Техника – молодежи!, Пост грамотной популяризации вертолетов

В начале было слово.

На ЯПе в последнее время участились посты про вертолеты поражающие своей безграмотностью и высосанными из пальца фактами. Дошло до того, что Ми-24 объявили не вертолетом и «отняли» у него способность выполнять полет в режиме висения. В целях культпросветработы по расчистке этих бредней я решил создать серию постов про вертолеты. Спасибо моему преподователю практической аэродинамики Зозуле В.Б.

Казалось бы, что общего между А.Я. Розенбаумом и изображением какого то авиационного аппарата. И если с Александром Яковлевичем более менее понятно ), то давайте попробуем вместе разобраться со второй картинкой. И начнем мы издалека…

18 фото.

Здесь не будет градации на самый лучший, самый российский и т.п. Будут просто, наиболее яркие и характерные примеры техники. Как, например сказать о вертолете, что он самый мощный или с самой большой грузоподъемностью? Ми-26? Извините.. Он пустой весит 29 тонн, а взять может только 20 тонн. Вас удивит факт, что при весе Н.Валуева в 140 кг, он поднимет 90 кг? Нет, так могут многие. А вот единственный вертолет (по моей может уже и недостаточно полной информации), который может поднять сам себя это французский SE-313B Alouette II. Жаворонок по русски.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:28

Продолжим наш ликбез.
Начнем со схем компоновки вертолетов, в зависимости от наличия и расположения несущих и рулевых винтов.
Итак, естественно номер 1 – одновинтовая схема. Рассказывать вроде бы про нее не надо. Многие из вас видели вертолеты и в 80% случаев это были вертолеты с одновинтовой схемой. Их тыщи. Имя им – Легион).

Но как в том анекдоте, есть нюанс, и называется он «реактивный момент».
Говоря более-менее грамотно, согласно третьего закона механики, при вращении винта по часовой стрелки, фюзеляж вертолета должен вращаться против часовой стрелки. Стремление фюзеляжа к вращению называют реактивным вращающим моментом и любое изменение мощности двигателя и коллективного шага приводит к соответствующему изменению этого вращающего момента. Задача хвостового винта - скомпенсировать реактивный вращающий момент. Когда тяга хвостового винта создает момент, равный реактивному моменту от несущего винта, нос удерживаться прямо. Если тяга хвостового ротора возрастает, вертолет поворачивается вокруг вертикальной оси (вала несущего винта), заставляя нос идти вправо. Аналогичным способом, уменьшение тяги хвостового винта, заставит реактивный вращающий момент повернуть хвост вправо, а нос влево .
Ниже картинка поясняющая сей «шаманизм»

Но оказывается, это не единственный выход.
Слышали про струйную систему управления? Нет. Ну тогда вкратце расскажу и про нее.
У вертолетов с такой системой в хвостовой балке есть вентилятор, который засасывает воздух создавая необходимое повышенное давление внутри хвостовой балки. На правой стороне хвостовой балки с помощью специальных сопел устанавливается более быстрое движение воздушного потока, чем на левой стороне. По закону Бернулли, давление воздуха слева будет больше, чем справа, это приводит к появлению силы, направленной вправо.
Типичный пример вертолета с такой системой - вертолёт MD902.

Есть еще система фенестрон, с рулевым винтом в кольцевом канале киля . Первыми это сделали французы. Несмотря на высокую эффективность (почти в 2 раза) сегодня такая схема применяется в легких вертолетах, т.к. увеличение толщины и массы киля, делает установку фенестрона на тяжелые вертолеты нецелесообразной

Кстати, в 1975 г. на одном из опытных прототипов Ми-24 был опробован фенестрон, но он не получил дальнейшего применения, сочли нецелесообразным для вертолетов такого класса .

По расположению и силе создаваемой рулевым винтом, они еще делятся на тянущие и толкающие. Почти, как в автомобилях – передний или задний привод. Как вы можете догадаться тянущий винт предпочтительней. На рисунке ниже показан Ми-24 с различным расположением рулевого винта.

Есть еще и другие одновинтовые схемы, но они настолько редки, авантюрны и экзотичны, что заслуживают отдельного специального слова. Но не сейчас.
Например: схемы с установкой прямоточных реактивных двигателей на законцовках лопастей; схемы, когда сжатый воздух подводится через трубопроводы к соплам на законцовках лопастей и многие другие, заканчивая изобретением в 1956 году американцем российского происхождения Евгением Глухаревым первого реактивного ранцевого вертолёта MEG-1X. Он сконструировал для своего детища удачный реактивный двигатель, работавший на пропане. В пробных полетах Глухареву удалось продержаться в воздухе 18 мин и развить скорость около 90 км/ч.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:24

Кстати, советские инженеры не отставали, а иногда и опережали мировые умы в деле вертолетостроения. Например, инженерами Б.Я. Жеребцовым, Ю.С. Брагинским и Ю.Л. Старининым был разработан опытный одноместный мини-вертолет. Эта машина была оснащена двухлопастным винтом и миниатюрными прямоточными, пульсирующими двигателями, длина каждого из которых не превышала 25 см. вот такой аппарат:

Или вот например , студенты создали несколько небольших оригинальных вертолетов, в том числе экспериментальный МАИ X-5 . Этот аппарат с открытой кабиной имел необычную силовую установку мощностью 48 л.с. Она состояла из восьми (!!!) двухцилиндровых, двухтактных, видоизмененных моторов от бензопилы «Дружба», объединенных в одном блоке.
Экспериментальный сверхмалый вертолет МАИ Х-5 (СССР, 1973 год). Одноместный, двухвинтовой, поперечной схемы. Общая мощность двигателей — 48 л.с. Диаметр несущих винтов — 1,1 м, вес без пилота — 45 кг. Максимальная расчетная скорость — 157 км/ч. Расчетный статический потолок — 1200 м. Расчетная продолжительность полета — 1 ч 27 мин. Расчетная дальность — 100 км.
МАИ X-5 как, впрочем, и другие вертолеты, созданные в студенческих конструкторских бюро наших вузов, с успехом демонстрировался на международных выставках, в частности, в Гаване, Милане и Лос-Анджелесе.

К сожалению нельзя в одном посте рассказать о всем многообразии человеческой мысли в деле вертолетостроения.
Как вы видите, последняя картинка уже показывает аппарат с 2 винтами. Вот так незаметно мы и перейдем к двух- и многовинтовым схемам.

В двухвинтовых схемах по моему разумению, пальму первенства прочно удерживает Россия, а точнее КБ «Камов». Соосная схема расположения винтов настолько популярна, что ею никого не удивить уже. Не будем этим заниматься и мы. Покажу только моего любимца - вертолет Ка-26.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:25

Не знаю, как он идет по классификации НАТО, но мы его называли «танец с саблями»).
Далее следует отметить продольную схему. Она состоит из двух горизонтальных винтов, расположенных друг за другом и вращающихся в разных направлениях. Задний винт приподнят над передним для уменьшения негативного влияния воздушной струи от переднего винта. Характерным носителем такой схемы является вертолет Boeing CH-47 Chinook.

У этой схемы есть плюсы и минусы, впрочем , как и у любой. Минусы ее, это появление значительных вибраций в некоторых режимах полета, неполная компенсация реактивных моментов винтов, которая приводит к появлению паразитной боковой силы, сложная трансмиссия.
Еще один представитель двухвинтовой схемы это – поперечная схема. Вы ее могли видеть на вертолете Ми-12(В-12), но первым успешным вертолетом поперечной схемы стал немецкий Focke-Wulf Fw 61, который в 1937 году поставил ряд рекордов по дальности и скорости.
К сожалению сложная трансмиссия, повышенный вес конструкции и повышенное лобовое сопротивление такой схемы являются существенным ограничением в ее распространении.
На фото Fw-61 и Герман Геринг рейхсминистр Имперского министерства авиации.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:38

Еще меньшее распространение получили схемы с 3, 4, 5, и более винтами. Причины те же.
В середине 70-х годов в КБ Миля появился проект сверхтяжёлого вертолёта очень необычной схемы,который получил индекс Ми-32.Гавный конструктор М.Н.Тищенко решил проектировать вертолёт трёхвинтовой схемы на оснвое систем Ми-26.Выбор такой схемы был обусловлен требуемой грузоподъёмностью в 55-60 тонн.

Прорабатывались две схемы соединения гондол фюзелляжа: "звезда", при которой балки от каждой гондолы сходятся в одной точке в центре треугольника (по схеме фирменного знака фирмы «Мерседес»), и "треугольник", когда балки образуют стороны равностороннего треугольника.Выбор был сделан в пользу "треугольника".Чтобы снизить потери от вредного влияния несущих винтов, одну гондолу расположили спереди и две гондолы - сзади.
Расчётные ТТХ: Взлётный вес-146-150 тонн, мощность двигателей-6х8360л.с, скорость-230км/ч, динамический потолок-4000м, статический потолок-1500м, дальность-до 1200км, грузоподъёмность-60 тонн.
На фото Ми-32. Проект вертолета с тремя винтами.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 13:11

Отдельной ветвью пошло строение так называемых конвертопланов или как их еще называют - винтокрылы.
Характерным и наиболее успешным аппаратом в этой схеме является, безусловно Bell V-22 Osprey.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:45

Это настолько интересная конструкция и я настолько мало ее знаю (извините, когда я учился этого еще не преподавали), что лучше про нее прочитать здесь : http://topwar.ru/20699-v-22-ospri.html
Размещу еще одно фото этого красавца)

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:14

Казалось бы все. Ах да, а что же там с А.Я.Розенбаумом).
Представляю вашему любопытству: схема с перекрещивающимися лопастями или синхроптер.
Несущие винты расположены по бокам фюзеляжа со значительным перекрытием, а их оси наклонены наружу под углом друг к другу. Такая схема является частным случаем поперечной схемы с максимально возможным перекрытием несущих винтов, в то же время обладает свойствами соосной схемы.
Единственным серийным производителем подобных вертолётов является американская компания Kaman Corporation. Ее неоспоримые достоинства: минимальные габаритные размеры; простая и лёгкая трансмиссия; малый относительный вес конструкции.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 12:40

По мнению фирмы Kaman, схема вертолета с перекрещивающимися несущими винтами является наиболее эффективной при выполнении операций с вертикальным подъемом грузов, так как она обеспечивает уменьшение расхода мощности, массы конструкции, уровня шума, вибраций, затрат на техничесвое обслуживание, а также безопасность, связанную с отсутствием рулевого винта.
Системы вертолета максимально упрощены, вертолет спроектирован с учетом требования минимального технического обслуживания в полевых условиях. Отсутствуют гидравлические приводы, сервозакрылки лопастей несущего винта обеспечивают малые усилия на ручке управления. В электросистеме используется только постоянный ток; свинцово-кислотная аккумуляторная батарея не требует технического обслуживания.
Вы спросите: ну а где же про Розенбаума?
Чарльз Каман получил образование авиационного инженера в Католическом университете Вашингтона, работал на компанию Hamilton Standard, проектировал роторы для первых вертолётов Игоря Сикорского. Каман, профессионально занимавшийся проблемами вибрации, был неплохим гитаристом-любителем и самостоятельно изготавливал гитары, экспериментируя с различными материалами. Результатом этих опытов стала гитара Ovation 1966 года, в которой сочетались традиционная деревянная дека и округлый корпус-резонатор из современных полимеров. Среди музыкальных изобретений Камана — технология изготовления углепластиковых гитарных дек, конструкции фортепианных дек и т. п. Основанная тогда же компания по выпуску гитар Kaman Music со временем стала важной частью бизнеса семьи, а её прибыли поддерживали вертолётное подразделение в периоды безденежья. Благодаря этой поддержке вертолётные заводы Камана до 1993 ни разу не сокращали работников, фактически служивших в режиме «пожизненного найма». Со временем Kaman Music скупила десятки независимых производителей инструментов, а в конце 2007 сама была продана Fender. Именно гитарой фирмы Ovation - Legend 12-String Model 1755 и пользуется наш любимый А.Я. Розенбаум.))
На этом позвольте закончить первый экскурс в мир вертолетов. Ваш Chapleen.

Это сообщение отредактировал Chapleen - 20.03.2014 - 13:12

А придумали немцы смотреть с 2.40

ТС ну я все понял (почти)... я вот только схему с перекрещивающимися лопастями понять не могу, а картинка меня загоняет в ступор....

П.С.: Скажу даже больше... хотел посмотреть на это чудо вертолетостроения в действии однако видео так и не нашел, имеются только картинки старых еще послевоенных фото... таким образом назревает вопрос что это у тебя за вертушка на фото!?

Это сообщение отредактировал nabuh - 20.03.2014 - 12:32

Добавлю про достаточно перспективные разработки в области вертолетов с толкающим хвостовым воздушным винтом:

Из википедии:
Сикорский X2 (англ. Sikorsky X2) — экспериментальный вертолёт. Построен фирмой «Sikorsky Aero Engineering Corporation». Прототип вертолёта соосной схемы с толкающим винтом построен на базе экспериментального S-69.
Эта машина использует концепцию опережающей лопасти (ABC), имеет два четырехлопастных несущих винта, вращающихся в противоположных направлениях, и хвостовой толкающий воздушный винт (шесть лопастей). Винты приводятся в движение от одного турбовального двигателя — LHTEC T800. Управление вертолета полностью электронное, то есть отсутствует механическая связь между органами управления и исполняющими устройствами.
Весит X2 как заявлено компанией — 3,6 тонны и он должен обладать дальностью полёта в 1300 километров при максимальной скорости 474 км/час.
Компания Sikorsky Aircraft 27 августа 2008 года впервые испытала в воздухе вертолёт X2, первый полёт аппарата X2 Technology Demonstrator длился примерно 30 минут, в течение полета отмечены проблемы с главным редуктором и трансмиссией. Компании Sikorsky Aircraft пока не удалось устранить проблемы и первый полет, намеченный на весну 2010 года, состоялся лишь в конце мая.
Летом 2010 года X2 установил неофициальный мировой рекорд скорости для вертолётов — 415 км/ч (официальный рекорд (400 км/ч), держащийся до сих пор, был установлен британским «Линксом» в 1986 году). В сентябре он развил скорость 460 км/ч[.
14 июля 2011 был совершен последний полет вертолета X2, после чего было объявлено о завершении программы. Всего вертолет совершил 23 вылета и провел в воздухе 22 часа. Стоимость программы X2 составила 50 миллионов долларов. В ходе программы был отработан ряд новых технологий, который будут применяться в военном вертолете S-97 Raider.

Синхроптер
Несущие винты расположены по бокам фюзеляжа со значительным перекрытием, а их оси наклонены наружу под углом друг к другу, исключая таким образом возможность перехлёста. Фактически такая схема является частным случаем поперечной схемы с максимально возможным перекрытием несущих винтов, в то же время обладает свойствами соосной схемы. Из-за наклона винтов реактивные моменты уравновешиваются только относительно вертикальной оси, а их проекции относительно поперечной оси складываются, образуя момент тангажа.[25]

В настоящий момент единственным серийным производителем подобных вертолётов является американская компания Kaman Aircraft. Отличительной особенностью данной фирмы являются использование в системе управления вертолётом сервозакрылок, установленных на лопастях, принцип действия которых схож с элероном самолёта.

Достоинства:

минимальные габаритные размеры;
простая и лёгкая трансмиссия;
малый относительный вес конструкции;
симметричность в отношении аэродинамики.

Недостатки:

ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов вследствие взаимного влияния их друг на друга;
возникновение продольного момента, усложняющего балансировку вертолета.

Познавательно весьма.
Спасибо.

Роторы расположены под углом