Как устроен вертолет? Как летает вертолет Где находится двигатель у вертолета.

Двигатель вертолета служит для вращения несущего винта. Если на вертолете имеется несколько несущих винтов, то они могут приводиться во вращение от одного общего двигателя или каждый от отдельного двигателя, но так, чтобы вращение винтов было строго синхронизировано.

Назначение двигателя на вертолете отличается от назначения двигателя на самолете, автожире, дирижабле, так как в первом случае он вращает несущий винт, посредством которого создает как тягу, так и подъемную силу, в остальных же случаях он вращает тянущий винт, создавая только тягу «ли силу реакции газовой струи (на реактивном самолете), также дающей только тягу.

Если на вертолете установлен поршневой двигатель, то в его конструкции должен быть учтен ряд особенностей, присущих вертолету.

Вертолет может летать при отсутствии поступательной скорости, т. е. висеть неподвижно относительно воздуха. В этом случае отсутствует обдув и охлаждение двигателя, водо-радиатора и маслорадиатора, в результате чего возможен перегрев двигателя и выход его из строя. Поэтому на вертолете целесообразней применять двигатель не водяного, а воздушного охлаждения, так как последний не нуждается в тяжелой и громоздкой системе жидкостного охлаждения, для которой на вертолете потребовались бы очень большие поверхности охлаждения.

Двигатель воздушного охлаждения, обычно устанавливаемый на вертолете в туннеле, должен иметь привод для вентилятора принудительного обдува, который обеспечивает охлаждение двигателя на режиме висения и при горизонтальном полете, когда скорость относительно невелика.

В этом же туннеле устанавливается маслорадиатор. Регулировка температуры двигателя и масла может осуществляться путем изменения величины входного или выходного отверстий туннеля при помощи подвижных заслонок, управляемых из кабины летчика вручную или автоматически.

Авиационный поршневой двигатель обычно имеет номинальное число оборотов порядка 2000 в минуту. Понятно, что полное число оборотов двигателя на винт передавать нельзя, так как при этом концевые скорости лопастей будут настолько велики, что вызовут возникновение скоростного срыва потока. Из этих соображений число М на концах лопастей должно быть не более 0,7-0,8. Кроме того, при больших центробежных силах несущий винт был бы тяжелой конструкции.

Подсчитаем, какова величина максимально допустимых оборотов несущего винта диаметром в 12 м, при которых число М концов лопастей не превышает 0,7 для высоты полета в 5000 м при скорости полета в 180 км/час,

Итак, двигатель для вертолета обязательно должен иметь редуктор с высокой степенью редукции.

На самолете двигатель всегда жестко соединен с винтом. Прочный, малого диаметра цельнометаллический винт легко выдерживает рывки, сопровождающие запуск поршневого двигателя, когда он резко набирает несколько сот оборотов. Винт вертолета, имеющий большой диаметр, далеко разнесенные от оси вращения массы п, следовательно, большой момент инерции, не рассчитан на резкие переменные нагрузки в плоскости вращения; при запуске может произойти повреждение лопастей от пусковых рывков.

Поэтому необходимо, чтобы в момент запуска несущий винт вертолета был отсоединен от двигателя, т. е. двигатель должен запускаться вхолостую, без нагрузки. Обычно это осуществляется введением в конструкцию двигателя фрикционной и кулачковой муфт.

Перед запуском двигателя муфты должны быть выключены, при этом вращение вала двигателя на несущий винт не передается.

Однако без нагрузки двигатель может развить очень большие обороты (дать раскрутку), которые вызовут его разрушение. Поэтому при запуске до включения муфт нельзя полностью открывать дроссельную заслонку карбюратора двигателя и превышать установленное число оборотов.

Когда двигатель уже запущен, необходимо соединить его с несущим винтом посредством фрикционной муфты.

В качестве фрикционной муфты может служить гидравлическая муфта, состоящая из нескольких металлических дисков, покрытых материалом, обладающим высоким коэффициентом трения. Часть дисков соединена с валом редуктора двигателя, а промежуточные диски соединены с приводом главного вала к несущему винту. До тех пор, пока диски не сжаты, они свободно проворачиваются относительно друг друга. Сжатие дисков осуществляется поршнем. Подача масла с высоким давлением под поршень заставляет поршень передвигаться и постепенно сжимать диски. При этом крутящий момент от двигателя передается на винт постепенно, плавно раскручивая винт.

Счетчики оборотов, установленные в кабине, показывают числа оборотов двигателя и винта. Когда обороты двигателя и винта равны, это означает, что диски гидравлической муфты плотно прижаты друг к другу и можно считать, что муфта соединена по типу жесткого сцепления. В этот момент может быть плавно (без рывков) включена кулачковая муфта.

Наконец, для обеспечения возможности самовращения, несущего винта надо, чтобы винт автоматически отключался от двигателя. До тех пор, пока двигатель работает и вращает винт, кулачковая муфта находится в зацеплении. При отказе же двигателя его обороты быстро уменьшаются, но несущий винт некоторое время по инерции продолжает вращение с тем же числом оборотов; в этот момент кулачковая муфта выходит из зацепления.

Несущий винт, отсоединенный от двигателя, может продолжать затем вращение на режиме самовращения.

Полет на режиме самовращения с учебными целями производится при выключенном двигателе или при работающем двигателе, в последнем случае обороты его уменьшаются настолько, чтобы винт (с учетом редукции) делал большее число оборотов, чем коленчатый вал двигателя.

После посадки вертолета обороты двигателя сначала уменьшаются, выключается муфта сцепления, а затем останавливается двигатель. При стоянке вертолета винт всегда должен быть заторможен, иначе он может начать вращаться от порывов ветра.

Мощность двигателя вертолета расходуется на преодоление сопротивления вращения несущего винта, на вращение рулевого винта (6-8%), на вращение вентилятора (4-6%) и на преодоление потерь в трансмиссии (5-7%).

Таким образом, несущий винт использует не всю мощность двигателя, а только часть ее. Использование винтом мощности двигателя учитывается коэффициентом, который показывает, какую часть мощности двигателя использует несущий винт. Чем выше этот коэффициент, тем более совершенна конструкция вертолета. Обычно = 0,8, т. е. винт использует 80 % мощности двигателя:

Мощность поршневого двигателя зависит от весового заряда воздуха, всасываемого в цилиндры, или от плотности окружающего воздуха. В связи с тем, что с поднятием на высоту плотность окружающего воздуха уменьшается, постоянно падает также мощность двигателя. Такой двигатель носит название невысотного. С поднятием на высоту 5000-6000 м мощность такого двигателя уменьшается примерно вдвое.

Для того чтобы до определенной высоты мощность двигателя не только падала, а даже увеличивалась, на магистрали всасывания воздуха в двигатель ставят нагнетатель, повышающий плотность всасываемого воздуха. За счет нагнетателя мощность двигателя до определенной высоты, называемой расчетной, возрастает, а затем падает так же, как у невысотного.

Нагнетатель приводится во вращение от коленчатого зала двигателя. Если в передаче от коленчатого вала к нагнетателю имеются две скорости, причем при включении второй скорости увеличиваются обороты нагнетателя, то с поднятием на высоту можно дважды обеспечивать повышение мощности. Такой двигатель имеет уже две расчетные высоты.

На вертолетах, как правило, устанавливаются двигатели с нагнетателями.

Если не так давно, каких-то три-четыре года назад, модель вертолета была редкостью, и посмотреть на нее сбегались все люди, находившиеся на поле в зоне видимости, то сегодня это довольно распространенное направление моделизма. В настоящее время рынок буквально завален всеми видами моделей вертолетов, начиная от комнатных «микро» и заканчивая бензиновыми и турбореактивными монстрами. Все они, разные по внешнему виду и назначению, тем не менее, имеют очень много общего в конструкции и в оснащении. Эта статья - о схожести и конструктивных различиях моделей вертолетов.

Механика

Модель вертолета довольно сложна. Для того чтобы вам было легче ориентироваться в инструкции, начнем с обзора механики. Эта информация предназначена не только для тех, кто хочет самостоятельно собрать модель из набора (KIT), но также пригодится и тем, кто просто хочет познакомиться с устройством вертолета поближе.

Рама

Рама – это основной элемент конструкции вертолета. На нее крепятся узлы и агрегаты модели: двигатель, редуктор, ротор, хвост, декоративный фонарь, электроника. Рама обеспечивает взаимное расположение всех этих элементов в соответствии с компоновкой, которая, в свою очередь, должна не только давать возможность сбалансировать модель, но также учитывать взаимную совместимость узлов. Например, приемник и гироскоп стараются отодвигать дальше от двигателя с его повышенной вибрацией; провода – дальше от движущихся и горячих частей; топливную систему – поближе к двигателю и так далее. При проектировании вертолетов, компоновке и весовым характеристикам уделяется очень большое внимание.

Основная характеристика рамы – ее жесткость. В общем случае, чем рама жестче, тем лучше. Однако, «ужесточение» рамы отражается либо на ее весе (в случае использования дополнительных силовых элементов), либо на ее цене (в случае использования композитных материалов). В полете, при выполнении фигур, особенно фигур 3D пилотажа, вертолет подвергается большим нагрузкам. Недостаточно жесткая рама при этом «играет», что отрицательно сказывается на управляемости модели.

Рама – компромисс между жесткостью, легкостью и стоимостью производства. В подавляющем большинстве случаев, рама покупного вертолета обладает достаточной жесткостью для выполнения стандартных фигур пилотажа. Для экстремального пилотажа производители предлагают либо «апгрейды», повышающие жесткость конструкции, либо замену рамы целиком на более жесткую и легкую, например из карбона.

По конструкции рамы вертолетов можно разделить на «цельные», штампованные из пластика, и «сборные» - из пластин и металлических элементов.

Как правило, модели хобби-класса имеют обычную пластиковую раму, состоящую из двух половинок. Между ними зажимаются подшипники и некоторые другие элементы. Половинки рамы стягиваются между собой шурупами-саморезами. Преимуществом такой рамы является малое количество деталей. Рама получается сложной формы и переменной толщины, но состоит всего-навсего из двух деталей. К недостаткам можно отнести:

• применение саморезов: если их перетянуть, то закрепить саморезы повторно можно только с использованием клея, что исключает разборку;
• сложность сборки: большое количество деталей, устанавливаемых между половинками рамы, часто не дает собрать конструкцию с первого раза – то одно выскочит, то другое не попадет в нужный паз.

Если, собирая вертолет на такой раме, вы все правильно расположили, вставили, свинтили, и при этом не забыли помазать где надо «локтайтом», у вас ничего не вывалилось и «локтайт» никуда не затек, считайте, что примерно 1/3 работы по сборке вы выполнили. Жесткость пластиковой рамы увеличивают с помощью дополнительных силовых элементов, например таких, как специальная нижняя пластина, которая может быть либо стандартным элементом рамы, либо деталью «апгрейда».

В более серьезных моделях 60 и 90 класса обычно применяется «сборная» рама. Она позволяет обеспечить большую жесткость. Модель с такой рамой проще собирать. Сначала на одной боковой пластине собирается все, что должно находится между боковинами рамы, затем к ней привинчивается вторая боковая пластина. Несмотря на то, что деталей в такой конструкции гораздо больше, процесс сборки лучше контролируем. При этом пластины и накладки могут быть разной толщины или из разного материала. Все это направлено на то, чтобы получить необходимую жесткость при минимальном весе конструкции.

Двигатель, сцепление, редуктор, топливная система, охлаждение

На модели вертолета (не важно, электро или ДВС) двигатель крепится к силовому элементу – мотораме, которая, в свою очередь, жестко крепится к раме вертолета. Все остальные детали, относящиеся к мотоустановке, крепятся непосредственно к раме. Крутящий момент двигателя обычно передается на сцепление через резиновую муфту.

Важнейшим элементом является система охлаждения двигателя, который не может охлаждаться сам, так как не обдувается воздушным потоком от несущего ротора. На вертолетах с ДВС для охлаждения применяют специальную систему, состоящую из крыльчатки и воздуховода, направляющего поток воздуха на головку двигателя. В небольших электровертолетах мотор не нуждается в специальной системе охлаждения, а на более крупных применяют металлические радиаторы и даже принудительное охлаждение, как на ДВС.

Топливная система должна обеспечивать постоянную и бесперебойную подачу топлива на всем протяжении полета. Классическая топливная система модели с калильным ДВС состоит из бака, питающей трубки (по которой топливо из бака попадает в двигатель), и системы создания повышенного давления в баке. Питающая трубка в баке заканчивается грузиком, который перемещается вместе с остатками топлива в баке, обеспечивая, таким образом, бесперебойную подачу топлива при выполнении эволюций. Наддув реализуется с помощью трубки, которая идет от штуцера отбора давления из глушителя в бак. Между баком и карбюратором устанавливают топливный фильтр, который следует время от времени промывать. Чем больше фильтрующая поверхность у фильтра, тем лучше. Иногда имеется третья, заправочная, трубка, через которую производится заправка топлива в бак, после чего она наглухо зажимается. В случае отсутствия такой трубки, заправку производят через трубку подачи топлива, снимая ее с топливного фильтра со стороны бака.

Для электровертолетов большое значение имеет место расположения батарей. Аккумуляторная батарея, как самый тяжелый элемент, располагается как можно ближе к центру тяжести модели и надежно крепится. Даже незначительный сдвиг батареи может привести к непоправимому нарушению центровки вертолета.

Сцепление на модели вертолета – центробежное, состоит из маховика с кулачками, который закрепляется на валу и «колокола». При достижении расчетного количества оборотов, кулачки под действием центробежной силы раздвигаются и сцепляются с «колоколом». Со временем, кулачки могут отвалиться, либо разогнуться настолько, что сцепление становится постоянным. Это зависит от качества применяемых материалов при изготовлении конкретной модели сцепления конкретным производителем. Различные фирмы могут предлагать «апгрейды» - более жесткие, либо более упругие, либо с большим количеством кулачков диски. На электровертолетах сцепление, как правило, отсутствует вовсе.

Далее, крутящий момент передается на редуктор, передаточное число которого подбирается под конкретный тип двигателя. Как правило, серийные двигатели одинакового объема имеют примерно одинаковые рабочие обороты. Если, к примеру, для линейки двигателей объемом 0.30, 0.32, 0.36, 0.39 куб. дюймов применяется один и тот же редуктор, то для использования на той же модели двигателя объемом 0.46 или 0.50 куб. дюймов требуется редуктор с другим передаточным числом.

Редуктор рассчитывается таким образом, чтобы при рабочих оборотах штатно нагруженного двигателя обороты основного ротора лежали в диапазоне 1600-2200 об/мин. Для того, чтобы не морочить себе голову передаточными числами можно просто использовать двигатели, рекомендованные производителем набора. Как ни странно, но в этом случае, вы скорее всего получите наилучший результат! Другой подход – «от противного», заказывайте модель вертолета под определенный двигатель. Например, фирма miniature aircraft специально комплектует наборы под определенный двигатель, например OS Max или Yamada, о чем свидетельствует прямое указание на коробке. Если по какой-либо причине вы ограничены в выборе вертолета или двигателя, то лучшим решением будет посоветоваться со специалистом.

Еще совет. Если вы новичок, используйте то же самое, что другие моделисты, с которыми вы общаетесь. В случае возникновения проблем, очень велика вероятность, что найдется моделист, использующий такой же двигатель, он и подскажет, как и что крутить. Старайтесь всегда использовать «проверенные» сочетания, это поможет избежать основных проблем настройки.

Ротор и автомат перекоса

Модели вертолетов, как правило, проектируются по схеме с одним несущим ротором и рулевым винтом. Она наиболее проста для реализации на модели и отработана настолько, что все остальные схемы отошли на второй план. Модели соосных схем существуют, но это, скорее, экзотика или игрушки, и их летные характеристики оставляют желать лучшего.

Между двигателем и несущем ротором устанавливается обгонная муфта. Она предназначена для того, чтобы ротор мог продолжать свободно вращаться по инерции после остановки двигателя. Благодаря этому устройству становится возможным выполнять один из сложнейших элементов пилотажа – авторотацию. На электрических микровертолетах обгонная муфта применяется редко, не столько потому, что электромотор легко вращается, сколько потому, что из-за своих размеров и небольшой массы ротора данные модели вообще неспособны авторотировать. Большие электровертолеты так же как и ДВС оснащены обгонной муфтой.

Ротор, как правило, двухлопастный. На моделях-копиях применяют многолопастные роторы, но отнюдь не с целью улучшения летных характеристик, а с целью повышения копийности. Наилучшим образом себя зарекомендовала схема с управляющими лопатками. Не объясняя принцип работы серволопаток (так как данное описание далеко выходит за рамки статьи), отметим лишь, что назначение у них двойное: стабилизация – "механический гироскоп", и усилитель, который позволяет использовать менее мощные сервомашинки.

В моделях применяется несколько схем управления автоматом перекоса. «Классической» является схема, при которой одна машинка управляет наклоном чашки автомата перекоса вперед-назад, то есть тангажем, вторая машинка управляет наклоном чашки из стороны в сторону, то есть креном, и третья машинка управляет общим шагом – поднимает и опускает чашку. Этот вариант поддерживается всеми без исключения вертолетными передатчиками. Казалось бы: крен, тангаж, шаг – все просто. Но эта простота оборачивается сложностью механической конструкции смесителя общего шага.

Предположим, мы задали наклон тарелки автомата перекоса 10 градусов и при этом работаем общим шагом. Так вот, плечи рычагов, длины тяг и их конфигурация должна быть подобрана таким образом, чтобы на всем ходу общего шага наклон тарелки оставался равным 10 градусам. При этом данное условие должно соблюдаться для управления креном и тангажом одновременно. Не всегда это удается. Есть более удачные схемы управления автоматом перекоса и менее удачные.

В качестве альтернативы предлагается электронный смеситель. При этом машинки подключаются непосредственно (или через промежуточную качалку) к чашке. Передатчик пересчитывает сигналы с ручек крена, тангажа и общего шага в смещения машинок по определенным формулам. Со стороны это выгладит так: при работе креном и тангажем машинки работают в противофазе, наклоняя тарелку, при работе общим шагом – вместе, поднимая и опуская тарелку.

Всего насчитывают четыре вида электронных микшеров автомата перекоса:

1. Три машинки. Две по поперечной оси модели друг напротив друга, третья точно спереди или сзади по продольной оси.
2. Четыре машинки, установленные через каждые 90°. Первая и третья машинки расположены по продольной оси модели, вторая и четвертая по поперечной.
3. Три машинки, установленные через каждые 120°. Одна машинка расположена точно спереди или сзади по продольной оси модели.
4. Три машинки, установленные через каждые 120°. Одна машинка расположена точно слева или справа по поперечной оси модели.

Наиболее распространенным является третий вид. Если в вертолете используется подобная схема, то важно, чтобы все машинки были одинаковыми. Иначе более медленная или слабая машинка не будет успевать за остальными, что негативно скажется на управлении. Идеальным вариантом будет покупка трех (четырех) одинаковых машинок, специально предназначенных для управления автоматом перекоса.

Преимущества обычной схемы управления:

• не требуется специальный микшер в передатчике;
• можно использовать разные машинки - более быстрые для управления креном и тангажом и более мощную но медленную на общий шаг - это дешевле, чем три (четыре) быстрые и мощные машинки, а эффект сравнимый;
• простая настройка электроники.

Недостатками являются:

• сложность конструкции механического микшера - обилие тяг и их соединений, возможность образования люфтов;
• требуется точная настройка механики, строго по инструкции;
• не всегда удачная конструкция самого механического микшера.

Рассмотрим преимущества и недостатки электронного управления автоматом перекоса. К преимуществам можно отнести:

• высокую точность управления;
• простоту конструкции.

К недостаткам относятся:

• определенный тип чашки должен поддерживаться вашим передатчиком; существуют, правда, и бортовые микшеры ccpm;
• необходимы одинаковые сервомашинки, желательно и быстрые и мощные;
• необходима более сложная, по сравнению со стандартным автоматом перекоса, процедура настройки микшера и механики.

Хвостовая балка, и хвостовой ротор

Хвостовая балка обычно представляет собой трубу. Она может быть изготовлена из алюминия, стекло- или углепластика. Чем легче и жестче, тем лучше. Балка имеет определенную, свойственную конкретной модели, длину и диаметр. Это может быть просто отрезок трубы, либо на балке могут быть пазы или выступы для облегчения сборки и точного позиционирования редуктора и стабилизатора.

Внутри балки находится ременная передача или вал. С помощью этой передачи крутящий момент от двигателя через редуктор передается на хвостовой ротор. Хвостовой ротор может быть жестко связан либо с двигателем, либо с главным ротором. Все зависит от того, подключен хвостовой ротор до обгонной муфты, или после. Если хвостовой ротор жестко связан с главным ротором, то это означает, что вертолет продолжает управляться по курсу во время выполнения авторотации. С одной стороны, это облегчает управление на авторотации, с другой – энергия основного ротора тратится быстрее. Если у базовой модели хвост при выполнении авторотации не управляется, то не стоит заранее расстраиваться, возможно, для этой модели имеется «апгрейд», обеспечивающий нужную функциональность. В любом случае, авторотировать можно и без «управляемного» хвоста.

Спор о том, что лучше: ремень или вал, в некотором смысле, риторический. И у того и другого типа передачи есть преимущества и недостатки.

Преимущества вала:

• малая потеря энергии при авторотации.

Недостатки вала:

• небольшое искривление вала или балки вызывает сильную вибрацию, требуется замена вала и балки;
• недопустимо наличие вмятин и других повреждений балки;
• требуется высокая точность изготовления конических передач и соединений вала во избежание образования люфтов, износа и вибрации;
• шумность.

Преимущества ремня:

• работает при гнутой и мятой балке, лишь бы не сильно терся;
• отсутствие люфтов;
• тишина.

Недостатки ремня:

• большая потеря энергии, по сравнению с валом;
• ремень необходимо подтягивать, так как он со временем ослабевает.

Ремень, в сущности, не так уж плох, особенно для начинающих. Вмятин на алюминиевой балке от лопастей не избежать. При нормальной эксплуатации ремень не перетрется! Стопроцентно можно утверждать, что ремень переживет вертолет, если он не поврежден при аварии или неправильном обращении, если он не трется о вмятины и рваные края дыр в балке, сам о себя и не перекручен внутри нее. Не так уж много условий.

Управление тягой хвостового ротора осуществляется, как правило, с помощью изменения его шага. Тяга управления шагом обычно проходит снаружи балки.

Машинка управления шагом хвостового ротора может располагаться на раме вертолета. В этом случае применяется длинная тяга, возможно, проходящая через одну или несколько промежуточных качалок. Такое расположение не является лучшим, так как длинные или изогнутые тяги «играют» а в промежуточных качалках могут появляться люфты. Более удачным признают расположение машинки непосредственно на хвостовой балке на специальном кронштейне у ее корня. В этом случае, тяга прямая, без промежуточных соединений.

Расположение машинки на балке может быть стандартным для конкретной модели, или кронштейн-держатель машинки может быть деталью «апгрейда». Чем меньше люфты в системе управления шагом хвостового винта, легче управление. Чем быстрее и точнее машинка, тем лучше производится удержание курса гироскопом и точнее фиксация хвоста при выполнении фигур пилотажа.

В игрушках и на микровертолетах часто применяется прямой привод хвостового ротора отдельным маленьким электромотором. При этом управление шагом хвостового ротора не используется, а вместо этого меняются его обороты. Это менее эффективно, но зато просто и дешево, что и требуется для игрушки.

Шасси

Вертолет должен устойчиво стоять на шасси, даже на небольших неровностях грунта, так как опрокидывание на взлете или при посадке приводит к серьезным поломкам. Кроме того, шасси должно смягчать удары при жестких приземлениях и авариях, предохраняя другие узлы вертолета. Шасси вертолета бывает стандартное и «тренировочное»:

Стандартное шасси

Стандартное вертолетное шасси, как правило, представляют собой две лыжи из дюралевых трубок и две изогнутые пластиковые поперечины, которые служат в качестве амортизаторов. От качества этих пластиковых амортизаторов зависит, будут подламываться стойки на жесткой посадке или нет. В случае если шасси у модели имеет неудачную конструкцию или хрупкие пластиковые части, можно применить подходящее шасси от другой модели вертолета, более мощное и «дубовое». Дело в том, что если модель при жесткой посадке подломит стойку и опрокинется, то, скорее всего, потребуются новые лопасти, возможно, вал и другие детали. А если модель устоит, то, вероятно, можно будет обойтись заменой балки и выпрямлением тяг. Шасси реально защищает модель при авариях и жестких посадках, даже ценой собственной целостности.

На моделях-копиях применяют «настоящее», копийное шасси, часто с пневмоуборкой, такое же, как на оригинале, только в миниатюре.

Тренировочное шасси

Отдельного описания заслуживает так называемое тренировочное шасси. Оно предназначено для начального обучения и служит двум целям: препятствует опрокидыванию модели на взлете и посадке, и помогает новичку ориентироваться в положении модели в пространстве. Тренировочное шасси можно купить в магазине, либо изготовить самому из подручных материалов.

Покупное тренировочное шасси, представляет собой крестовину из легких карбоновых трубок с яркими шариками на концах. Крестовина крепится к лыжам с помощью резинок. Яркие шарики помогают ориентироваться, но не стоит обращать внимание только на них, рано или поздно тренировочное шасси придется снять. На жестких посадках трубочки периодически отламываются в местах крепления. Укороченную трубку просто вставляем обратно, не обращая внимания на то, что она стала короче остальных; в другой раз сломается другая трубка. Как только трубки укоротятся до такой степени, что шарики почти вплотную прижмутся к лыжам, тренировочное шасси можно смело снимать. Возможно, это случится раньше, но в любом случае, тренировочное шасси для новичка необходимо.

Можно изготовить тренировочное шасси самостоятельно. Конструкции могут быть самыми разными. Интересным является вариант с использованием детского обруча - холохупа. Под лыжи подкладываются две легкие трубки и закрепляются с помощью изоленты. Вертолет устанавливается на холохуп и в местах пересечения трубок с холохупом конструкция так же скрепляется изолентой. Дешево и сердито.

Капот

Капот выполняет не только декоративную функцию. При аварии он сминается и поглощает большое количество энергии удара, предохраняя другие узлы. Капот должен быть легкий. Обычно капоты изготавливаются из пластика, но встречаются так же выклеенные из стеклоткани или угля, а для микровертолетов – лексановые.

Другое предназначение капота – помощь в ориентации. По этой причине к покраске капота стоит отнестись очень серьезно. Дело не столько в том, как будет выглядеть готовая модель, сколько в том, насколько хорошо она будет различима в небе. Окраска не должна сливаться с небом, должно быть хорошо видно, где верх, где низ модели. По возможности – где левая и правая сторона. Чем ярче и контрастнее, тем лучше. В инструкции, как правило, предлагается один или несколько вариантов окраски капотов, а так же цветные самоклеящиеся декали.

Электроника

Без должной электронной «начинки» вертолет не полетит. Тем не менее, одну и ту же модель можно снарядить по-разному. Стоимость бортовой электроники может при этом сильно отличаться. Попробуем разобраться, как собрать «сердитый» аппарат, истратив разумное количество денежных средств.

Основное оборудование

Основное оборудование - это то, без чего вертолет не полетит. Современная модель вертолета не летает без: приемника, гироскопа, сервомашинок и бортового аккумулятора. Подумав немного, добавим к списку надежный выключатель и индикатор заряда борта – безопасность дороже.

Электровертолету необходим регулятор оборотов. В этом случае вместо бортовой батареи применяется более мощная силовая. Питание приемника, сервомашинок и гироскопа при этом осуществляется через регулятор.

Приемник

Для управления простым вертолетом с фиксированным шагом достаточно обычного четырехканального приемника. Для полноценной модели вертолета, в принципе, годится любой шестиканальный приемник. При этом будут задействованы все жизненно необходимые функции вертолета: элерон, руль высоты, газ, курс, чувствительность гироскопа, общий шаг. Кроме перечисленного, на пилотажный вертолет может быть установлено: игла для регулирования смеси и гувернер, для управления которым требуется два канала. Итого в сумме девять.

Помимо прочего, на модели-копии устанавливают: убирающиеся шасси, огни и другие «копийные» элементы, управляемые с земли. Количество задействованных каналов ограничивается лишь возможностями конкретной модели аппаратуры и пилота, который всем этим управляет.

Кроме достаточного количества каналов, очень желательно, чтобы приемник был цифровым (PCM) или «умным» (IPD, APD). Это требование связано с тем, что данные приемники при наличии помех лишь замедляют управление, вертолет становится «ватным», медленно реагирует на команды, в то время как вертолет с обычным PPM-приемником начинает дергаться и «колбаситься». Видя, что вертолет дергается, пилот может растеряться или неправильно трактовать поведение вертолета, что, в свою очередь, приводит к очень плачевным последствиям. Можно настоятельно рекомендовать устанавливать PCM-приемники на любые вертолеты с диаметром ротора более 50 см. В этом мнении сходится абсолютное большинство моделистов-вертолетчиков.

Сервомашинки

Прежде всего, сервомашинки должны подходить по размеру и устанавливаться на предусмотренные для них места. Уточните необходимый размер, сверившись с инструкцией по сборке. Практически на все вертолеты с диаметром ротора от метра устанавливаются сервомашинки стандартного размера. Для микровертолетов необходимы микро сервы.

Сервомашинки отличаются не только по размеру, но и по скорости, усилию и прочим характеристикам. Они бывают «цифровые» и «стандартные». Обо всем этом подробно написано в . Мы же разберемся, куда устанавливаются те или иные машинки.

Обычный вертолет 30 класса полетит на самых дешевых, стандартных сервах. При этом он сможет выполнять практически все, на что он способен в стандартной комплектации. Улучшить его характеристики за счет установки хороших и дорогих серв можно, и это улучшение будет заметно. Но для того, чтобы он стал летать кардинально лучше, заменой одних машинок не обойтись. Для новичка, который будет на первых порах лишь выполнять висение, стандартной комплектации будет вполне достаточно. Исключение составляет лишь серва управления шагом хвостового ротора. Если вы покупаете гироскоп, то лучше всего покупать его в комплекте с сервомашинкой. Если же такого комплекта нет, то предпочтение при выборе нужно отдавать наиболее быстрой машинке, желательно цифровой.

Для вертолета 60 класса и крупнее необходимы мощные и быстрые дорогие машинки. Теоретически, он полетит и со стандартными сервами, но это то же самое, что купить спортивный автомобиль и заливать в него самый дешевый некачественный 76-ой бензин, ссылаясь на то, что, дескать, дорого и много жрет. Хорошо летать такой вертолет не будет, и даже в умелых руках модель не покажет все, на что она способна.

Нужно всегда искать разумный компромисс между ценой и качеством. Наиболее разумным видится следующий вариант. Для вертолета 30 класса со стандартным управлением автоматом перекоса:

• элероны и руль высоты: две одинаковые быстрые машинки, усилие от 3 кг/см и более;
• общий шаг: мощная сервомашинка с усилием не менее 6 кг/см;
• хвостовой ротор: быстрая машинка, лучше цифровая, скоростью не более 0.12 сек на 60°; обратите внимание, что некоторые производители указывают скорость из расчета 45°.

Для вертолета 30 класса с системой электронного смесителя (CCPM 120°):

• три машинки управления чашкой автомата перекоса: абсолютно одинаковые машинки, с усилием от 4 кг/см и более, если при этом они будут иметь скорость перекладки менее 0.15 cек на 60°, тем лучше; рекомендуется купить три новые одинаковые сервомашинки;
• газ: стандартная серва, лучше на подшипниках (ballbearing), но можно обойтись и той, что поставлялась в комплекте с аппаратурой;
• хвостовой ротор: быстрая машинка, лучше цифровая, скоростью не более 0.12 сек на 60°.

Все это лишь общие пожелания, которые носят рекомендательный характер. Какие именно сервомашинки устанавливать на вертолет, какого производителя выбрать - каждый решает самостоятельно. Помните про совместимость: лучше всего совместимы между собой компоненты одного производителя.

Гироскоп

Выбор гироскопов для вертолетов очень велик. Фирмы предлагают целые линейки гироскопов для любых моделей, начиная от простейших микро и заканчивая мощными бортовыми контроллерами с множеством функций.

Гироскопы для моделей бывают обычные (conventional) и интегральные (headinghold или avcs и так далее). Разница заключается в том, что обычный гироскоп просто мешает любому самопроизвольному изменению курса вертолета, а интегральный – удерживает курс вертолета постоянным. Лучше всего это видно в полете. Если при выполнении маневров с обычным гироскопом модель стремится развернуться по направлению своего движения, то с интегральным – вертолет будет сохранять ориентацию по курсу вне зависимости от направления полета.

Что это дает? При выполнении многих фигур необходимо четко удерживать хвост в определенном положении. При этом, используя обычный гироскоп, необходимо все время удерживать хвост, что часто является просто непосильной задачей. С интегральным гироскопом такой проблемы нет. Вместо этого, новички сталкиваются с другой «проблемой»: вертолет не разворачивается сам. Необходимо «рулить» хвостом, разворачивая вертолет в нужном направлении, чтобы он «летел как настоящий», а не боком. Вероятно, лучше покупать сразу интегральный гироскоп и учиться. С ним модель более управляема, ее не развернет ветром. Тем более, такой гироскоп всегда при желании можно переключить в «обычный» режим.

Следует так же обращать внимание на вес. Это очевидно. Вряд ли кому-то придет в голову ставить тяжелый гироскоп на микровертолет, он попросту не взлетит!

Подробнее о моделях и конструкциях гироскопов читайте в других статьях и обзорах.

Регулятор оборотов

Регуляторы оборотов применяются на электровертолетах. О типах регуляторов и принципах их действия есть отлельные статьи, мы же остановимся на особенностях вертолетных регуляторов. Для них характерны функции медленного старта, плавной отсечки и гувернера.

«Медленный старт» означает, что ротор будет раскручиваться плавно. Резкое раскручивание ротора может привести к складыванию лопастей, сильной вибрации на старте и, как результат, заваливанию модели на бок.

При разряде батареи до определенного уровня, близкого к критическому, регулятор отключает ходовой двигатель, сохраняя (поддерживая) питание приемника и серв. Это называется «отсечкой». На модели вертолета резкий останов мотора может привести к очень плачевным последствиям, особенно на микровертолетах, не оборудованных обгонной муфтой. Так же, практически все микровертолеты не способны авторотировать из-за их малых размеров. Ситуацию исправляет функция «плавной отсечки». Обороты ротора при отсечке уменьшаются плавно, давая возможность приземлиться.

Гувернер – функция поддержания постоянных оборотов ротора вне зависимости от нагрузки на ротор. Использование этой функции избавляет от кропотливой настройки кривых шаг-газ, так как поддержание постоянства оборотов контролируется электроникой регулятора. Эта функция, как правило, доступна в контроллерах бесколлекторных двигателей, предназначенных для моделей вертолетов, так как конструкция регулятора позволяет измерять обороты без применения каких-либо дополнительных датчиков и устройств.

Батарея и индикатор заряда

На модель вертолета с ДВС устанавливается обычная 4-х или 5-ти баночная никель-кадмиевая батарея. Этот тип батареи позволяет подключать необходимое количество сервомашинок, а так же при пиковой нагрузке отдавать достаточные токи. 4-х баночная батарея предпочтительнее, так как большая часть электрооборудования рассчитана на напряжение 4.8 вольта; так же на это напряжение рассчитано срабатывание функции battery failsafe у большинства PCM-приемников. При разряде батареи до порога срабатывания функции battery failsafe равного, обычно, 3.8 вольтам, кривая разряда у 5-ти баночной батареи настолько крута, что сервомашинка дросселя просто не успевает передвинуться в запрограммированное положение до момента полного отключения. Будьте ПРЕДЕЛЬНО внимательны!

Что же касается электровертолетов, то в них питание бортового оборудования обычно производится от ходовой батареи через BEC (стабилизатор напряжения) регулятора. Необходимо лишь учитывать возможности регулятора: суммарное потребление электронного оборудования не должно превышать возможности выхода BEC. На крупных электрических вертолетах иногда устанавливают бортовую батарею, аналогично вертолетам с ДВС, так как суммарная пиковая нагрузка цифровых серв в полете может достигать нескольких ампер!

В настоящее время наблюдается тенденция к использованию литий-полимерных аккумуляторов в качестве бортовой батареи. Прежде всего, из-за их большой емкости и малого веса.

Так как напряжение литий-полимерной батареи сильно отличается от стандартных NiCD и NiMH бортовых батарей, то в этом случае применяют специальные регуляторы. При этом необходимо помнить о том, что обычный индикатор заряда, подключенный к свободному выходу приемника, в этой конфигурации не будет показывать уровень заряда батареи. Для слежения за ним необходимо применять специальные устройства.

Пожелания к индикатору заряда очень просты. Индикатор должен быть ярким, его должно быть хорошо видно на расстоянии (при висении). Он должен быть рассчитан на используемое бортовое напряжение. Проще говоря, если ваша NiCD батарея имеет 4 банки, то вам необходим индикатор на 4.8 вольта, если 5 банок – то на 6 вольт.

На электровертолете индикатор не требуется, так как регулятор подает на приемник всегда одинаковое напряжение. Вместо этого в регуляторе может быть встроена сигнализация падения напряжения и/или отсечка.

Дополнительное оборудование

В этом разделе мы поговорим о различных электронных «фишках». Что еще из «модельного» электронного оборудования устанавливается на вертолет? Фотоаппараты, GPS и прочая экзотика не в счет. Наиболее популярными «фишками» являются: гувернер для моделей с ДВС и оптический «автопилот».

Гувернер

В полете, особенно при выполнении фигур пилотажа, нагрузка на ротор вертолета постоянно меняется. Однако, для исполнения большинства фигур комфортнее, когда ротор сохраняет постоянные обороты. Это связано с тем, что при изменении оборотов меняется реакция на ручку шаг-газ. Например, не очень удачная настройка кривых шаг-газ может приводить к тому, что при висении ротор начнет «раскручиваться», из-за чего, в свою очередь, незначительное отклонение ручки шаг-газ приводит к очень резкой реакции модели. После этого ротор нагружается, обороты резко падают и реакция на ручку опять притупляется до следующей раскрутки.

Гувернер предназначен для поддержания заданных оборотов основного ротора, вне зависимости текущего значения шага. С помощью датчика прибор измеряет обороты двигателя, далее, исходя из них, вычисляет обороты основного ротора и управляет дроссельной заслонкой таким образом, чтобы обороты оставались неизменными. Моделисту необходимо лишь правильно настроить кривую шага. Кривая газа при использовании гувернера имеет форму прямой.

Какие еще преимущества дает гувернер? В общем, с гувернером настраивать вертолет проще. Возможно, используя гувернер с самого начала, вы так и не овладеете досконально искусством взаимной настройки кривых шага, газа и карбюратора двигателя. Ведь для того чтобы правильно настроить все это, нужно уметь неплохо летать, а для того, чтобы научиться летать, необходим более-менее сносно настроенный вертолет. Используя гувернер, вы, применив минимум усилий, получите хорошо настроенную модель и можете сосредоточиться на отработке фигур пилотажа

Автопилот

Автопилот – устройство, позволяющее стабилизировать модель в полете. Для стабилизации модели по курсу, как известно, применяется гироскоп. Для того чтобы стабилизировать модель по крену и тангажу существует другое устройство – оптический автопилот. Он действует следующим образом: специальные датчики отслеживают положение линии горизонта, при возврате ручек в нейтраль автопилот вычисляет поправку, необходимую для возврата модели в горизонтальное положение, в результате чего модель стабилизируется.

Данное устройство не получило широкого распространения у моделистов по нескольким причинам. Во-первых, существуют ограничения по использованию прибора: он работает только на улице, при чем в тех местах, где четко просматривается горизонт. Во-вторых, он вырабатывает у пилота неправильную реакцию на непонятное поведение модели: чуть что – бросать ручки, автопилот вырулит. На начальном этапе это помогает, но далее – только вредит. И в третьих, это считается «неспортивным». Управление моделью вертолета привлекает, в том числе, своей сложностью; тем дольше это не надоедает, всегда есть чему учиться.

Комплектация моделей

Вертолеты могут продаваться в различной комплектации, начиная от готовых к полету комплектов, и заканчивая набором деталей для сборки. Чем меньше подготовлен и уверен в себе новичок, тем более собранную и готовую к полетам модель следует покупать. Это не означает, что не уверенный в своих силах новичок ограничен в выборе лишь готовыми моделями и игрушками, так как сборку и настройку любой модели, даже самой сложной, можно заказать в магазине.

• Игрушки и RTF . Заряжай, заправляй и лети. Так как такая модель продается в собранном и настроенном виде, с передатчиком и всем необходимым оборудованием, то, как правило, все комплектующие максимально удешевлены. Иначе комплект получится слишком дорогим для новичка, и при этом неподходящим для профи. Проще говоря – невостребованным. Подавляющее большинство RTF моделей вертолетов – игрушки, летные характеристики у этих моделей – соответствующие.
• ARF . Необходима аппаратура и настройка. Как правило, ARF модель – это собранная и частично настроенная механика вертолета с установленным двигателем. Однако комплектация может существенно отличаться. Правило для ARF лишь одно – для подготовки к полетам этой «почти готовой модели» у средне подготовленного моделиста уйдет от 8 до 24 часов. Дополнительно потребуется аппаратура и электроника, бортовой аккумулятор, простейший инструмент для установки недостающего оборудования и, возможно, инструменты для окончательной настройки.
• KIT – это коробка с деталями «россыпью», которые упакованы в пакетики и снабжены инструкцией для сборки. Некоторые сложные узлы, особенно, требующие специального инструмента и настройки, могут быть собраны заранее. Иногда в комплекте поставляется двигатель, а в случае электрической модели, почти всегда – коллекторный мотор. Кроме того, для завершения постройки необходима аппаратура, инструменты для сборки, настройки, расходные материалы и так далее. Все это должно быть перечислено в инструкции по сборке. В среднем, сборка может занять от двух недель и дольше, впрочем, это сугубо индивидуально.

Определитесь, что вам интереснее: летать или строить. Трезво оцените, располагаете ли вы достаточным количеством свободного времени. Хотя «выпиливать» и «точить» не придется, тем не менее, сборка модели вертолета имеет множество нюансов, которые могут стать причиной разрушения модели в воздухе, или могут привести к еще более плачевным последствиям – инвалидности и даже смерти. Спешить не стоит, как бы вам не хотелось быстрее поднять вертолет в воздух. Всегда помните: модель вертолета – НЕ ИГРУШКА!

Еще один важный момент – распространенность модели и доступность запчастей. Предположим, вы выбрали отличную эксклюзивную модель с выдающимися летными характеристиками. Ждали ее приезда месяц, дождались, полетали и… разбили. Запчасти стоят дорого и приедут, при удачном стечении обстоятельств, через месяц. И их нигде нет. А сезон – короток. Иметь прекрасную эксклюзивную модель, но не летать на ней из-за постоянного отсутствия запчастей - удовольствие сомнительное. Подумайте, где и как вы будете приобретать запчасти, во что это примерно обойдется. Найдите единомышленников и пользователей такой же модели: вместе – веселей.

Немного о сборке

Собирать вертолет самому очень увлекательно. Не стоит спешить: при этом велик риск неправильной сборки или порчи деталей, а это, в свою очередь, может повлечь разрушение модели в полете или потерю управления с самыми плачевными последствиями. Ни в коем случае не пытайтесь ничего «улучшить» или «исправить», тем более при сборке первой модели. Если вы в чем-то не уверены, лучше уточнить в магазине либо у моделистов, ранее собиравших данную модель вертолета. Ведущие производители стараются дать максимально полную информацию по сборке модели и никогда не экономят на безопасности. Ключевые узлы либо принципиально нельзя собрать неправильно, либо поставляются в собранном виде. Не разбирайте их, в этом нет необходимости.

Есть два подхода при составлении производителем инструкции по сборке. Японцы, например, стараются рисовать своеобразные «комиксы» по сборке модели вертолета. Во всей инструкции вряд ли наберется полстраницы текста, если не считать многочисленных предупреждений и правил касающихся эксплуатации. При этом картинки поймет практически любой, а крупные надписи «варнинг» и «ахтунг», снабженные картинкой, укажут моменты, на которые следует обратить особое внимание.

Американцы и европейцы предлагают пользователю объемистую инструкцию, в которой имеются лишь ключевые иллюстрации, без которых никак нельзя обойтись. Все остальное объясняется на словах, при чем, как правило, на английском языке. Поинтересуйтесь у продавца, попросите дать пролистать инструкцию по сборке вертолета перед покупкой.

Нельзя однозначно сказать, что лучше. В инструкции по сборке вертолета x-cell объясняются такие тонкие моменты, которые не покажешь никакими картинками, но способен ли будет отечественный пользователь прочитать и понять то, что написано – это вопрос.

Основные правила сборки таковы:

• Четко следуйте инструкции. Прочтите ее целиком от начала до конца ПЕРЕД началом сборки.
• Используйте правильный инструмент и расходные материалы. Не стоит заменять шестигранный ключ плоской отверткой, а весь прочий необходимый инструмент – плоскогубцами.
• Все резьбовые соединения, особенно металл-металл, собирайте на фиксаторе резьбы – «локтайте».
• Не стесняйтесь лишний раз спрашивать у знающих людей.

Заключение

Вертолеты – это сложно и интересно. Эти модели непросто собирать и настраивать, они более требовательны к качеству сборки чем, например, самолеты. Пилотировать их – настоящее искусство. Полет вертолета завораживает, а выполнение сложных элементов 3D пилотажа у самой земли вызывает восторг у зрителей. Именно это сочетание сложности и одновременно зрелищности и красоты и привлекает моделистов. Вертолеты – для тех, кто не любит отступать.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И ИННОВАЦИЙ АВИАЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

В.В. Дудник

КОНСТРУКЦИЯ ВЕРТОЛЕТОВ

Ростов-на-Дону

УДК 629.7 (075)

Д 81

Д 81 Дудник В.В. Конструкция вертолетов. – Ростов н/Д: Издательский дом ИУИ АП, 2005. – 158 с.

ISBN 5-94596-015-2

В учебном пособии излагаются: состав, назначение, устройство и процесс конструирования основных агрегатов и систем; конструктивно-силовые и кинематические схемы агрегатов, конструкций деталей и узлов агрегатов.

Для слушателей программы профессиональной переподготовки по направлению «Вертолетостроение», а также для специалистов-практиков.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Института управления и инноваций

авиационной промышленности

Научный редактор:

доктор технических наук, профессор И.В.Богуславский

ISBN 5-94596-015-2

© Дудник В.В., 2005 г. © Издательский дом ИУИ АП, 2005 г.

ВВЕДЕНИЕ

В наши дни трудно представить себе человечество без летательных аппаратов. Достойное место в ряду воздушных судов занимают вертолеты – летательные аппараты тяжелее воздуха, использующие несущий винт для перемещения в воздушной среде. Так как вертолетостроение сравнительно молодая сфера деятельности в ней идет активное изменение конструкции и технологии изготовления агрегатов. За последние годы стали применяться такие нововведения как сверхкритические трансмиссионные валы, активные гасители шума и вибрации, многозамкнутые лонжероны лопастей, монококовые фюзеляжи, гребни хвостовой балки и ряд других. К сожалению, Россия по ряду причин отстала в применении некоторых инноваций. В соответствии с этим необходимо стремиться к тому, чтобы максимально использовать опыт, накопленный в мировом вертолетостроении.

В данном учебном пособии предпринята попытка восполнить пробелы в освещении современных технологий, поэтому им уделено несколько больше внимания.

Главы 5 и 8 написаны совместно с Олейником Николаем Ивановичем.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕРТОЛЕТАХ

1.1. Классификация вертолетов

В настоящее время в мире производится несколько десятков типов вертолетов. Они имеют различное назначение, размеры и характеристики, однако основным критерием классификации вертолета принято считать его взлетную массу. Существует несколько мнений о весовой классификации. Зачастую она устанавливается законодательными актами того или иного государства. Так в российской гражданской авиации вертолеты разделены в зависимости от максимальной взлетной массы на четыре класса.

1 класс – 10т и более,

2 класс – от 5 до 10т,

3 класс - от 2 до 5т,

4 класс – до 2т.

На практике вертолеты чаще делят на сверхлегкие, легкие, средние, тяжелые. Здесь предлагается один из вариантов деления.

До 700кг – сверхлёгкие; 700-5000кг – лёгкие; 5000-15000кг – средние;

свыше 15000кг – тяжёлые.

Самым тяжелым вертолетом в мире был советский вертолет Ми-12 (105т), а среди серийных машин – Ми-26 (56т).

Несколько особняком в этом ряду стоят беспилотные вертолеты, использующиеся для разведки, мониторинга окружающей среды и сельхозобработки, взлетная масса которых колеблется от 80 до 1000кг.

Кроме того, вертолеты классифицируются по назначению как:

пассажирские; боевые; транспортные; сельскохозяйственные;

поисково-спасательные и другие.

Наличие на борту двигателей позволяет классифицировать воздушные суда по числу двигателей – одно, двух и трехдвигательные, и по типу – поршневые и газотурбинные.

Еще одной важной характеристикой является схема вертолета. Схему вертолета определяет способ уравновешивания реактивного момента несущего винта. В настоящее время применяют одно и двухвинтовую схему. Разрабатывавшиеся в Советском Союзе и США трех и даже четырехвинтовые схемы не нашли широкого применения.

Одновинтовая схема – предполагает наличие одного несущего винта и устройства, компенсирующего реактивный момент несущего винта. В качестве устройства компенсирующего реактивный момент обычно используется рулевой винт, но в некоторых случаях применяют и другие механизмы (рисунок 1а, б).

Двухвинтовая схема предполагает наличие двух несущих винтов, имеющих разнонаправленное вращение. Реактивные моменты таких винтов взаимно компенсируются. В свою очередь двухвинтовые вертолеты по расположению несущих винтов могут иметь:

∙ соосную схему – несущие винты противоположного вращения располагаются один над другим (рисунок 1в);

∙ продольную схему – синхронизированные между собой винты размещаются один впереди другого с наличием небольшой зоны перекрытия (рисунок 1г);

∙ поперечную схему – винты располагаются справа и слева от фюзеляжа (рисунок 1д);

∙ схему с пересекающимися винтами – две оси вращения наклонены под углом друг к другу (рисунок 1е).

В настоящее время в России преобладают вертолеты фирмы Камова и Миля. Первые вертолеты собственной разработки появились у Казанского вертолетного завода. Попытки разработки вертолетов легкого класса делаются на Украине. Основными европейскими производителями вертолетов являются консорциумы – Еврокоптер, состоящий из французской корпорации Еврокоптер Франц и немецкой Еврокоптер Дойчланд и АгустаВестланд, состоящий из итальянской ком-

пании Агуста и английской Вестланд. Корпорации Боинг, Сикорский и Белл являются наиболее крупными в США. Большую активность в этом секторе рынка последние годы проявляют компании Польши и ЮАР. В классе сверхлегких вертолетов успешно работают фирмы таких стран, как США, Бельгия, Италия, Канада. Японские фирмы Ямаха и Фуджи активно продвигают беспилотные сельскохозяйственные вертолеты.

Кроме того, следует отметить, что на североамериканском континенте большой популярностью пользуются другие винтокрылые летательные аппараты – одно-двухместные автожиры. Их производством занимается сразу несколько фирм.

Абсолютное большинство производителей вертолетов в мире использует одновинтовую схему. Летательные аппараты построенные по таким принципам создает фирма Миля. Соосную применяют на вертолетах фирмы Камова и на некоторых зарубежных беспилотных аппаратах. Поперечная схема применяется в настоящее время только на конвертопланах фирмы Белл, разработанных самостоятельно и в кооперации с фирмой Агуста. Продольную схему используют транспортные вертолеты фирмы Боинг. Схема с перекрещивающимися винтами является весьма сложной и применяется только фирмой Каман (США).

1.2. Создание вертолетов

Процесс создания нового вертолета или модификации существующего достаточно сложен и состоит из нескольких этапов (рисунок 2). Для принятия решения о начале проектирования вертолета или модификации должна накопится «критическая» масса требований. Эти требования вырабатывают различные службы:

∙ инженерные – на основе анализа разработок других фирм и собственных исследовательских работ, подготовленных к внедрению;

∙ маркетинга – на основе анализа текущих и перспективных потребностей рынка;

∙ эксплуатации – на основе анализа замечаний и предложений эксплуатирующих организаций;

∙ стилиста (дизайнера) – на основе анализа современных тенденций дизайна, с целью создания привлекательного облика вертолета.

Рисунок 1. Различные схемы расположения несущих винтов.

а – одновинтовая схема с рулевым винтом (вертолет Ми-28, Россия), б – одновинтовая схема с системой NOTAR (MD500, США), в – соосная (Ка-50, Россия), г – продольная (CH-47, США), д – поперечная (BA609, США-Италия), е - схема с пересекающимися винтами (K-MAX, США).

Требования зачастую находятся в противоречии друг с другом, поэтому после анализа их важности, срочности и стоимости вырабатывается компромиссный вариант, максимально отвечающий всем службам. На его основании осуществляется предварительное проектирование, в ходе которого выполняются аэродинамические и другие расчеты, определяется общая геометрия, состав оборудования, принимаются решения по наиболее важным техническим решениям, вырабатывается компоновка летательного аппарата. После выполнения предварительного производится рабочее проектирование. На этом этапе разрабатываются трехмерные модели деталей, узлов и агрегатов, выполняется их расчет на прочность, на основании которого принимается решение об облегчении или упрочнении элементов конструкции. На основании окончательной трехмерной модели составляется рабочая документация. Учитывая высокую степень компьютеризации авиационного производства, иногда производители используют упрощенную систему документации, в которой, например, чертеж детали показывает общий вид, но не имеет размерных данных. Потребители же такого чертежа всегда могут получить необходимую информацию с разработанной компьютерной модели расположенной в корпоративной сети. Результаты проектирования передаются в производство, где сперва происходит изготовление макетного образца, а затем и реального вертолета. Если модификация летательного аппарата не предполагает значительных изменений этап изготовления макетного образца может отсутствовать.

Летные и статические испытания подтверждают правильность расчетов. Следует отметить, что каждый этап, следующий после проектирования, приводит к частичному изменению конструкции вследствие устранения выявляемых недостатков. Результатом всей этой работы становится сертификат, разрешающий эксплуатацию летательного аппарата в той или иной стране мира. Для того, чтобы получить сертификат, воздушное судно должно соответствовать нормам летной годности, действующим на данной территории. Как правило, отдельно существуют нормы для гражданских и

военных вертолетов. Эти документы регламентируют показатели, которым должен удовлетворять весь аппарат или отдельные его агрегаты. Например, указывается какую величину ветра должен выдержать вертолет на том или ином режи-

Рисунок 2. Упрощенная схема процесса создания вертолета.

ме полета или какую шумность он не может превышать в зависимости от взлетного веса. Значительную часть норм составляют нормы прочности. Они рассматривают различные варианты нагружения аппарата в полете, на взлете и посадке, при стоянке и перемещении по аэродрому. Соответственно все случаи делятся на летные, посадочные и земные.

0

Несущие винты. На вертолетах применяют три типа несущих винтов, различие которых заключается в способах крепления лопасти к втулке и втулки к валу:

несущий винт с креплением каждой лопасти к втулке при помощи горизонтального, вертикального и осевого шарниров. Такой винт называют несущим винтом с шарнирным креплением лопастей;

несущий винт к втулке крепится жестко (имеется лишь осевой шарнир крепления лопасти), но зато сама втулка к валу крепится с помощью универсального шарнира (рис. 155, а). Такой винт называют винтом на кардане;

лопасти несущего винта крепятся к втулке и втулка к валу жестко, т. е. без шарниров (рис. 155, б); в системе крепления имеется лишь осевой шарнир. Такой винт называется несущим винтом с жесткими лопастями. Последний тип винтов в настоящее время применяется очень редко. Наибольшее применение получили винты с шарнирным креплением лопастей; реактивные вертолеты преимущественно имеют несущие винты на кардане.

Количество лопастей несущего винта меняется от двух до пяти. У одновинтового вертолета с шарнирным креплением лопастей устанавливать число лопастей меньше трех не рекомендуется. При числе лопастей меньше трех при косой обдувке сила R периодически изменяется, что приводит к нагружению корневых сечений лопасти знакопеременными изгибными напряжениями.

Лопасти имеют различную форму, но предпочтение отдается прямоугольной лопасти, так как она более проста в производстве. Отношение длины лопасти к ее максимальной ширине (хорде) принимается обычно равным 14:1 или 15:1. Форма профиля чаще всего двояковыпуклая симметричная, применяются также двояковыпуклые несимметричные профили. Толщина профиля колеблется в пределах от 7 до 20%; более толстые сечения применяются для корневых сечений лопасти. Для получения более высоких к. п. д. несущего винта лопасти имеют геометрическую крутку, это означает, что углы установки сечений лопастей вдоль по размаху уменьшаются. Рекомендуемая закрутка лопасти - 8-12°, если считать за крутку разность в углах установки корневого и концевого сечения лопасти. Имеются также лопасти с аэродинамической круткой, при которой вдоль размаха меняется форма профиля. Профили, имеющие большие значения с у и а крит, в этом случае устанавливаются на конце лопасти.

Лопасти несущих винтов могут быть смешанной, цельнодеревянной, цельнометаллической конструкции и пластмассовые.

Лопасти смешанной конструкции имеют стальной лонжерон, деревянные нервюры и стрингеры и полотняную или фанерную обшивку. Лонжерон, изготовленный, как правило, из одной сплошной ступенчатой трубы, является основным элементом, воспринимающим центробежную силу, изгибающий момент и момент кручения.

Лопасти цельнодеревянной конструкции изготавливаются из склеенных между собой продольных планок, покрыты фанерой и обтянуты авиационным полотном.

Более прочное и тяжелое дерево применяется для изготовления носка лопасти. Возможно изготовление цельнодеревянных лопастей каркасными, т. е. с лонжероном, набором нервюр и обшивкой. Но первая конструкция, хотя и имеет большой вес, более надежна в эксплуатации.

Главным недостатком лопастей, в конструкции которых используется древесина и полотно, является подверженность воздействию влаги, под действием которой деревянные детали набухают, влага способствует развитию гниения, ослаблению прочности, нарушению балансировки.

Лопасти металлической конструкции по сравнению с деревянной и смешанной конструкциями имеют значительные эксплуатационные преимущества. Они в меньшей степени подвержены воздействию атмосферных факторов, требуют менее строгого режима хранения и более долговечны. Кроме того, металлические лопасти имеют меньшее профильное сопротивление. Конструкция металлических лопастей весьма разнообразна, но почти во всех вариантах имеются типовые элементы.

Основным силовым элементом лопасти (рис. 156) является дюралюминиевый прессованный лонжерон, занимающий примерно 1/3 хорды, к которому приклеены хвостовые секции. Каждая секция представляет собой набор нервюр, приклеенных к тонкой обшивке.

Клеевые соединения элементов лопасти повсеместно вытеснили заклепочные соединения, а также соединения точечной сваркой.

В настоящее время для изготовления лопастей широкое применение нашли пластические материалы. Силовым элементом пластмассовой лопасти является полый носок-лонжерон, представляю

щий собой прессованный профиль. Задняя часть - хвостовик выполняется в форме обтекателя с тонкой обшивкой. Внутренний объем хвостовой части заполняется пористым пластиком.

пластмассовой конструкции имеют малый вес при повышенных значениях жесткости и прочности, просты в изготовлении.

Втулка несущего винта является связующим элементом между валом редуктора и лопастями несущего винта. При механическом приводе через втулку передается крутящий момент на винт; на втулке сосредоточиваются все инерционные и аэродинамические силы, возникающие на лопастях. Детали втулки изготавливаются из стальных или дюралюминиевых поковок и штамповок с последующей механической и термической обработкой. При шарнирной подвеске лопастей втулка должна иметь горизонтальный, вертикальный и осевые шарниры, ограничители колебаний лопастей и демпферы для гашения колебательных движений лопастей относительно вертикальных шарниров.

На рис. 157 изображена схема втулки трехлопастного несущего винта (демпферы гашения колебаний не показаны). Втулка состоит из корпуса 1, трех промежуточных скоб 2, трех вильчатых стаканов 4 с рычагами управления лопастями 3, трех шарниров - осевого 5, вертикального 6 и горизонтального 7, смонтированных на подшипниках.

Корпус втулки с валом соединяется с помощью шлицев и крепится корончатой гайкой. Центрирование корпуса на валу производится двумя конусными кольцами. Ограничителями махового движения лопастей относительно ГШ и ВШ являются упоры а, б, в, г. Ограничитель свеса а предназначен для того, чтобы при стоянке на земле служить опорой для лопасти.

На многих вертолетах этот упор делают подвижным; при невращающемся винте и малых оборотах отклонение лопасти вниз меньше, чем в полете.

Если колебания лопастей относительно ГШ сильно демпфируются изменением подъемной силы при их маховом движении, то этого не происходит при колебаниях лопастей относительно ВШ, так как аэродинамическое сопротивление при этих колебаниях меняется незначительно. Поэтому необходимо между каждой лопастью и втулкой устанавливать демпфер, который гасил бы колебания лопасти относительно ВШ.

Демпферы должны также выполнять роль буферов, предохраняющих лопасти от поломки при запуске несущего винта. На существующих вертолетах применяются демпферы двух типов: фрикционные и чаще гидравлические.

Рулевые винты. У одновинтовых вертолетов хвостовой винт предназначен для уравновешивания реактивного момента несущего винта и путевого управления. Хвостовой винт приводится во врашение двигателем через трансмиссию, а при отказе двига

теля и авторотации несущего винта - вращающимся несущим винтом через ту же трансмиссию. Изменение тяги, необходимой для управления вертолетом, достигается изменением угла установки лопастей винта. Изменение величины реактивного момента при изменении режима работы несущего винта происходит одновременно с изменением величины тяги хвостового винта. Это осуществляется блокировкой системы «шаг-газ» несущего винта с системой управления рулевым винтом. Таким образом, на всех режимах горизонтального полета компенсация реактивного момента несущего винта обеспечивается при неизменном (нейтральном) положении педалей ножного управления.

Конструкция рулевого винта включает втулку, лопасти и механизм изменения шага. В зависимости от размеров вертолетов количество лопастей хвостового винта может меняться от двух до пяти. Профиль лопасти, а также форма в плане обычно такие же, как и у несущего винта. Лопасти могут быть как деревянной, так и металлической конструкции.

Так как винт вращается в плоскости, параллельной вертикальной плоскости полета, работа лопастей происходит в условиях косого обдува. Для разгрузки лопастей от возникающих при этом переменных изгибных напряжений и уменьшения вибрации лопасти подвешены к втулке винта на горизонтальных шарнирах.

Фюзеляж вертолета, как и фюзеляж самолета, предназначен для размещения в нем экипажа, пассажиров, оборудования и грузов. К фюзеляжу крепятся несущий и хвостовой винты, шасси, рамы двигателей, элементы трансмиссии и другие агрегаты.

Внешние формы фюзеляжей различны и зависят прежде всего от схемы вертолета, а также от его назначения. Например, фюзеляж вертолета одновинтовой схемы имеет хвостовую балку круглого или овального сечения, на конце которой установлен рулевой винт. Фюзеляж вертолета двухвинтовой продольной схемы имеет сигарообразную форму с сужающейся в плане задней частью, которая служит килевой поверхностью, вертолеты «воздушные краны» имеют фюзеляжи, приспособленные для крепления и перевозки крупногабаритных грузов, и т. п.

Изготовляют фюзеляжи ферменной, балочной и смешанной конструкций.

Шасси вертолета предназначено для тех же целей, что и у самолетов. Способность вертолета взлетать без разбега и совершать посадку без пробега обусловила некоторое отличие взлетно-посадочных устройств по сравнению с аналогичными самолетными устройствами. Такими отличиями являются: меньшие размеры колес и шин, относительно больший ход поршня амортизатора для обеспечения более мягкой посадки.

В современных условиях встречаются вертолеты с тремя и четырьмя опорами, причем передние колеса делают всегда самоориентирующимися, что обеспечивает свободу маневра при рулении и автоматическую постановку колес по полету после отрыва вертолета от земли.

Шасси вертолета выполняется ферменным, балочным, рычажным, но, как правило, не убирающимся в полете. Однако в последнее время в связи с возрастанием максимальных скоростей на некоторых вертолетах устанавливаются убирающиеся шасси.

Для предохранения рулевого винта от поломки при случайном касании земли одновинтовые вертолеты имеют хвостовые опоры. Опора обычно делается упругой, чтобы удар о землю не был жестким. Иногда для этой цели устанавливают небольшое хвостовое колесо.

Существуют вертолеты, у которых взлетно-посадочные устройства снабжаются поплавками, изготовленными из прорезиненного искусственного материала. Такие вертолеты могут производить посадку на снег, размокший грунт, воду и т. п. Количество поплавков- два, три и реже четыре. Для посадки на снег, лед, вспаханную почву используется иногда лыжное шасси.

Управление вертолетом осуществляется при помощи системы управления, включающей в себя командные рычаги, на которые воздействует пилот для того, чтобы изменить режим полета и проводку управления. Обычно система управления подразделяется на систему управления несущим винтом, рулевым винтом и двигателем. Так же, как и на самолете, при проектировании системы управления руководствуются принципом - движение командных рычагов управления и вызванное этим изменение положения вертолета в пространстве должны соответствовать инстинктивным движениям человека.

Управление несущим винтом осуществляется при помощи автомата перекоса ручкой управления, расположенной перед сиденьем пилота, и рычагом «шаг-газ», который располагается обычно слева от сиденья пилота (рис. 158).

Управление рулевым винтом (путевое управление) осуществляется при помощи педалей ножного управления. При отклонении педалей меняется шаг рулевого винта и таким образом меняется величина силы тяги.

Многовинтовые вертолеты управляются несколько иначе. Следует отметить, что вертолетам присуща взаимозависимость движения в пространстве вокруг трех осей - продольной, поперечной и вертикальной при отклонении любого из органов управления.

Проводка управления может быть жесткой, мягкой и смешанной. Для уравновешивания на ручке управления усилий, постоянно действующих при установившемся полете, в проводку управления включают пружинные загрузочные механизмы. Поскольку эти механизмы выполняют роль триммеров рулей самолетов, то и на вертолете их часто называют «триммерами». Привод этих механизмов может осуществляться от штурвалов вручную или при помощи кнопок - при электрическом управлении.

В системах управления вертолетами широкое распространение нашли гидроусилители (бустеры), так как только они практически позволяют получить приемлемые усилия на ручках управления и быстроту действия. Бустеры в управлении могут быть обратимыми и необратимыми. Необратимые усилители исключают вибрацию ручки управления, но для создания необходимой величины усилий система управления снабжается специальными загрузочными устройствами (обычно пружинными).

Управление вертолетом на рис. 158 выполнено двойным, для чего в пилотской кабине имеются две ручки управления циклическим шагом 5, две ручки «шаг-газ» 6 и две пары педалей 2. Ручка управления имеет два пружинных загрузочных механизма 3 и 4 с электромеханическим приводом. В систему управления включены гидроусилители. Изменение величины и направления равнодействующей тяги несущего винта в полете приводит к нарушению равновесия вертолета. Для облегчения балансировки на вертолетах одновинтовой схемы на хвостовой балке устанавливаются небольшие стабилизаторы. Управление стабилизатором кинематически связывают с рычагом «шаг-газ». При движении рычага вниз стабилизатор уменьшает установочный угол, создавая кабрирующий момент.

Трансмиссии вертолетов. Для передачи необходимой мощности, направления вращения и необходимых оборотов от двигателя (двигателей) к рабочим механизмам служит трансмиссия вертолета. Схема компоновки трансмиссии зависит прежде всего от схемы вертолета, а также от типа и расположения двигателя.

Основными элементами трансмиссии вертолетов являются редукторы, валы, муфты включения трансмиссий и муфты свободного хода, тормоза несущих винтов.

На рис. 159 показана схема трансмиссии вертолетов одновинтовой схемы с поршневым двигателем. Мощность от двигателя передается на несущий и хвостовые винты и вентилятор охлаждения двигателя.

Главный редуктор понижает число оборотов несущего винта до 200-350 в минуту, без чего невозможно получить большой эффективности несущего винта.

Вследствие большой передаваемой мощности и довольно большой степени редукции 1:10 шестеренчатые редукторы выполняются преимущественно двухступенчатыми или планетарными.

Вращение и изменение числа оборотов рулевого винта достигается с помощью редукторов 4, 5, 7.

Муфта включения необходима для обеспечения работы двигателя при отключенном несущем винте, например, при его запуске и прогреве. Муфта может быть кулачковой, гидравлической, фрикционной или иного типа. Муфты включения преимущественно двухступенчатые: первая ступень фрикционная, вторая - жесткая. Такая конструкция обеспечивает плавное включение и вместе с тем большую передаваемую мощность.

Муфта свободного хода служит для автоматического отключения без вмешательства пилота трансмиссии и несущего винта от двигателя при его отказе. Несущий винт переходит в этом случае на режим авторотации, и вертолет может совершать безопасную посадку. Хвостовой винт, как это видно из рисунка, при отказе двигателя приводится во вращение несущим винтом.

Конструктивно муфта свободного хода может быть выполнена либо в виде роликовой, подобно велосипедной, либо храповой.

Валы, передающие мощность, выполняются в виде стальных труб. Конструкция вертолета в полете испытывает различные деформации. Для того чтобы исключить влияние деформации на работу вала, последние делают из нескольких частей, соединенных универсальными шарнирами (карданами) или гибкими муфтами. Для компенсации температурных влияний, а также отклонений в линейных размерах части вала имеют подвижные шлицевые соединения.

Тормоз несущего винта служит для замедления вращения несущего винта после выключения двигателя и фиксации его на стоянке вертолета. Тормоз обычно применяют фрикционный колодочного типа.

В конструкцию трансмиссии вертолета любой схемы входят те же элементы, что и в трансмиссию одновинтового вертолета. Помимо этого, у вертолетов с двумя двигателями и двумя несущими винтами устанавливается вал для синхронизации вращения несущих винтов. Этот вал служит также для передачи мощности несущим винтам от работающего двигателя в случае выхода из строя второго двигателя.

Используемая литература: "Основы авиации" авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов

Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.

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.