Вертолет

летательный аппарат, у которого подъемная сила и пропульсивная сила для горизонтального полета создаются одним или несколькими несущими винтами. Может совершать вертикальные взлет и посадку, неподвижно висеть в воздухе, перемещаться вдоль и поворачиваться относительно любой оси. При отказе двигателей В. продолжает полет со снижением и осуществляет посадку на режиме авторотации винта на неподготовленную площадку. Применяя резкое увеличение угла установки лопастей непосредственно перед посадкой, можно значительно увеличить подъемную силу и тем самым существенно уменьшить вертикальную скорость В. в момент посадки.
Благодаря возможности взлетать и садиться вертикально, В. может взлетать с небольших площадок. Способность неподвижно висеть позволяет В. производить погрузку и выгрузку грузов, не совершая посадки, а также выполнять сложные строительно-монтажные операции (вертолет-кран).
В. широко применяется в народном хозяйстве для перевозки грузов, людей, выполнения сельскохозяйственных (сельскохозяйственный летательный аппарат) и других работ. Большую помощь оказывают В. в разведке и разработке нефтяных и газовых месторождений труднодоступных районах и на море, строительстве магистральных газо- и нефтепроводов, линий электропередачи. Используются В. также санитарной службой (санитарный летательный аппарат), для защиты лесов от пожаров и т.п.
В. входят в состав вооруженных сил всех крупных государств и предназначены для перевозки и десантирования войск и грузов (военно-транспортный летательный аппарат), уничтожения танков и другой техники противника, огневой поддержки войск (боевой вертолет), разведки (разведывательный летательный аппарат), связи, инженерного обеспечения и выполнения других заданий. В военно-морских силах В. служат как поисково-спасательные (поисково-спасательный летательный аппарат), противолодочные (противолодочный летательный аппарат), десантно-транспортные, противокорабельные ЛА, а также как тральщики.
В. состоит из планера, включающего фюзеляж, шасси, а в некоторых схемах также крыло и (или) оперение, винтовой несущей системы (несущих винтов), силовой установки, электро-, радио- и навигационного оборудования. Одновинтовые В. с механическим приводом НВ, кроме того, имеют рулевой винт для уравновешивания реактивного момента и для путевого управления В.
Основные летно-технические характеристики В. 80-х годов: крейсерская скорость до 280 км/ч; максимальная скорость до 350 км/ч; дальность полета до 800 км; динамический потолок до 6 км; статистический потолок до 3 км и более; полезная нагрузка составляет от 0,4 т для легких В. и до 25 т для тяжелых.
В. классифицируются по следующим признакам:
по числу НВ различают В. одно-, двух- и многовинтовые,
по их взаимному расположению – продольные, соосные, поперечные, с перекрещивающимися осями винтов;
по числу двигателей – одно-, двух- и многодвигательные;
по типу привода НВ – с механическим приводом от двигателя и с реактивным приводом (с реактивными двигателями на концах лопастей или с турбокомпрессором в фюзеляже и реактивными соплами на концах лопастей);
по назначению – многоцелевые, транспортные, пассажирские, вертолеты-краны, сельско-хозяйственные, спасательные, санитарные и другие;
по взлетной массе или грузоподъемности – сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые, сверхтяжелые; по типу взлетно-посадочных устройств – сухопутные и амфибии.
Наиболее распространены В. одновинтовой схемы с механической трансмиссией и установленным на хвостовой балке рулевым винтом (около 95% всех построенных В.). В. одновинтовой схемы разрабатываются большинством вертолетостроительных предприятий мира (Московский вертолетный завод, ПЗЛ «Свидник»; фирмы «Белл», «Сикорский», «Хьюз геликоптер», «Аэроспасьяль», «Уэстленд», «Агуста» и др.). Затраты на привод рулевого винта составляют 8-15% полной мощности двигателей. Рулевой винт работает в более тяжелых условиях, чем несущий, из-за воздействия потока воздуха от НВ и наличия режима разворота В. относительно вертикальной оси на режиме висения.
У В. соосной схемы вал верхнего винта проходит через полный вал нижнего. НВ вращаются в противоположные стороны, их реактивные моменты взаимно уравновешиваются. Соосный В. имеет меньшие габариты, чем В. других схем. Условия работы винтов неодинаковы, т.к. нижний винт работает в потоке воздуха от верхнего. В. такой схемы разрабатываются на Ухтомском вертолетном заводе (вертолеты Камова).
В. продольной схемы занимают второе место после одновинтовых В. по числу построенных за рубежом. В связи с тем, что задний винт В. работает в потоке переднего, условия его работы более тяжелые, чем у изолированного винта. В продольной схемы строятся фирмой «Боинг вертол» (США), а в СССР в 50-х годах создавались на Московском машиностроительном заводе «Скорость».
У В. поперечной схемы НВ соединены с фюзеляжем при помощи крыльев или ферм. Эта схема имеет полную аэродинамическую симметрию, что улучшает устойчивость и управляемость В. Взаимное влияние винтов практически отсутствует. Из-за поперечного расположения НВ улучшаются летные характеристики на средних скоростях, допустима значительная перегрузка В. при взлете с разбегом. По этой схеме были построены В. конструкции И.П. Братухина (СССР), Г. Фокке (Германия), а также самый тяжелый в мире В. Ми-12 (СССР). Для уменьшения габаритов В. поперечной и продольной схем, как правило, имеют перекрытие несущих винтов.
В. с перекрещивающимися осями винтов – разновидность В. поперечной схемы (крайний случай перекрытия винтов). Вращение винтов синхронизировано таким образом, что в любом положении лопасти одного винта проходят над лопастями другого. В. имеет малые габариты, но опасен в эксплуатации из-за низко проходящих над землей лопастей вследствие значительного развала винтов. Винты работают в условиях существенного взаимного влияния. Производством В. этой схемы занимались фирма «Каман». В 60-х годах постройка прекращена.
В. многовинтовой схемы (с числом винтов от 3 до 20) строились на ранних стадиях развития вертолетостроения.
В силовой установке В. с механическим приводом НВ применялись поршневые, а затем получили распространение в основном газотурбинные двигатели со свободной турбиной (турбовальный двигатель). Силовая установка включает также топливную систему, систему охлаждения, маслосистему, систему управления двигателями, противоположную систему.
По методам создания подъемной силы, пропульсивной силы и управляющих воздействий В. принципиально отличается от др. ЛА (пропульсивная сила, управляющие силы и моменты создаются тем же органом, который создает и подъемную силу).
Подъемная сила НВ изменяется посредством рычага «Шаг-газ», находящегося слева от кресла пилота. Продольное (у В. продольной схемы) или поперечное (у В. поперечной схемы) управление может также осуществляться диф. изменением общего шага НВ. Для путевого управления, как и на самолете, служат педали. На В. одновинтовой схемы летчик, воздействуя на педали, через проводку управления изменяет общий шаг рулевого винта, т.е. его тягу. На В. двух- и многовинтовой схеме (кроме соосной) путевое управление осуществляется диф. изменением циклического шага НВ. В В. соосной схемы путевое управление достигается диф. изменением общего шага винтов. На одновинтовых В. наклон оси рулевого винта позволяет получить вертикальную составляющую тяги (до 25% тяги рулевого винта), что облегчает балансировку В. и улучшает его летно-технические характеристики.
На В. устанавливаются стабилизаторы и кили для улучшения динамической устойчивости В. в поступательном полете и изменения его балансировки в нужную сторону при изменениях режима полета. Установленное на некоторых В. крыло служит для разгрузки НВ при большой скорости полета или используется в качестве кронштейна для подвесного оборудования.
Историческая справка. Способность вращающегося винта подниматься в воздух была известна в Китае еще в средние века. В 1475 году Леонардо да Винчи создал проект ЛА, способного «ввинчиваться» в воздух при помощи архимедова винта. Первая модель В. – «аэродромическая машина» – создана М.В. Ломоносовым в 1754 году. Она имела два винта, приводимые во вращение часовой пружиной. Уравновешенная через блок контргрузом, при вращающихся винтах модель могла подниматься вверх.
Хотя в 19 в. было построено большое число летающих моделей, создание натурного летающего В. стало возможным лишь с появлением в начале 20 в. легкого двигателя внутреннего сгорания и НВ, разработанных на основе теоретических и экспериментальных исследований Н.Е. Жуковского, Б.Н. Юрьева, Г.Х. Сабинина.
Первый вертикальный подъем при помощи винтов на ЛА с человеком на борту был осуществлен во Франции 29 сентября 1907 года на В. братьев Л. и Ж. Бреге и проф. Ш. Рише. В., поднимавшийся при помощи четырех винтов на высоту 1,5 м, не имел органов управления (устойчивое положение при висении обеспечивалось механиками, поддерживавшими В. сбоку). Первый В., способный совершить поступательный полет, был построен В. Корню (Франция) в ноябре 1907 года. В 1912 году Юрьевым был впервые построен В. одновинтовой схемы. В процессе его разработки Юрьев изобрел автомат перекоса и тщательно проработал остальные агрегаты. В. В те же годы в России строились натурные В. одновинтовой (В. Левицкий), соосной (К.А. Антонов, И.И. Сикорский и др.), продольной (Н.И. Сорокин) и многовинтовых (В.В. Татаринов и др.) схем. Дальнейшее развитие В. шло по линии совершенствования основных его агрегатов, улучшения характеристик к устойчивости и управляемости. Работы Г. Глауэрта, К. Локка (Великобритания), Братухина, Миля и других констукторов позволили выявить особенности аэродинамики НВ в косом потоке.
Научно-исследовательские, в том числе экспериментальные, работы привели к созданию в 30-х годах работоспособных В. Вертолетная группа экспериментально-аэродинамического отдела ЦАГИ (создана в 1926 году, возглавлялась Юрьевым) построила под руководством А.М. Черемухина в 1930 году первый советский В. ЦАГИ 1-ЭА. В 1932 году на этом В. была достигнута рекордная высота 605 м (зарубежный рекорд высоты в то время составлял 18 м). В 1933 году были построены модификации этого В. - ЦАГИ 3-ЭА, ЦАГИ 5-ЭА, а в 1936 году комбинированный В. ЦАГИ 11-ЭА. В первой половине 40-х годов некоторые В. выпускались малыми сериями (в Германии и США), но практические применения они тогда не нашли. Широкое строительство В. началось после окончания Второй мировой войны.
Первым отечественным В., предназначенным для серийного производства, был созданный в 1940 году в ОКБ Братухина В. «Омега». Начавшаяся война помешала запуску этого В. в серию. В последующие годы (до 1951 года) ОКБ Братухина продолжало разрабатывать В. поперечной схемы. В ОКБ Камова и ОКБ Яковлева были построены опытные В. соосной схемы. Первый советский серийный В. Ми-1 совершил первый полет в 1948 году.
В 1952 году началось крупносерийное производство В. Ми-4, превосходившего по грузоподъемности (1,6 т) все существовавшие в то время В. в мире. В 1952-53 годах совершили первые полеты тяжелый транспортный В. продольной схемы Як-24 и предназначенный для ВМФ В. соосной схемы Ка-15, которые также впоследствии были запущены в серийное производство. С 1953-54 годов началось широкое применение В. в армии и народном хозяйстве Советского Союза.
С появлением первых серийных машин и началом их эксплуатации особое значение приобрели обеспечение динамической прочности и устойчивости конструкции (ресурс агрегатов по условиям усталостной прочности, флаттер НВ, «земной резонанс», вибрации и др.), разработки методов проектирования и конструирования В. и его агрегатов, дальнейшего совершенствования аэродинамики В., улучшения характеристик устойчивости, управляемости, маневренности, повышения экономичности.
В вертолетостроении определились две линии развития: рост грузоподъемности и улучшение удельных летно-технических характеристик. Первая линия отчетливо заметна в деятельности таких разработчиков В., как ОКБ Миля - Ми-1 (0,5 т), Ми-4 (1,67 т), Ми-6 (12 т ), Ми-12 (25 т); фирмы «Сикорский» - S-51(0,4 т), S-55 (1,1 т), S-56 (5 т), S-65 (8,4 т) и «Боинг вертол» - PV (0,9 т ), V-44 (3 т ), V-114 (5,8 т).
Как правило, рост грузоподъемности достигался путем увеличения размеров НВ и мощности силовых установок. В советском вертолетостроении был успешно осуществлен и другой способ увеличения грузоподъемности - удвоение ранее разработанных и доведенных винтомоторных установок (В. Ми-12 имел две винтомоторные установки В. Ми-6).
Вторая линия развития предполагает повышение весовой отдачи, скорости, статического потолка и топливной экономичности В. внутри определенной весовой категории. Примерами такого направления являются линии: Ми-1-Ми-2, Ми-4-Ми-8-Ми-17, Ми-6-Ми-26, Ка-15-Ка-18-Ка-26, Белл-47, Белл-206, Белл-406, SA-316, SA-360 (фирмы «Аэроспасьяль») и др.
На смену первым работоспособным В. 40-х - нач. 50-х гг. (Ми-1, Ми-4, Ка-18, Белл 47, S-55, S-58, V-44, Каман-К-3), обладавшим невысокой весовой отдачей (20-30%) и имевшим в качестве соловой установки поршневые двигатели, пришли В. второго поколения (Ми-2, Ми-6, Ми-8, Ка-25, Белл 205, Белл 206, S-61, S-62, V-114, Каман К-600, SA 316), оснащенные ГТД и имеющие более высокую весовую отдачу (30-40%), лучшие летно-технические и экономические характеристики. В. третьего поколения (Ми-26, Ка-32, Белл 222, S-70, S-76, S-80, Хьюз АН-64, Уэстленд WG-13, SA 350) отличаются еще более высокой весовой отдачей (40-50%), новыми решениями в конструкции агрегатов, применением композиционных материалов, повышением ресурса, упрощением техники пилотирования и технического обслуживания, снижением уровня шума и вибраций, установкой экономических силовых установок. Одним из направлений развития В. по линии улучшения скоростных характеристик было создание комбинированных В. - винтокрылов.
Расширение сфер применения вызвало необходимость создания специализированных В. Первоначальное создание специализированных машин осуществлялось путем разработки специальных модификаций многоцелевых В., но недостаточная эффективность этого способа привела к необходимости конструирования специальных В., например, таких, как В.-кран (Ми-10, Ми-10К, S-60, S-64), боевой В. (Ми-28, Хьюз АН-64), противолодочный В. (SH-3, Джайродайн QH-50, Агуста-106, Ка-25).

ПОСЛЕДНИЕ СТАТЬИ(читать все статьи)