Helikopterdiagrammet beskriver antalet helikopterrotorer , samt vilken typ av anordningar som används för att styra helikoptern .
Kraften för att snurra huvudrotorn kan överföras från framdrivningssystemet genom den axiella axeln. I det här fallet, enligt Newtons tredje lag, uppstår ett reaktivt moment som vrider helikopterkroppen i motsatt riktning från huvudrotorns rotation (på marken förhindras sådan rotation av enhetens chassi).
Det finns ett antal grundläggande designscheman för jetmomentkompensation och helikopterkontroll med både en enda och flera rotorer.
I de fall där huvudrotorn inte vrids av antingen av ett mötande luftflöde ( gyroplan , helikoptrar i autorotationsflygläge ), eller med hjälp av jetstrålar placerade i ändarna av bladen (jethelikopter), uppstår inte jetmomentet, och , följaktligen behovet av att kompensera för det saknas.
I sådana scheman, för att kompensera för det reaktiva vridmomentet, används enheter som skapar dragkraft, som snurrar helikoptern i motsatt riktning mot det reaktiva vridmomentet. Fördelen med sådana system är deras relativa enkelhet, men i det här fallet tas kraften från helikopterkraftverket av.
I detta schema är en propeller med liten diameter placerad på helikopterns svansbommen på ett visst avstånd från huvudrotoraxeln. Genom att skapa dragkraft i ett plan vinkelrätt mot helikopterns vertikala axel kompenserar stjärtrotorn för reaktionsmomentet. Genom att ändra stjärtrotorns dragkraft kan du styra helikopterns rotation kring den vertikala axeln. De flesta moderna helikoptrar är gjorda enligt ett enkelrotorschema. [ett]
Det patenterades först på hans flygplan av Boris Juryev tillsammans med en swashplate 1912 [2] . Den första sådana modellen föreslogs dock 1874 av den tyska designern Achenbach. [3]
Den första framgångsrika VS-300 helikoptern med en svansrotor byggdes av Igor Sikorsky, helikoptern lyfte den 13 maj 1940. Framgången för denna helikopter ligger i det faktum att R-4- helikoptern, baserat på denna modell, massproducerades för den amerikanska armén .
Den obestridliga fördelen med detta system är enkelheten i design- och kontrollsystemet, vilket leder till en minskning av kostnaden för produktion, reparation och underhåll.
Dessutom tillverkas helikoptrar, till exempel Mi-28 , med den så kallade X-formade, fyrbladiga svansrotorn, vars blad har olika inbördes monteringsvinklar på navet (som bokstaven X). En propeller av denna typ har fördelar jämfört med en konventionell (med en likformig azimutfördelning av bladen) i termer av ljudnivå och en minskning av den negativa effekten på bladen av ändvirvelkord som genereras av intilliggande blad.
Nackdelarna med detta schema:
I modern helikopterkonstruktion används ibland en flerbladig svansrotor i kölens ringformade kanal - fenestron (från latin fenestra - fönster). Fenestronens diameter är mer än två gånger mindre än diametern på en konventionell stjärtrotor.
Den användes först på lätta helikoptrar från det franska företaget Aerospasial . Används vid konstruktion av lätta och medelstora helikoptrar [4]
Denna design har flera betydande fördelar:
Nackdelarna är:
Detta schema använder propellrar placerade på vingarna eller takstolarna på ett flygplan -rotorfarkost . Dessutom är dragkraften från båda skruvarna riktad framåt, och för att kompensera för det reaktiva momentet i svävningsläget ger en av skruvarna mer dragkraft än den andra. I flygläge används dessa propellrar som avdragare, vilket ökar hastigheten på rotorfarkosten, medan huvudrotorn går in i autorotationsläge . Den första apparaten med en sådan princip om reaktiv momentkompensation föreslogs och patenterades av B.N. Yuryev 1910 [5] . Ett exempel på en sådan modell är för närvarande Eurocopter X3 .
Fördelen med rotorfarkosten kan betraktas som höga flyghastigheter, ouppnåeliga för det klassiska schemat på grund av aerodynamikens särdrag. Så till exempel nådde rotorfarkosten "Rotodine"-företaget "Fairy" 1959 en hastighet på 307,22 km/h, [6] , och Eurocopter X3 2010 - 430 km/h.
Nackdelen med ett sådant system är förlusten av mer kraft för att kompensera för det reaktiva momentet i svävningsläget jämfört med svansrotorn.
Det är dock inte alla rotorfarkoster som använder denna kompensationsmetod. Till exempel använde Ka-22- rotorcraften ett par tvärgående skruvar för att motverka jetmomentet, och Rotodyne använde jetrotationen av bladen.
För att kompensera för reaktionsmomentet används ett gränsskiktskontrollsystem på stjärtbommen med hjälp av Coanda-effekten , tillsammans med ett jetmunstycke i slutet av strålen, eller bara ett jetmunstycke.
Styrkraften för Coanda-effekten uppstår av samma anledning som vingens lyftkraft uppstår - på grund av det asymmetriska flödet runt stjärtbomsprofilen av det nedåtriktade luftflödet som bildas av huvudrotorn. Fläkten, som är placerad vid basen av stjärtbommen, suger luft från hålen i toppen av helikopterkroppen, vilket skapar det nödvändiga övertrycket inuti stjärtbommen. På höger sida av stjärtbommen, med hjälp av specialmunstycken, etableras ett snabbare luftflöde än på vänster sida. Således, på grund av Bernoullis lag , kommer lufttrycket på vänster sida att vara större än på höger, denna tryckskillnad leder till uppkomsten av en kraft riktad från vänster till höger.
Notera : i diagrammet visar de blå pilarna luftflödena som passerar genom stjärtbommen, de röda pilarna - längs ytan av stjärtbommen.
Känd i väst som NOTAR, eng. Ingen svansrotor - " utan svansrotor. " I Sovjetunionen utfördes experiment på en Ka-26- SS-helikopter. Seriellt, helikoptrar som använder detta schema produceras av MD Helicopters.
På grund av avsaknaden av en stjärtrotor är detta system det tystaste och säkraste.
I dessa scheman, på grund av frånvaron av en transmission som överför vridmoment från kraftverket till huvudrotorn, krävs inte reaktiv vridmomentkompensation. Fördelen med sådana system är en enkel design, och en vanlig nackdel kan betraktas som en låg hastighet med en betydande bränsleförbrukning. För girkontroll kan en svansrotor, böjbara ytor eller reaktiva anordningar användas.
Det finns olika varianter av detta schema:
Den allra första jethelikoptern designades och byggdes av den tyske designern Doblgof. [8] Experimentella jethelikoptrar byggdes också i Polen, i USA var Hughes under lång tid engagerad i deras utveckling på order av militären. Det amerikanska företaget Hiller nådde dock mer framgång, som producerade YH-32 Hornet och HJ-1 Hummingbird helikoptrarna i små serier för armén, flottan och polisen [9] . 1956 lyfte en amerikan av ryskt ursprung, Evgeny Glukharev , den första jetpack-helikoptern MEG-1X [10] . För tillfället masstillverkas inte jetdrivna helikoptrar.
Den största fördelen med ett sådant schema är en enkel och relativt lätt design, vilket eliminerar en komplex överföring.
De största nackdelarna med detta arrangemang är:
För varianten med jetmotorer, dessutom:
De reaktiva momenten i sådana scheman kompenseras ömsesidigt genom synkron multiriktningsrotation av två skruvar. Propellrarnas rotationsplan kan ha olika grader av överlappning när antalet blad är mindre än fyra.
Den gemensamma fördelen med sådana kretsar är frånvaron av effektförluster för reaktiv vridmomentkompensation, men sådana kretsar har en komplex komplexitet:
Det längsgående schemat består av två horisontella skruvar placerade bakom varandra och roterande i olika riktningar. Den bakre propellern höjs ovanför den främre propellern för att minska den negativa effekten av luftstrålen från den främre propellern. Detta schema används främst i helikoptrar för tunga lyft. Helikoptrar med ett longitudinellt schema kallas ibland "flygande bilar". [elva]
Pionjären i skapandet av en helikopter längs det längsgående schemat var den franske ingenjören Paul Cornu . 1907 kunde hans apparat komma från marken i 20 sekunder . Under det första testet lyfte enheten från marken, först med 0,3 m (bruttovikt 260 kg ), sedan med 1,5 m (bruttovikt 328 kg ) [12] .
På 1930-talet utfördes utvecklingen av longitudinella helikoptrar i Belgien av den ryske emigranten Nikolai Florin , som byggde 3 modeller av helikoptrar, varav en (Florin-2) satte ett antal flyglängdsrekord. Amerikanen Frank Piasecki tog upp vidareutvecklingen av denna design , efter att ha släppt en helikopter för den amerikanska armén 1945 , som på grund av sin form kallades den " flygande bananen ".
I Sovjetunionen utfördes också arbete i denna riktning. 1952, under ledning av Igor Aleksandrovich Erlikh [13] , efter nio månader från designstart, ägde den första flygningen av Yak-24 rum , som vid den tiden överträffade alla utländska modeller. [fjorton]
De positiva aspekterna av detta helikoptersystem är:
Nackdelarna med helikopterns längsgående schema inkluderar:
Tvärgående skruvar är installerade i ändarna av vingarna eller speciella stöd (fackverk) på sidorna av helikopterkroppen. Vissa konvertiplan i helikopterläge kan också hänföras till det tvärgående schemat , till exempel Bell V-22 Osprey , Bell Eagle Eye .
1921 designade den amerikanske ingenjören Henry Berliner tillsammans med sin far Emil Berliner en tvärgående helikopter. Han placerade två små fyra meter långa propellrar på sidorna av flygplanskroppen och en styrpropeller med en vertikal rotationsaxel på svansen - han var tvungen att "lyfta upp" apparatens svans så att propellrarna hade en horisontell dragkraftskomponent för att föra helikoptern framåt. För att styra helikoptern användes böjbara ytor, såsom skevroder , samt lutande rotoraxlar. [16]
Den första framgångsrika tvärgående helikoptern var den tyska Focke-Wulf Fw 61 , som satte ett antal distans- och hastighetsrekord 1937. I Sovjetunionen var den första tvärgående helikoptern Omega-projektet 1941.
Fördelar:
Nackdelarna med detta schema inkluderar:
Koaxialschemat är ett par skruvar placerade ovanför varandra på koaxialaxlar som roterar i motsatta riktningar, på grund av vilket de reaktiva momenten som uppstår från var och en av skruvarna kompenseras.
Det första patentet för koaxialarrangemanget av rotorerna på ett flygplan utfärdades 1859 till engelsmannen Henry Bright.
Den första fullt kontrollerade helikoptern var Laboratory Gyroplane av Charles Breguet och René Doran 1936.
Den första flygningen av en koaxialhelikopter med helmetallblad gjordes av amerikanen Stanley Hiller 1944; designen var så framgångsrik att Hiller själv ofta visade sin stabilitet genom att släppa kontrollerna och sticka ut händerna från fönstren [17] .
I det ryska imperiet gjordes två prototyper av helikoptern av Igor Sikorsky (skaparen av den första seriella Sikorsky R-4- helikoptern , som hade ett klassiskt schema) enligt ett koaxialschema [18] . I Sovjetunionen togs ämnet koaxialhelikoptrar först upp av Yakovlev-teamet 1944 och 1945 av ett team av entusiaster ledda av Nikolai Ilyich Kamov .
Kamov Ka-8-helikoptern flög den 12 november 1947 [19] , och Yakovlev "Joke"-helikoptern flög den 20 december 1947 [20] . För designbyrån Kamov har koaxialsystemet blivit det viktigaste. Nu är Kamov-helikoptrarna de enda bemannade koaxialhelikoptrarna i världen som masstillverkas.
Fördelar med koaxialsystemet:
Brister:
Rotorerna är placerade på sidorna av flygkroppen med en betydande överlappning, och deras axlar lutar utåt i en vinkel mot varandra, vilket eliminerar möjligheten till överlappning. Faktum är att ett sådant schema är ett specialfall av ett tvärgående schema med maximal överlappning av rotorerna, samtidigt som det har egenskaperna hos ett koaxialt schema. På grund av skruvarnas lutning balanseras de reaktiva momenten endast kring den vertikala axeln, och deras projektioner kring den tvärgående axeln läggs till, vilket bildar ett stigningsmoment . [22]
De första seriehelikoptrarna av detta schema Flettner FI 282 "Hummingbird" dök upp i Tyskland 1942. För närvarande är den enda serietillverkaren av sådana helikoptrar det amerikanska företaget Kaman Aircraft . Ett utmärkande drag för detta företag är användningen av servoklaffar monterade på bladen i helikopterkontrollsystemet, vars funktionsprincip liknar ett flygplans skev.
Fördelar:
Brister:
I grund och botten använder helikoptrar av denna design fyra propellrar, varav ett par är beläget i det längsgående mönstret och det andra i det tvärgående mönstret, även om det finns design med tre rotorer ( Mi-32 , Cierva Air Horse), och med ett stort antal propellrar ( Multicopter).
Det kännetecknas av en stor vikt, men samtidigt, enkel kontroll, eftersom ett sådant schema inte kräver en swashplate , och flygriktningen ställs in genom att styra kraften på var och en av propellrarna separat.
För tillfället blir det allt mer populärt i radiostyrda helikoptrar .
Systemet presenterades ursprungligen i prototyper från det tidiga nittonhundratalet vid flygets gryning.
Helikoptrar av ett sådant system inkluderar quadrocopteren av Georgy Botezat, en före detta professor vid Petrograd Institute of Technology, som emigrerade till Amerika; Etienne
Emishens helikopter , som förutom 4 rotorer hade 6 små propellrar för att hålla balansen och 2 propellrar för horisontell flygning [ 23 ] TiltRotor (projekt).