стоящая из высоконапорного вентилятора и воздухопроводов.

Двигатели, главный редуктор, вентилятор и панель с гидроагрегатами закрыты капотом. При открытых крышках капота обеспечивается свобод­ный доступ к агрегатам силовой установки, трансмиссии и гидросистемы, при этом открытые крышки капота двигателей и главною редуктора являются рабочими площадками для выполнения технического обслуживания систем вертолета.

Вертолет оборудован средствами пассивной и активной защиты от пожара. Продольная и поперечная противопожарные перегородки делят под­капотное пространство на три отсека: левого двигателя, правого двигателя, главного редуктора. Активная противопожарная система обеспечивает пода­чу огнегасящего состава из четырех баллонов в горящий отсек.

Несущий винт вертолета состоит из втулки и пяти лопастей. Втулка имеет горизонтальные, вертикальные и осевые шарниры и снабжена гидравличес­кими демпферами и центробежными ограничителями свеса лопастей. Лопасти цельнометаллической конструкции имеют визуальную систему сигнали­зации повреждения лонжерона и электротепловое противообледенительное устройство.

Рулевой винт толкающий, изменяемого в полете шага. Он состоит из втулки карданного типа и трех цельнометаллических лопастей, снабженных электротепловым противообледенительным устройством.

Управление вертолетом сдвоенное состоит из продольно-поперечного уп­равления, путевого управления, объединенного управления «Шаг - газ» и управления тормозом несущего винта. Кроме того, имеется раздельное уп­равление мощностью двигателей и их остановом. Изменение общего шага не­сущего винта и продольно-поперечное управление вертолетом осуществляют­ся с помощью автомата перекоса.

Для обеспечения управления вертолетом в систему продольного, попе­речного, путевого управления и управления общим шагом включены по не­обратимой схеме гидроусилители, для питания которых на вертолете предус­мотрена основная и дублирующая гидросистемы.

Установленный на вертолете Ми-8 четырехканальный автопилот АП-34Б обеспечивает стабилизацию вертолета в полете по крену, курсу, тангажу и высоте.

Для поддержания в кабинах нормальных температурных условий и чис­тоты воздуха вертолет оборудован системой отопления и вентиляции, кото­рая обеспечивает подачу подогретого или холодного воздуха в кабины эки­пажа и пассажиров. При эксплуатации вертолета в районах с жарким клима­том вместо керосинового обогревателя могут быть установлены два борто­вых фреоновых кондиционера.

Противообледенительная система вертолета защищает от обледенения лопасти несущего и хвостового винтов, два передних стекла кабины экипа­жа и воздухозаборники двигателей.

Противообледенительное устройство лопастей винтов и стекол кабины экипажа - электротеплового, а воздухозаборников двигателей - воздушнотеплового действия.

Установленное на вертолете авиационное и радиоэлектронное оборудова­ние обеспечивает выполнение полетов днем и ночью в простых и сложных ме­теорологических условиях.

На сегодняшний день люди изобрели множество разных видов техники, которая может не только перемещаться по дорогам, но и летать. Самолеты, вертолеты и другие летательные аппараты позволили исследовать воздушное пространство. Вертолетные двигатели, которые потребовались для нормальной работоспособности соответствующих машин отличаются высокой мощностью.

Общее описание устройства

В настоящее время такие агрегаты бывают двух типов. Первый вид - это поршневые или же Второй вид - воздушно-реактивные моторы. Кроме того, в качестве вертолетного двигателя может выступать еще и ракетный. Однако он обычно применяется не в качестве основного, а кратковременно включается в работу машины, когда необходима дополнительная мощность, к примеру, во время посадки или же взлета техники.

Раньше довольно часто использовались для установки на вертолеты. У них была одновальная схема, однако они достаточно сильно стали вытесняться другими типами оборудования. Особенно сильно это стало заметно на многодвигательных вертолетах. На такой технике наиболее широкое распространение получили двухвальные турбовинтовые вертолетные двигатели с так называемой свободной турбиной.

Двухвальные агрегаты

Отличительная черта таких устройств была в том, что у турбокомпрессора отсутствовала прямая механическая связь с несущим винтом. Применение двухвальных турбовинтовых агрегатов считалось довольно эффективным, так как они позволяли наиболее полно использовать силовое устройство вертолета. Все дело в том, что в таком случае частота вращения несущего винта техники не зависела от частоты вращения турбокомпрессора, это в свою очередь позволяло подбирать оптимальную частоту под каждый режим полета отдельно. Если говорить другими словами, то двухвальный турбовинтовой вертолетный двигатель обеспечивал эффективную и надежную работу силовой установки.

Реактивный привод винта

В вертолетах также используется реактивный привод винта. В таком случае окружное усилие будет прикладываться непосредственно к самим лопастям винта, не применяя при этом тяжелой и сложной механической трансмиссии, которая бы заставляла вращаться весь винт целиком. Чтобы создать такое окружное усилие, используются либо автономные реактивные двигатели, которые располагаются на лопастях несущего винта, либо прибегают к истечению газа (сжатому воздуху). В данном случае выходить газ будет через специальные сопловые отверстия, которые располагаются на конце каждой лопасти.

Что касается экономичной работы реактивного привода, то здесь она будет уступать механическому. Если выбирать наиболее экономичный вариант только среди реактивных устройств, то лучшим является турбореактивный двигатель, который располагается на лопастях винта. Однако конструктивно создать такое приспособление оказалось слишком трудно, именно поэтому широкого практического применения такие приборы не получили. Из-за этого заводы вертолетных двигателей не стали заниматься его массовым производством.

Первые модели турбовальных устройств

Первые турбовальные двигатели были созданы еще в 60-70 гг. Необходимо упомянуть, что в то время такое оборудование полностью отвечало всем запросам не только гражданской авиации, но и военной. Такие агрегаты были способны обеспечить паритет, а в некоторых случаях и превосходство над изобретениями конкурентов. Наиболее массовое производство вертолетных двигателей турбовального типа обеспечивалось за счет сборки модели ТВ3-117. Стоит отметить, что этот аппарат имел несколько разных модификаций.

Кроме него, хорошее распространение получила также модель Д-136. До выхода этих двух моделей выпускались Д-25В и ТВ2-117, однако на тот момент они уже не могли оказать конкуренцию новым двигателям, а потому их производство прекратили. Однако справедливо будет сказать, что их было выпущено достаточно много, и они все еще установлены на тех видах воздушного транспорта, которые были выпущены достаточно давно.

Градация оборудования

В середине 80-х годов возникла необходимость в унификации устройства вертолетного двигателя. Чтобы решить поставленную задачу, все турбовальные и турбовинтовые двигатели, имеющиеся на тот момент, было решено привести к общему типоразмерному ряду. Данное предложение было принято на правительственном уровне, а потому возникло деление на 4 категории.

Первая категория - это устройства мощностью 400 л. с., вторая - 800 л. с., третья - 1600 л. с. и четвертая - 3200 л. с. Помимо этого, было разрешено создание еще двух моделей вертолетного газотурбинного двигателя. Их мощность составляла 250 л. с. (0 категория) и 6000 л. с. (5 категория). Кроме этого, подразумевалось, что каждая категория этих устройств будет способна формировать мощность на 15-25 %.

Дальнейшее развитие

Для того чтобы полностью обеспечить развитие и строительство новых моделей, ЦИАМ провела достаточно обширную научно-исследовательскую работу. Это позволило получить научно-технический задел (НТЗ), по которому будет идти развитие данного направления.

В таком НТЗ указывалось, что принцип работы вертолетных двигателей будущих поколений должен строиться на простом принципе термодинамического цикла Брайтона. В этом случае развитие и строительство новых агрегатов будет перспективным. Что касается конструктивного исполнения новых моделей, то они должны быть с одновальным газогенератором, а силовая турбина с выводом вала мощности вперед через данный газогенератор. Кроме этого, в конструкцию должен входить и встроенный редуктор.

В соответствии со всеми требованиями научно-технического задела на Омском МКБ были начаты работы по изготовлению такой модели двигателя для вертолета, как ТВ ГДТ ТВ-0-100, мощность этого аппарата должна была составлять 720 л. с., а применять его было решено на такой машине, как Ка-126. Однако в 90-е годы все работы были остановлены, несмотря на то что в тот период устройство было достаточно совершенным, а также имело возможность форсировать мощность до таких показателей, как 800-850 л. с.

Производство на ОАО «Рыбинские моторы»

В это же время на ОАО «Рыбинские моторы» занимались доводкой такой модели двигателя, как ТВ ГДТ РД-600В. Мощность устройства составляла 1300 л. с., а использовать его планировали для такого типа вертолета, как Ка-60. Газогенератор для такого агрегата был выполнен по достаточно компактной схеме, в которую входил четырехступенчатый центробежный компрессор. В нем были 3 осевых ступени и 1 центробежная. Частота вращения, которую обеспечивал такой агрегат, достигала 6000 об/мин. Отличным дополнением было и то, что такой двигатель дополнительно снабжался защитой от пыли и грязи, а также от попадания других посторонних предметов. Данный тип двигателя прошел множество разнообразных испытаний, а его окончательная сертификация была завершена в 2001 году.

Далее стоит отметить, что параллельно с доработкой этого мотора специалисты работали над созданием турбовинтового двигателя ТВД-1500Б, который планировалось применять на вертолетах модели Ан-38. Мощность данной модели всего на 100 л. с. выше и, таким образом, составляла 1400 л. с. Что касается газогенератора, то его схема и комплектация были такими же, как и на модели РД-600В. При их разработке, создании и комплектации планировалось, что они будут составлять базу для семейства таких двигателей, как турбовальные, турбовинтовые.

Мотоцикл с вертолетным двигателем

На сегодняшний день производство различного рода техники продвинулось достаточно широко. Это справедливо практически для всех отраслей, включая производство мотоциклов. Каждый производитель старался всегда сделать свою новую модель более уникальной и оригинальной, чем у конкурентов. Из-за такого стремления не так давно компания Marine Turbine Technologies выпустила первый мотоцикл, в конструкцию которого входил вертолетный двигатель. Естественно, что данное изменение сильно затронуло как конструктивную часть машины, так и ее технические характеристики.

Параметры техники

Естественно, что характеристики мотоцикла, который имеет в своем распоряжении двигатель от вертолета, обладает также уникальными техническими параметрами. Кроме того, что такое нововведение позволило разогнать мотоцикл до практически немыслимых 400 км/ч, есть и другие свойства, на которые также стоит обратить свое внимание.

Во-первых, объем топливного бака у такой модели составляет 34 литра. Во-вторых, вес техники достаточно сильно увеличился и составляет 208,7 кг. Мощность такого мотоцикла составляет 320 лошадиных сил. Максимальная возможная скорость, которую удалось развить на таком аппарате - 420 км/ч, а размер его колесных дисков составляет 17 дюймов. Последнее, о чем стоит сказать, так это о том, что работа вертолетного двигателя сильно сказалась и на процессе разгона, из-за чего техника достигает своего предела за считаные секунды.

Первое такое творение, которое компания Marine Turbine Technologies показала миру, называлось Y2K. Тут можно добавить, что точное время разгона до 100 км/ч занимает всего полторы секунды.

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что отрасль по созданию вертолетных двигателей прошла достаточно долгий путь, а нынешнее развитие технологий позволило применять продукцию даже в такой технике, как мотоциклы.

Любой вертолет классической схемы состоит из следующих компонент, при этом некоторые из них могут быть объединены в одном устройстве:

• Голова;
• Вал ОР;
• Канопи (обьекатель);
• Рама;
• Хвостовая балка;
• Хвостовой ротор;
• Сервоприводы автомата перекоса;
• Сервопривод угла поворота лопастей ХР;
• Двигатель;
• Регулятор двигателя (если электрическая модель);
• Основная шестерня;
• Вал ХР или ремень ХР;
• Топливный бак или силовая батарея;
• Регулятор бортового питания;
• Аккомулятор бортового питания;
• Приемник;
• Гироскоп.

Теперь распишем каждый компонент поподробнее.

Голова

Голова - одна из важнейших частей вертолета, от её качества сборки их настройки на прямую зависят летные характеристики модели.

В голове современного вертолета используются как пластиковые, так и металлические части. При этом - далеко не всегда действует правило, что чем больше металла - тем лучше:) Тут дело в том - что производитель моделей разрабатывает их таким образом, что бы в случае аварии выходила из строя не вся голова, а только определенные части, которые относительно не дорого стоят и легко заменяются. Поэтому конечно металлическая голова хорошо и красиво - но далеко не всегда на много лучше пластиковой. Хотя тенденция последнего времени - поголовный переход на металл, сейчас практически не встретить серьезные вертолеты с пластиковыми головами.

Вал ОР

Передает вращающее усилие на голову. По большому счету - расходный материал, так как выходит из строя (гнется) практически при любом самом незначительном инциденте. Материал вала и его размеры специально так сделаны. Уж лучше погнется вал - чем другие, более дорогие детали.

Обтекатель (канопи)

Канопи - это защитный колпак, надеваемый на переднюю часть вертолета. Служит для защиты аккумулятора и электроники при неудачной встрече с землей, улучшает аэродинамику и внешний вид модели. Изготавливается из стекловолокна, иногда из пластика (на дешевых моделях). Поставляются в 3 вариантах:

Окрашенные;

Белые под покраску;

Белые в комплекте с наклейками.

Существует ряд небольших компаний, которые специализируются на эксклюзивных канопи под заказ, и стоят они очень даже не дешево:)

Рама

Рама - основной элемент вертолета,то, благодаря чему все компоненты вертолета соединяются вместе:) Основные задачи рамы:

• Соединить все компоненты вертолета;
• Защитить дорогую и хрупкую электронику в случае краша (от английского Crash - авария вертолета);
• Обеспечить удобное и грамотное размещение компонентов внутри рамы;
• Обеспечить грамотную и правильную разводку проводов;
• Обеспечить удобный и быстрый доступ к компонентам для настройки и обслуживания.

Рамы можно разделить по следующим признакам:

Материал изготовления

Карбон. Лучший материал на данный момент, дающий максимальную крепкость и минимальный вес. Из недостатков - если сломалась - то уже сломалась, выкидываем и покупаем новую, ну и конечно - высокая цена.

Карбон снаружи, внутри стеклотекстолит. Этим последнее время грешат многие производители, особенно часто встречается на недорогих клонах (Клон - подделка вертолета известного бренда, естественно, более низкой цены. Качество сильно варьируется, есть практически не отличимые от оригинала, есть и откровенный хлам). Такие рамы хоть и менее крепкие по сравнению с настоящими карбоновыми, но при этом зачастую гораздо дешевле их. На вид практически не отличимы от карбновых.

Алюминиевые рамы. Последнее время встречаются всё реже, вытесняемые карбоновыми и пластиковыми рамами.

Алюминий приятен тем – что в случае серьёзного краша он не ломается – а гнётся – есть шанс выправить и продолжить летать. Но по остальным параметрам он проигрывает карбновым рамам.Так же часто встречается на очень дешёвых китайских клонах. При покупке такого нужно учитывать, что первое, на чём начинают экономить китайцы – на материале. Алюминий в таких рамах очень плохого качества, мягкий и гнётся пальцами. Такая рама не защищает ни от чего.

Пластиковые рамы. Встречаются как на дешёвых китайских поделках, так и на серьёзных брендовых моделях.

Естественно, качество пластика там и там отличается в разы. Большой плюс пластика в том – что можно делать рамы практически любой формы, при этом не сильно себя ограничивая. Ещё неоспоримым преимуществом пластика является то – что он в отличии от карбона - одинаково крепок во всех плоскостях, а карбон – только в плоскостях волокон.

Конструкция рамы

Рама собирается из двух половинок.

Рама состоит из четырёх частей.

Такие рамы менее крепкие, чем цельные.

Хвостовая балка

Несущий элемент конструкции вертолета.

Для того, что бы получить быструю, четкую и мощную отработку хвоста - то есть управление вращением вертолета вокруг оси - хвостовой ротор выносят на определенное расстояние от центра масс вертолета. Внутри балки проходит привод вращения ХР (если модель использует для вращения ХР мощность основного двигателя) или провода питания (на небольших электрических моделях, которые для вращения ХР используют отдельный небольшой двигатель на хвосте).

В качестве привода на вертолетах используют ремень или вал. Каждая конструкция имеет как плюсы, так и минусы. Подробнее обсудим их позже:) Балки ХР изготавливаются из алюминия, хотя последнее время появляются карбоновые апгрейды.

Хвостовая балка является расходным материалом, при краше вероятность её повредить - максимальна.

Хвостовой ротор

Так же, как и голова, может быть полностью алюминиевым или пластиковым, или частично и тем и тем. Конструктивно похож на верхнюю часть головы, только без автомата перекоса.

Сервоприводы автомата перекоса

Основные управляющие элементы. С помощью них управляется автомат перекоса.

Используется три штуки. Побираются так, что бы они имели одинаковые характеристики, и очень желательно - одного производителя, ибо, кто их китайцев знает, напишут одно, положить другое, в результате легко можно получит не линейность работы головы - одна из серв будет обгонять другие или отклонятся на больший угол.

Сервоприводы разделяют:

По типу управления:

• Цифровые;
• Аналоговые.

Цифровые имеют ряд преимуществ, таких как:

• Большая точность
• Большая скорость
• Большее усилие

Так же они имеют один недостаток - большее энергопотребление, но достоинства цифровых сервомашинок с лихвой перевешивают этот небольшой недостаток.

По типу применяемых двигателей:

• Обычные;
• Безколлекторные.

Безколлекторные сервомашинки позволяют развить большее усилие, более надёжны и при этом потребляют меньше энергии. Но это пока новинка, стоят дорого:)

По материал применяемых в редукторе шестеренок:

• Полностью металлические редукторы;
• Полностью пластиковые редукторы;
• Карбоновые редукторы;
• Титановые редукторы;
• Редукторы, использующие разные материалы (например, половина шестреней пластик, другая половина - металл).

Металлические редукторы более надёжны и крепки, в случае краша меньше вероятность выходая сервы из строя. Но при этом - иногда проще перебрать машинку и поменять шестерни. При этом цена металлических машинок выше. В общем - вечный спор, каждый выбирает по своему вкусу и кошельку.

Сервопривод угла поворота лопастей ХР

Это дополнительный сервопривод. Обычно отличается от сервоприводов автомата перекоса. Подбирается более быстрая серва и с большим усилием, так как при выполнении фигур высшего пилотажа - на данную серву приходятся очень большие нагрузки. Если сервы автомата перкоса можно встретить как аналоговые, так и цифровые, то сервы управления хвостом сейчас ставят в основном цифровые.

Хвостовые сервы ставят как внутри рамы вертолёта

так и на хвостовую балку

Стоит подчеркнуть, что серва, убранная в раму - более предпочтительный вариант - так как в случае краша - меньше вероятность того, что эта серва будет повреждена (проводку сервы и саму серву защищает рама).

Двигатель

Главный элемент, без которого вертолёт не летает:)

Соответсвенно, двигатели бывают электрические, ДВС и турбины. Более подробную классификацию я давал в статье о классификации вертолётов. Все современные вертолёты используют бесколлекторные двигатели.

Регулятор двигателя

В радиоуправляемом вертолёте используются достаточно мощные двигатели, которые потребляют большие токи и требуют серьёзных напряжений. Как пример, вертолёты 600-го класса сейчас поголовно переходят на так называемое HV-питание (HighVolt) - это означает, что двигатель питается от 2-х LiPo батарей, общим напряжением в 44 вольта и при этом токи достигают 80 ампер. Вот и посчитайте, какая там мощность. Естественно, что бы регулировать такие токи, приходится использовать отдельный высокомощный контроллер питания, который так же ещё называют ESC (Electronic Speed Control).

Вообще, основная задача регулятора - получить управляющий сигнал с приёмника - и выдать на двигатель ровно столько мощности, сколько соответствует сигналу. Эта задача хоть и кажется не такой сложной на первый взгляд, на самом деле очень сложна. Ибо на двигатель в полёте постоянно действует переменная нагрузка, при этом во время работы аккумулятор просаживается, плюс надо учитывать, что под конец полёта аккумуляторы выдают меньшую мощность, чем в начале, а этот странный пилот не хочет ничего слышать и требует лишь того - что бы у него всегда обороты ротора были стабильны и строго соответствовали значению, которое он задал. А если учесть то, что на производителей регуляторов накладываются ещё и ограничения по масса-габаритным характеристикам - то вы сможете представить - на сколько это сложное и тонкое устройство. Так же при выборе регулятора необходимо учитывать и то, что часто некачественные регуляторы становятся причиной пожаров, и сэкономив на данном элементе вы можете получить прекрасный костёр, в котором сгорит много более дорогой электроники.

Основная шестерня с обгонным подшипником

Основная шестерня и пиньон двигателя (небольшая шестерня, одеваемая непосредственно на вал двигателя) - образуют своеобразный редуктор, который позволяет уменьшить скорость вращения ОР до разумных приделов и увеличить мощность вращающего момента.

Так же внутри этого блока смонтирован обгонный подшипник. Его задача - в случае отключения двигателя - позволить лопастям вращаться по инерции. Шестерни делают пластиковыми. Чаще всего зубцы на шестерни и пиньоне - прямые.

Последнее время появилась тенденция использовать косые зубцы. По заверению производителей они позволяют увеличить площадь зацепа зубьев и заодно уменьшить шум.

Вал ХР или ремень ХР

Для передачи вращающего момента на ХР в вертолётах используется 2 типа передачи:

• Передача с помощью вала;
• Ременная передача.

Каждая из этих передач имеет свои достоинства и недостатки.

Ременная передача

• Простота;
• Дешевизна;
• Стойкость к крашам.

• Необходимо постоянно поддерживать натяжение ремня;
• Возможно возникновение статического напряжения из за трения о стенки балки ХР;
• Высокая вибрация.

Передача с помощью вала

• Низкая вибрация (при использовании нормальных подшипников и отбалансированного вала);
• Отсутсвие статического напряжения;
• Нет необходимости натягивать и подтягивать, как ремень.

• Достаточно небольшого зацепа задними лопостями о землю - и выходят из строя шестерни.

Топливный бачок

Вмещает объем топлива, достаточный для полёта в течении 5-10 минут, в зависимости от модели. Конструкция бачка выполнена таким образом, что бы обеспечить непрерывное поступление топлива в двигатель вертолёта.

Аккумуляторные батареи

Существующие электрические модели вертолётов требуют очень мощных батарей для питания силовой установки и электронного оборудования (сервоприводов, гироскопов, приёмников и т.д.), установленных на вертолёт.

Сейчас используют два типа аккумуляторов:

• LiPo - литий-полимерные;
• LiFePo - литий-железо-фосфатные.

Самые распространённые - LiPo .

• Большая энергоёмкость;
• Неплохая токоотдача;
• Низкий саморозряд;
• Незначительный перепад напряжения по мере разряда.

• Пожароопасность при заряде/разряде;
• Плохо работают при отрицательных температурах;
• Небольшое количество циклов заряда-разряда (качественные выдерживают 200-300 циклов);
• Очень чувствительные к переразряду.

Напряжение на одной банке -3.7В. Часто объединяют несколько банок в один пак. Соответственно, напряжение увеличивается (напряжение пака = количество банок умноженное на 3,7В). При этом при заряде пака из нескольких банок необходимо балансировать их. То есть зарядить паки таким образом - что бы их напряжение было одинаково. Расбалансировка приводит к тому - что одна из банок разряжается быстрее - и в результате может произойти переразряд - что скорее всего приведёт к смерти всего пака.

LiFePo появились позже.

Обладают рядом преимуществ по сравнению с LiPo, но пока не получили широкого распространения в среде вертолётчиков.

Преимуещества:

• Меньший саморазряд;
• Большее количество циклов;
• Устойчивость к температурам;
• Устойчивость к переразряду/перезаряду;
• Больший ток разряда (порядка 30С постоянный, 100C импульсом);
• Больший ток заряда (можно зарядить за несколько минут).

Но есть и недостатки:

• Сами банки всегда имеют круглую форму (ограничение на толщину пака).

Регулятор бортового питания

Всё бортовое оборудование (окромя силовой части) - требует питающего напряжения в пределах от 4,5В до 7В. А напряжение, выдаваемое силовыми аккумуляторами - может составлять и 44В. Соответственно, что бы запитать бортовое оборудование - необходимо поставить специальный преобразователь, который будет выдавать требуемое напряжение.

Этот регулятор называется BEC (Battery Elimination Circuit). Часто BEC интегрируют сразу в ESC - регулятор двигателя. Но так же встречаются варианты с отдельным BEC, например, на вертолётах с ДВС, которые для бортового питания используют отдельную батарею, или на мощных вертолётах, в ESC которых BEC просто не предусмотрен.

Аккумулятор бортового питания

Встречаются конфигурации вертолётов, когда для питания аппаратуры используется помимо отдельного BEC ещё и отдельный аккумулятор.

Все эти ухищрения преследуют только одну цель - уменьшить вероятность краша. В полёте возможна ситуация, когда из строя выйдет ESC, или ещё какие проблемы с силовыми аккумуляторами - и что бы иметь шанс управлять вертолётом и всё же спасти его - ставят дополнительный небольшой аккумулятор, от которого через BEC и запитывают бортовое оборудование (приёмник, сервоприводы, гироскоп).

Приёмник

Основной управляющий элемент вертолёта. К приёмнику подключаются сервы, гироскоп, ESC. По сути - приёмник, это устройство, которое принимает команды по радиоканалу, расшифровывает их и передаёт в исполняющие устройства.

Вообще, современные радиомодели используют следующие диапазоны частот:

• 26МГц;
• 27МГц;
• 35МГц;
• 40МГц;
• 41МГц;
• 50МГц;
• 72МГц;
• 75МГц;
• 2,4ГГц.

Тенденция последнего времени - отказ от низких частот и переход на частоты диапазона 2,4ГГц. Это связанно с тем - что данный диапазон более помехозащищён, требует меньших по размеру передающей и приёмной части и т.д. В общем - 2,4 - лучше всего для вертолётов.

Понять, какой диапазон использует модель - довольно просто. Во первых - производитель обязан указывать, какой диапазон использует аппаратура, которую он продаёт, а во вторых - достаточно взглянуть на передатчик или приёмник. Если передатчик использует длинную выдвижную антенну на подобе удочки - а приёмник имеет длинную антенну в виде провода - то значит диапазон мегагерцовый.

Если антенна передатчика небольшая и напоминает антенну роутера, а приёмник имеет короткие усики - значит аппаратура 2,4ГГц.

Гироскоп

Последний по списку, но далеко не последний по важности и цене компонент вертолёта.

Задача гироскопа - удержать хвост вертолёта в том положении, в котором мы его оставили. Во время полёта хвост всё время стремится “уплыть”. Например, мы увеличили обороты двигателя, соответственно, и ХР начал вращаться быстрее и создавать большую силу при существующем угле положения лопастей ХР. Значит - хвост начнёт уходить в ту или иную сторону. Задача гироскопа - вовремя почувствовать этот эффект и скорректировать положение хвоста - уменьшив угол лопастей ХР. Гироскоп позволяет пилоту не подруливать всё время, пытаясь удержать хвост в нужном положении.

Уфф. Честно говоря - я сам не ожидал, что эта статья получится столь большой. Поэтому - принцип полёта модели вертолёта мы всё же рассмотрим в следующей статье:)

Хотите еще? Много интересного о вертолетах, теория и практика, обучение пилотажу и многое другое на...

Процесс изменения сил и моментов, обеспечивающих полет вертолета по заданной траектории, называют управлением, а комплекс соответствующих устройств составляет систему управления (СУ) (рис. 3.1.1).

Рис. 3.1.1. Управление вертолета: а – система осей вертолета; б – управление общим шагом; в – продольное управление; г – поперечное управление; д – путевое управление.

Управление вертолетом может осуществляться:

– непосредственно летчиком;

– летчиком, а также механизмами и устройствами, служащими для облегчения процесса управления и улучшения его качества (полуавтоматическая система);

– системой, в которой создание и изменение управляющих сил и моментов осуществляется комплексом автоматических устройств, а роль летчика сводится к отладке этих устройств и наблюдению за правильностью их работы.

СУ вертолетом состоит из ручного и ножного управления.

Ручное управление предназначено для воздействия на автомат перекоса (АП) НВ и разделяется на управление общим шагом (управление подъемной силой НВ по оси У) и циклическим шагом НВ (продольное и поперечное управление относительно осей X и Z).

Управление общим шагом летчик осуществляет при помощи рычага, расположенного слева от него. Управление циклическим шагом НВ производится правой рукой.

Ножным управлением создается момент М относительно вертикальной оси вертолета и осуществляется путевое управление (рысканье). На вертолете одновинтовой схемы путевое управление предназначено для изменения общего шага РВ, на вертолетах соосной схемы – для дифференциального изменения общего шага НВ.

Движение рук и ног летчика при управлении вертолетом соответствует естественным рефлексам человека. При перемещении ручки вперед, т.е. от себя, вертолет опускает нос (появляется пикирующий момент тангажа Мг относительно оси Z) и увеличивает горизонтальную скорость полета Vх при повышении мощности двигателя.

При движении ручки назад, т.е. на себя, появляется кабрирующий момент Мz и происходит соответствующее движение вертолета назад (вперед хвостом).

Движение ручки влево вызывает левый крен вертолета (относительно оси X) и при увеличении мощности двигателя – полет боком влево вдоль оси Z. Движение ручки вправо вызывает правый крен и полет боком вправо.

Движением левой ноги вперед вертолет поворачивается налево, правой ноги – направо.

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ВЕРТОЛЕТА

Выбор той или иной системы управления или их сочетания зависит от специфических особенностей вертолетов.

Основной задачей конструктора является создание такой СУ, которая наиболее точно осуществляет кинематическую связь между командными рычагами и органами управления. Эта задача значительно усложняется при увеличении полетной массы вертолета из-за роста нагрузок на органы управления, а также вследствие увеличения расстояния между командными рычагами и органами управления.

Летчик в общем случае решает две по существу различные задачи: одна из них – стабилизация положения вертолета в пространстве; вторая – управление траекторией полета вертолета. Наиболее эффективным средством улучшения устойчивости вертолета с шарнирным НВ является система автоматической стабилизации, называемая автопилотом.

Включение автопилота в СУ вертолета производится по т.н. дифференциальной схеме (рис. 3.1.2).

Рис. 3.1.2. Включение автопилота в систему управления по дифференциальной схеме: 1 – муфта автотриммера; 2 – загрузочная пружина; 3 – ручка управления;
4 – раздвижная тяга; 5 – силовой цилиндр; 6 – автопилот.

В этой схеме применяются рулевые приводы, работающие одновременно как от сигналов автопилота, так и от воздействия летчика. При дифференциальном включении рулевых машин рычаг управления, например, ручка, может быть неподвижным (или перемещаться летчиком), в то время как соответствующий орган управления независимо от ручки отклоняется под воздействием сигналов автопилота, но его максимально возможное отклонение обычно ограничено диапазоном шириной около 20% полного хода.

В то же время для быстрого изменения режима полета или при отказе автопилота летчик всегда может вмешиваться в управление, непосредственно отклоняя ручку управления. Дифференциальное включение автопилота обеспечивает устойчивость вертолета на всех режимах в течение всего времени полета.

Вертолеты, управление которыми невозможно или затруднительно без применения гидроусилителей (ГУ) или бустеров, должны иметь, кроме основной гидравлической системы, дублирующую. На вертолетах, управление которыми возможно без усилительных механизмов, допускается установка только основной усилительной системы.

ГУ состоит из исполнительного механизма (силового привода), следящего элемента (золотника) и связи между ними (рис. 3.1.3).

Рис. 3.1.3. Принципиальная схема работы гидроусилителя:

1 – ручка управления; 2 – ограничитель хода золотника; 3 – головка ГУ; 4 – золотник; 5 – силовой цилиндр; 6 – поршень силового штока.

При нейтральном положении золотника гидросмесь не поступает в силовой цилиндр и система остается неподвижной. Если сдвинуть золотник, то одна из полостей цилиндра соединяется с питающей магистралью гидросистемы, а другая – со сливной. Под действием разности давлений в полостях шток силового цилиндра начнет перемещаться, поворачивая лопасть относительно осевого шарнира. Одновременно со штоком в ту же сторону будет перемещаться и корпус золотника (через механическую обратную связь), стремясь снова перекрыть питающую и сливную магистрали. Если летчик или автопилот перестанут смещать золотник – он остановится. Таким образом, каждому положению тяги управления золотником, а следовательно, и ручки управления, связанной с ним, соответствует свое положение исполнительного штока.

На вертолетах по всех каналах применяют необратимую бустерную систему управления. Усилия, возникающие в проводке управления от шарнирных моментов на органах управления, не передаются на рычаги управления вертолетом, т.к. целиком воспринимаются ГУ. Для имитации усилий от органов управления в систему включаются загрузочные механизмы. В этом случае пилот преодолевает усилие не от шарнирных моментов лопастей, а от сжатия или растяжения пружины загрузочного механизма (рис. 3.1.4). К загрузочному устройству присоединяется т.н. механизм триммерного эффекта. При включении этого механизма снимается (по желанию пилота при длительном полете) усилие с ручки (педали).

Рис. 3.1.4. Схемы «автотриммирования»:

а – схема «автотриммирования» с применением электромеханизма: 1 – электромеханизм с самотормозящейся червячной парой; 2 – концевые выключатели;
3 – триммерная кнопка; 4 – ручка управления; 5 – пружинный механизм;

б – схема «автотриммирования» с применением электромагнитной муфты:
1 – электромагнитная муфта; 2 – триммерная кнопка; 3 – ручка управления; 4 – пружинный механизм.

Люфты в управлении неблагоприятно влияют на управляемость вертолета. Если имеется люфт на участке между ручкой и золотником ГУ, то после страгивания ручки золотник переместится лишь после выбора люфта. При наличии люфта между ручкой и загрузочным механизмом летчик ощутит усилие от последнего уже после начала поворота лопастей и реагирования вертолета. Это нарушение чувства управления может вызвать раскачку вертолета.

Появление чрезмерного суммарного люфта в проводке управления может привести к самопроизвольному перемещению управляющих золотников и включению ГУ.

В СУ вертолета должна быть обеспечена независимость действия продольного, поперечного, путевого управления и общего шага НВ.

±170 мм – для продольного отклонения ручки;

± 125 мм – для поперечного отклонения ручки;

± 100 мм – для отклонения педалей.

В системах прямого управления летчику приходится преодолевать не только шарнирный момент от лопастей НВ и РВ, но и трение во всех шарнирных узлах системы. При необратимом бустерном управлении летчик преодолевает усилия трения в узлах управления, установленных до золотника, и усилие трения в золотнике. Рекомендуется, чтобы усилия на органах управления, потребные для преодоления сил трения в системе управления, не превышали величин, указанных в табл. 3.1

Таблица 3.1.1

Для вертолетов максимальной взлетной массой более 15т допускаются несколько большие значения сил трения (до 25-30%) при максимальных усилиях на ручке управления и педалях в случаях полного их отклонения от среднего положения при нейтральном положении триммера.

Для облегчения пилотирования должно обеспечиваться самоцентрирование рычагов продольного и поперечного управления. Величина предварительной затяжки пружины загрузочного механизма должна превышать усилие трения примерно на 20%.

Усилия на рычаг продольного управления при выполнении установившихся и переходных режимов в случаях отказа двигателя, основной гидросистемы, автопилота и триммера не должны превышать более чем на на 30% рекомендуемые значения максимальных усилий (табл. 3.2).

Таблица 3.1.2

Максимальные усилия в поперечном и путевом каналах определяются соотношениями

Р х = (0,5 – 0,7) Р в

Р п = (2,0 – 2,5) Р в .

Деформация фюзеляжа и других частей вертолета, по которым идет проводка управления, не должна вызывать дополнительных усилий на ручке и педалях.

Из-за упругости фюзеляжа появляется возможность возникновения недопустимых автоколебаний в системе механическая проводка – золотник – гидроусилитель – упругий фюзеляж. Возможное изменение установочных углов лопастей при деформации конструкции должно давать демпфирующие аэродинамические силы на НВ.

Ручка управления, педали и рычаг общего шага должны иметь ограничители своих отклонений. Ограничители ставятся непосредственно на органах управления, если в СУ нет ГУ, или на ГУ.

Минимальная жесткость проводки управления должна определяться из условия обеспечения безопасности от флаттера лопасти НВ и РВ и подвижного оперения, а также из условия отсутствия опасных в отношении прочности вибраций в самой проводке управления.

Углы отклонения командных рычагов управления должны иметь запас, т.е. быть больше, чем требуется по расчету или экспериментальным данным.

Все рычаги и тяги управления в кабинете должны быть расположены таким образом и иметь такую форму, чтобы не стеснять движения летчика при работе, не мешать ему входить в кабину и покидать ее. Педали ножного управления в кабине должны допускать регулировку под рост летчика, кроме того необходимо обеспечить удобство осмотра, монтажа и демонтажа деталей и агрегатов управления.

Каждая деталь СУ должна быть спроектирована таким образом, чтобы предотвратить заклинивание, истирание и задевание вследствие воздействий груза, пассажиров, незакрепленных предметов или замерзания влаги.

Рис. 4.1. Автожир. Рис. 4.2. Вертоліт одногвинтової схеми з хвостовим гвинтом.

Рис. 4.3. Одногвинтової гвинтокрил. Рис. 4.4. Конвертоплан.

Вертоліт Карно.

Рис. 4.5. Схема вертольота с одним НВ і одним РВ:

1 – фюзеляж; 2 , 3 – лобове скло кабіни; 4 – силова установка; 5 – несучий гвинт; 6 – рульовий гвинт;
7 – кільова балка (кіль); 8 – стабілізатор; 9 – хвостова опора; 10 – хвостова балка; 11 – шасі; 12 – крило з вузлами підвіски вантажів; 13 – вихідні пристрої основного двигуна і двигуна допоміжної силової установки.

Рис. 4.6. Вертоліт з двогвинтовий Рис. 4.7. Вертоліт з двогвинтовий

поздовжньою схемою розташування НГ. поперечною схемою розташування НГ.

Рис. 4.8. Співвісна схема вертол. с двома НГ. Рис. 4.9. Кут установки лопаті гвинта вертольота.

Рис. 4.10. Поднімальна сила лопаті Рис. 4.11. Моменты, що діють на вертоліт.

гвинта вертольота.

Рис. 4.12. Система керування одногвинтовим вертольотом:

1 - ручка керування; 2 - зовнішнє кільце автомата перекосу; 3, 4, 5 - тяги (повідці);

6 - лопать НГ; 7 - лопать РГ; 8 - важіль загального кроку (крок - газ); 9 - ножні педалі.

Колонка поздовжньо-поперечного керування вертольотомМі – 8

Колонка поздовжньо-поперечного керування:

1 – важіль керування гальмами коліс шасі; 2 – колонка послідовного включення СПУ і радіо; 3 – кнопка виключення автопілоту; 4 – кнопка спецпризначення; 5 – кнопка включення ЭМТ-2М; 6 – рукоятка; 7 – труба ручки; 8 – чохол; 9 – корпус; 10 – регулювальний гвинт; 11 – кронштейн; 12 – стакан; 13 – шарнірна тяга; 14 – кожух;
15 – вісь; 16 , 18 – качалки; 17 – балансувальний вантаж; 19 – підшипники; 20 – важіль.

Педалі шляхового керування вертольотом Мі – 8

Педалі шляхового керування:

1 – гашетка; 2 – підніжка; 3 – кутовий важіль; 4 – основа; 5 – гвинтовий упор;
6 – кронштейн; 7 – важіль, що вирівнює; 8 – регулювальний гвинт з маховиком.