Б. РУДЕНКО. По материалам журнала "Хобби для всех".
ВЗРОСЛЫЕ ИГРЫ
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Так выглядит автомат перекоса одной из серийных моделей вертолета.
Схема автомата перекоса: 1 - несущий ротор; 2 - неподвижное кольцо; 3 - подвижное кольцо; 4 - тяги управления лопастями; 5 - тяги управления кольцом; a - угол наклона автомата перекоса.
Реактивный момент несущего ротора вертолета компенсируется тяговым усилием хвостового ротора (F).
Автомат перекоса заставил вертолет накрениться на нос: задняя половина диска ротора создает бo"льшую подъемную силу, чем передняя.
Вертолет движется вперед. Вертикальная составляющая подъемной силы компенсирует вес, горизонтальная - обеспечивает движение.
Гироскопическая прецессия. С помощью автомата перекоса пилот обеспечил максимальный угол атаки лопасти в точке А. Однако реакция винта проявится лишь в точке Б, что заставляет вертолет накрениться вперед.
Электрический микровертолет Hornet CP весит всего 300 г. Тем не менее его винт при наборе высоты вращается со скоростью 2000 об/мин, что позволяет модели выполнять "петли", "бочки" и некоторые другие фигуры пилотажа.
У знаменитого польского писателя-фантаста Станислава Лема был макет железной дороги, с которым он до глубокой старости самозабвенно играл в свободное время, в чем признавался без малейшего смущения. Многие великие полководцы в разные века столь же самозабвенно разыгрывали битвы с игрушечными армиями, почитая такие игры вполне достойным занятием в часы отдыха.
Период игр не заканчивается вместе с детством. Очень многим людям свойственно играть всю жизнь. Одни играют в робинзонов и пржевальских, отправляясь в туристические походы по горам и рекам, другие предпочитают игрушки натуральные, механические или электронные. Индустрия игрушек для взрослых в последние десятилетия развивается весьма стремительно. Отрасль оказалась прибыльной. Управляемые модели автомобилей, кораблей и летательных аппаратов бороздят просторы планеты, множатся клубы любителей взрослых игр. Техническими видами спорта и моделированием, согласно анкетным опросам, увлекаются около трети читателей журнала "Наука и жизнь". А зачем, собственно, они играют? Стоит ли искать точный ответ? Потому что - хочется. Потому что - интересно! И еще потому что - игрушки того стоят. Например, радиоуправляемые модели вертолетов. За рубежом сейчас их выпускается великое множество. В бывшем СССР модели вертолетов тоже делали, но в сегодняшней России производство моделей отсутствует. И спортсмены-авиамоделисты, специализирующиеся в управлении вертолетными моделями, строят их самостоятельно. В авиамодельном спорте вертолеты выделены в отдельный класс F3C. (Подробнее о делении авиамоделей на классы см. "Наука и жизнь" № )
Модели вертолетов продаются в виде наборов деталей, из которых будущему пилоту предстоит самостоятельно собрать машину, руководствуясь подробной инструкцией, отладить, тщательно отрегулировать узлы и агрегаты. Теперь остается заправить топливный бак или зарядить аккумулятор, и можно приступать к полетам.
"Летать" на радиоуправляемой модели вертолета - занятие увлекательное, но отнюдь не простое. Аварии случаются часто, и не всякая ошибка пилота поправима. Разбить недешевую игрушку насовсем - дело нехитрое. Потому изготовители настоятельно предлагают начинать, так же как и на больших, настоящих вертолетах, с инструктором. Кстати, пока пилот не научится управлять моделью, на нее устанавливают дополнительное тренировочное шасси - широкие гибкие опоры, страхующие от необратимых повреждений.
Обучают пилотированию не за час и не за день. Вот, например, одна из рекомендаций: "Поднимаем и завешиваем модель в воздухе. Если вы сможете удержать модель в течение двух минут без посадок и резких перемещений, ваши навыки достаточны для продолжения. Иначе - потренируйтесь в висении еще пару недель…"
Это действительно непросто, особенно если тренировка происходит на открытом воздухе. Пилоту мешает не только отсутствие навыка, но и ветер. Далее пилот учится удерживать вертолет в положении боком к себе, разворачивать его на любой угол, тренируется в скольжении над самой землей. Потом наступает черед пилотажных фигур. Первая - "восьмерка".
Вертолет может летать в любом направлении - носом, боком и хвостом вперед, поэтому первая "восьмерка" начинающего пилота называется "ленивой" - машина медленно и аккуратно проходит всю траекторию, оставаясь повернутой хвостом к пилоту, и только после освоения этого упражнения пилот начинает ориентировать вертолет носом строго по курсу. После освоения этой фигуры наступает черед очередных - "круги", "квадраты" и далее вплоть до фигур высшего пилотажа. Понятно, что полный курс тренинга отнимет у пилота достаточно много времени. Сделаться асом, способным выполнять "мертвую петлю", удастся далеко не сразу.
А тем, кто начинает играть, не будет лишним вспомнить, что вообще позволяет вертолету держаться в воздухе и совершать сложные эволюции.
КАК ЛЕТАЕТ ВЕРТОЛЕТ
Вертолет - замечательное изобретение хотя бы тем, что, подробно изучая принципы его полета, придется познакомиться с теоретической механикой, аэродинамикой, теорией машин и механизмов и еще с десятком технических дисциплин. Так глубоко забираться мы не будем, но основ все же коснемся. Итак, подъемную силу вертолету сообщает большой винт - несущий ротор. Изменяя угол наклона лопасти к плоскости вращения ротора, мы увеличиваем или уменьшаем подъемную силу, заставляя вертолет подниматься или опускаться. Чтобы компенсировать реактивный момент несущего ротора, который заставляет корпус разворачиваться, вертолет снабжен хвостовым или же соосным винтом, вращающимся в противоположную сторону (в наших примерах мы будем рассматривать вертолет с хвостовым винтом). Изменяя угол атаки лопастей хвостового винта, пилот заставляет машину вращаться вокруг вертикальной оси в любую сторону.
Вертолет взлетел и завис. Сила тяги ротора равна весу машины. Чтобы вертолет начал двигаться горизонтально, он должен наклониться в нужном направлении. Тогда баланс действующих на вертолет сил нарушается: появляется горизонтальная составляющая. Но как же его заставить это сделать?
В 1911 году российский ученый, аэродинамик Б.Н. Юрьев изобрел автомат перекоса, который и по сей день остался неизменным узлом в конструкции практически любого вертолета. Кстати, он же, Юрьев, в 1912 году построил первую действующую модель геликоптера, которую продемонстрировал на 2-й Международной выставке по воздухоплаванию в Москве, удостоившись золотой медали. Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из двух колец, подвешенных на карданном шарнире к неподвижной опоре. Кольца соединены с тягами управления. Под действием тяг внутреннее кольцо автомата наклоняется, заставляя угол установки лопастей синусоидально изменяться при вращении.
Представим окружность, описываемую ротором, в виде сплошного диска и разделим общую подъемную силу надвое, приложив каждую к одной из половинок диска. При включенном автомате перекоса угол атаки лопастей в одной половине диска окажется больше, чем в другой, а следовательно, там возрастет подъемная сила. Она и накренит вертолет. Теперь у несущего ротора появится и горизонтальная составляющая, которая вызовет скольжение в нужном направлении.
В последнее время появляются машины, использующие иные способы управления полетом. Например, воздушные рули, изменяющие направление потока воздуха от несущего ротора (см. "Наука и жизнь" № ).
Накренить машину автомат перекоса позволяет в любом направлении - вот почему вертолет может двигаться и прямо, и назад, и вбок. Но тут присутствует один очень интересный момент, вызванный проявлением гироскопической прецессии. Что это такое?
Вращающийся ротор представляет собой, по сути, гироскоп. Чтобы изменить положение его оси вращения, требуется приложить дополнительную силу. Прецессия гироскопа - реакция на прилагаемое усилие. На практике она проявляется запаздыванием примерно на 90 о поворота лопастей. А это означает, что для того чтобы заставить вертолет накрениться, к примеру, вперед, пилот с помощью автомата перекоса словно бы пытается наклонить его вправо: минимальный и максимальный углы атаки лопасти имеют, находясь перпендикулярно к продольной оси машины.
Когда вертолет начинает двигаться горизонтально, подъемная сила несущего ротора увеличивается за счет набегающего на лопасти потока воздуха. Поэтому, чем быстрее движется вертолет, тем лучше его летные качества, проще управление.
Еще одно полезное свойство вертолета - авторотация: если двигатель машины заглох в полете, ротор вращается за счет набегающего на лопасти потока воздуха. Это позволяет вертолету сохранять управляемость при снижении и существенно замедляет его вертикальную скорость, обеспечивая безопасность. Конечно же вертолеты тоже падают и разбиваются, но, используя авторотацию, пилот всегда имеет немалые шансы сохранить машину от разрушения, а свою жизнь и жизнь пассажиров - от гибели. Для этого в трансмиссии вертолета имеется специальная обгонная муфта, срабатывающая при аварийном отключении двигателя и позволяющая винту свободно вращаться.
МОДЕЛИ НА ЛЮБОЙ ВКУС
Модели бывают самые разные: с двигателями внутреннего сгорания, с электродвигателями на аккумуляторных батареях, вертолеты для полетов в закрытых помещениях и на открытом воздухе, совсем маленькие и побольше. Бензиновые модели в зависимости от объема двигателя разделяются на классы. Наиболее распространенными являются вертолеты 30, 40 и 60-го классов. На вертолеты 30-го класса устанавливают двигатели объемом 0,32 - 0,35 куб. дюйма; 40-го класса - 0,45 - 0,50 куб. дюйма; 60-го класса - около 1 куб. дюйма.
Каждый класс обладает своими достоинствами и недостатками: маленькие вертолеты дешевле, проще в эксплуатации и обслуживании, зато большие имеют бo, льшую стабильность в полете и соответственно меньшую восприимчивость к порывам ветра. Семейство моделей конечно же названными классами не ограничивается. Существуют, например, "комнатные" микровертолеты - как с электрическим, так и с бензиновым двигателем, весящие всего 280 - 300 г. Они боятся даже слабенького ветерка, но в закрытых помещениях или в полный штиль способны исполнять практически весь набор фигур высшего пилотажа, поэтому рекомендуются начинающим пилотам для тренировки в управлении.
Здравствуйте, наши уважаемые читатели. Начинающие пилоты зачастую имеют слабое представление о том, как управлять радиоуправляемым вертолетом. Ошибки в пилотировании приводят к падениям, столкновениям и иным неприятным для летательного аппарата последствиям. Действительно, управлять вертолетом сложнее по сравнению с радиоуправляемым квадрокоптером. Необходимо иметь хотя бы общие теоретические знания, чтобы отдавать правильные команды.
Хотя на радиоуправлении продаются в комплектации RTF (то есть в собранном виде), не торопитесь с запуском. Как минимум необходимо зарядить аккумулятор, соединиться с пультом и выполнить калибровку сервопривода, чтобы дальше управлять вертолетом без проблем. Совершенно нелишней окажется и корректировка рысканья.
Подключение пульта к радиоуправляемой модели вертолета выполняется в следующей последовательности:
- включаем пульт управления;
- вставляем аккумулятор в вертолет;
- соединяем оба устройства.
Калибровка сервопривода радиоуправляемого аппарата проводится следующим образом:
- Вертолет ставим на горизонтальную поверхность и соединяем его с аппаратурой управления.
- Обращаем внимание на диск сервопривода. Он должен быть параллелен поверхности.
- Если диск не параллелен, производим его корректировку триммером тангажа.
Корректировку рысканья, чтобы управлять моделями без проблем, следует проводить так:
- Радиоуправляемый вертолет ставим на горизонтальную поверхность и соединяем его с пультом управления.
- Скорость вращения несущего винта плавно увеличиваем с помощью стика управления скоростью до начала смещения модели, но не допускаем ее взлета.
- При вращении фюзеляжа по часовой стрелке вращаем регулятор триммера корректировки против часовой стрелки до тех пор, пока вертолет не перестанет поворачиваться.
- При вращении фюзеляжа против часовой стрелки регулятор триммера корректировки поворачиваем по часовой стрелке до тех пор, пока радиоуправляемый беспилотник не перестанет вращаться.
Нелишним будет освоить, как управлять газом, заодно потренировавшись в посадке летательного аппарата.
Для этого:
- берем модель за шасси, плавно прибавляем и уменьшаем газ. Так вы получите представление о возникающей подъемной силе;
- устанавливаем радиоуправляемый беспилотник на горизонтальную поверхность и плавно отклоняем стик, добавляя газ. Набираем высоту, после чего так же плавно приземляемся.
Освоиться, как управлять моделями вертолетов, помогут симуляторы. Они очень точно моделируют основные ситуации.
Основы управления вертолетом
Хотя речь идет о моделях на радиоуправлении, к ним применимы принципы управления настоящими вертолетами.
Мы рассмотрим основные понятия, как управлять радиоуправляемым вертолетом, расскажем, какие силы оказывают влияние на летательный аппарат и как они распределяются в разных режимах полета. Теория поможет вам быстрее освоить управление, вы поймете, почему модель ведет себя так, а не иначе.
Эффект земли
Так называемый эффект земли можно наблюдать при зависании вертолета над поверхностью на высоте, несколько меньшей диаметра основного ротора.
Создаваемая лопастями ротора скорость воздушного потока не способна достигнуть максимальных значений из-за небольшого расстояния радиоуправляемой модели до поверхности. Летательный аппарат оказывается над своеобразным пузырем, созданным воздухом высокого давления.
Настоящие вертолеты при возникновении эффекта земли теряют устойчивость, управлять ими сложно. Поведение аппарата можно сравнить с поведением человека, оказавшегося на большом шаре. Радиоуправляемые модели также могут испытывать проблемы с устойчивостью, находясь на небольшом удалении от поверхности, однако однозначного мнения на этот счет нет. Некоторые моделисты утверждают, что ничего подобного не наблюдали либо эффект был слабо выражен.
Большое значение имеет ветер. Если он сильный, то воздух высокого давления выдувается из-под радиоуправляемого вертолета, влияние эффекта заметно уменьшается, управлять моделью проще.
Подъем и снижение
При зависании вертолета над землей подъемная сила, развиваемая лопастями ротора, равняется весу летательного аппарата. Чтобы радиоуправляемый беспилотник поднялся выше, необходимо увеличить подъемную силу, то есть она должна стать больше веса. Для снижения ее нужно уменьшить.
Скорость подъема вертолета зависит от разницы между подъемной силой, развиваемой несущим винтом на максимальной мощности, и силой тяжести. Чем значительнее разница, тем быстрее поднимается летательный аппарат.
Для взлета рекомендуется выбирать горизонтальную поверхность. Почему управлять на ней аппаратом легче? Все дело в том, что при подъеме с наклонной поверхности диск вращения ротора также наклоняется, а подъемная сила разделяется на две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Соответственно, горизонтальная составляющая силы будет перемещать радиоуправляемую модель в сторону наклона поверхности сразу после взлета.
Чтобы избежать дрейфа, следует находить для взлета ровную поверхность. Если же такой возможности нет, тогда управлять так: диск ротора наклонить в обратную углу наклона сторону, чтобы все-таки обеспечить вертикальный взлет. При этом ручку, чтобы управлять автоматом перекоса, следует перед отрывом переместить вправо, сразу после отрыва от земли вернуть в нейтральное положение.
Висение
При зависании модели на радиоуправлении в воздухе подъемная сила основного винта равна силе веса вертолета. Беспилотник не опускается и не поднимается, оставаясь в одной горизонтальной плоскости. Так как изменить в полете вес радиоуправляемой модели мы не в силах, нам остается управлять силой тяги (подъемной силой).
Управлять подъемной силой возможно через:
- изменение общего шага (угла установки лопастей);
- изменение количества оборотов.
Соответственно, есть две модели. В первой вариант, как управлять тягой, реализован через изменение угла установки лопастей. Это модель с общим шагом. Вторая модель с фиксированным шагом предполагает, что угол остается неизменным, а управлять тягой винта, изменяя ее, можно через регулирование количества оборотов.
Перемещение по горизонту и разворот
Разложив общий вектор подъемной силы несущего винта на составляющие, мы увидим, что он определяется суммой векторов тяги задней и передней лопасти. Оба этих вектора могут изменяться в зависимости от того, где находятся лопасти относительно продольной оси. Это дает возможность управлять вертолетом в горизонтальной плоскости.
Подъемная сила, образуемая задней частью диска вращения, оказывается выше, чем сила передней части. В результате нос опускается, тогда как хвостовая балка поднимается. Радиоуправляемая модель двигается вперед.
При движении вперед подъемная сила (вернее, ее вертикальная составляющая) по-прежнему равняется весу радиоуправляемого аппарата. Что касается горизонтальной составляющей, то ее увеличение или уменьшение определяет величину тягу в горизонтальном направлении.
Управлять направлением полета в горизонтальной плоскости можно с помощью ручки перекоса:
- Ее можно передвинуть вперед, аппарат перекоса наклонится вперед (нос опустится).
- Для выравнивания автомата нужно вернуть ручку в нейтральное положение.
- Наклонив ручку назад, вы наклоняете аппарат назад (нос поднимается).
Для того чтобы выполнить разворот, радиоуправляемую модель необходимо накренить.
Предположим, что мы хотим развернуть летательный аппарат вправо. Как управлять вертолетом в этом случае? Вектор силы веса по-прежнему остается перпендикулярным земле, тогда как вектор подъемной силы перпендикулярен диску вращения и наклонен вправо по отношению к горизонтальной поверхности на некий угол. В результате вертикальная составляющая вектора подъемной силы все также противодействует силе веса, а горизонтальная составляющая начинает толкать модель вправо, тем самым разворачивая ее.
Так как беспилотник выполняет поворот, будучи наклоненным в одну из сторон, значение вертикальной составляющей вектора силы уменьшается и становится меньше веса, зато появляется горизонтальная составляющая. При этом вес радиоуправляемого аппарата остается неизменным. Если все оставить, как есть, то при каждом повороте вертолет будет снижаться, что нас вряд ли устраивает, если мы хотим оставаться в одной горизонтальной плоскости.
В этом случае управлять следует так: необходимо увеличить подъемную силу с помощью ручки управления тангажем. Нужно переместить нос вверх, чтобы сделать больше угол атаки несущего винта.
Крен и боковое перемещение
Изменением подъемной силы разных сторон ротора можно управлять креном вертолета влево или вправо. Для совершения крена необходимо переместить ручку управления аппаратом перекоса влево или вправо. Радиоуправляемый аппарат начнет наклоняться, вместе с ним будет совершать крен и модель.
Гироскопическая прецессия
Ротор радиоуправляемого вертолета по своему поведению похож на гироскоп, это означает, что ему присуща гироскопическая прецессия.
Из-за этого явления лопасть с уменьшенным шагом и лопасть с возросшим шагом окажутся на минимальном и максимальном отклонении от горизонтальной плоскости, сделав поворот на 90 градусов.
Когда лопасть оказывается перпендикулярно продольной оси летательного аппарата над хвостовой балкой, она демонстрирует максимальный взмах и тягу. В этот момент устанавливается максимальный шаг, что позволяет успешно управлять моделью, то есть выполнить ее наклон вперед.
Подъемная сила при косом обтекании
При горизонтальном полете подъемная сила становится больше благодаря увеличению скорости воздушного потока и увеличению количества воздуха, проходящего через пропеллеры.
При перемещении радиоуправляемого беспилотника в горизонтальной плоскости возникает дополнительная подъемная сила при так называемом косом обтекании. И она зависит от горизонтальной скорости модели. Чем быстрее летит радиоуправляемый вертолет, тем существеннее сила. Ее легко распознать, так как происходит заметное улучшение летных характеристик.
Сила от перемещения возникает и при зависании на одном месте при условии, что дует ветер. Можно уменьшить мощность двигателя, тем самым сэкономив заряд батареи. Впрочем, если ветер порывистый, управлять летательным аппаратом сложно, так как приходится постоянно компенсировать то возрастающую, то уменьшающуюся силу. По этой причине управлять висением в воздухе лучше либо в полный штиль, либо при устойчивом ветре.
Авторотация
Под авторотацией понимается полет с остановленным двигателем. Вращение ротора вертолета происходит по инерции и благодаря действию воздуха, дополнительно раскручивающего лопасти при снижении радиоуправляемой модели.
При включенном двигателе воздушный поток оказывается нисходящим. Если же движок выключается в полете, снижение происходит с авторотацией, а воздушный поток становится восходящим.
Воздух переводит лопасти на отрицательный шаг, ротор продолжает вращение, вертолет может совершить управляемое снижение и приземлиться.
Не все радиоуправляемые модели обладают способностью к авторотации. Для этого в системе ротора должна быть установлена обгонная муфта, позволяющая лопастям свободно вращаться после остановки мотора. Возможность авторотации не является обязательной для летательных аппаратов. Однако в случаях, когда главный двигатель внезапно отказывает, ротор без авторотации останавливается, приземление происходит жестко, зачастую с повреждениями. Стремительная потеря высоты и быстрое снижение могут привести к печальным последствиям.
Рысканье
Под рысканием понимаются угловые движения радиоуправляемой модели относительно вертикальной оси. Упрощенно говоря, это повороты корпуса влево или вправо в горизонтальной плоскости.
Одной из причин того, почему для вертолетов на радиоуправлении рекомендуются специальные пульты, как раз и является возможность быстро управлять рысканьем, компенсируя его. Можно использовать и стандартную аппаратуру от радиоуправляемых квадрокоптеров или самолетов, однако вам придется вручную управлять скоростью вращения лопастей хвостового ротора, чтобы удерживать нос летательного аппарата прямо.
В обычных пультах такой возможности нет, поэтому каждый раз, когда вы будете поднимать или опускать вертолет, придется вручную управлять тягой. То есть увеличивать или уменьшать тягу хвостового ротора, чтобы компенсировать увеличение или уменьшение реактивного момента. Это не очень удобно, хотя и несмертельно. В пультах для радиоуправляемых вертолетов все гораздо удобнее, так как есть:
- ручка, чтобы управлять тангажом;
- ручка, чтобы управлять дросселем;
- кнопки для снижения и для подъема.
Как избежать аварий: частые проблемы
У начинающих пилотов первые запуски обычно завершаются или падением, или не самым мягким приземлением. Как правило, летательные аппараты успешно переживают жесткую посадку благодаря прочному корпусу и раме, однако у любой радиоуправляемой техники есть предел.
Очередная авария вполне может завершиться походом за запчастями или даже за новым радиоуправляемым вертолетом. Именно поэтому так важно научиться правильно им управлять.
Не взлетает
Вертолет радиоуправляемый может не взлетать по нескольким причинам.
В первую очередь проверьте аккумулятор. Если он разряжен, у двигателя не хватит мощности, чтобы поднять летательный аппарат в воздух. Большие радиоуправляемые модели в этом отношении особенно чувствительны, так как их двигателям нужно много энергии для взлета.
Еще одной причиной того, почему модель не может взлететь, а вы ей управлять, являются изношенные шестерни в системе привода. Внимательно осмотрите систему: если такие шестерни обнаружатся, замените их.
Крутится на месте
Бывает и так, что лопасти вращаются с необходимой скоростью, но радиоуправляемый вертолет не взлетает, крутится на одном месте, заносится в сторону.
МИ-1. Первый серийный вертолет в СССР.
А действительно интересно, ? Как этот удивительный (без преувеличения) летательный аппарат не только держится в воздухе, но и красиво летает. Еще как красиво! Я неоднократно был свидетелем пилотажа серийного боевого вертолета МИ-24 над аэродромом города Бжег в Польше. Вертолет уже заслуженный ветеран, но грозная боевая машина, отлично зарекомендовавшая себя в Афганистане, и летает так, что дух захватывает, и взгляд оторвать от этого действа невозможно.
Так что же позволяет ей это делать? Ведь вроде бы несуразный по сравнению с самолетом летательный аппарат. Рискуя в который раз повторить самого себя скажу, что на самом деле принцип полета вертолета достаточно прост. И кое-что для его объяснения мы уже знаем.
Слышали, наверное, расхожее выражение «винтокрылая машина»? Оно достаточно правильное. Самолет держит в воздухе крыло, а у вертолета эти функции выполняет винт большого диаметра. Его называют несущим винтом. Каждая лопасть несущего винта представляет собой, по сути дела, крыло, имеющее аэродинамический профиль, и движущееся при вращении винта в воздушном потоке. Вот, пожалуй, принципиально и все:-). Что при этом происходит с крылом мы с Вами уже разобрались и . Возникает аэродинамическая сила, приложенная к каждой лопасти и, как их сумма, общая сила приложенная к винту и через него ко всему вертолету. Сила эта всегда перпендикулярна плоскости вращения винта.
Силы, действующие на вертолет.
Если она направлена вверх и больше веса вертолета, то он поднимается вертикально, если она равна весу, то он зависает в воздухе. Просто, неправда ли? Но теперь Вы вправе спросить, а как же вертолет двигается вперед? Ведь никакого горизонтального винта, как, например у винтового самолета у него нет и реактивного двигателя тоже. Что же создает ему тягу?
Как всегда все элементарно:-). Эту роль выполняет все тот же несущий винт. Если плоскость вращения винта наклонить, то вместе с ней наклонится и суммарная аэродинамическая сила. И теперь ее можно будет разложить на две составляющие: вертикальную, которая поднимает вертолет вверх и держит его в воздухе и горизонтальную, которая заставляет его двигаться вперед. Хотя правильней сказать не вперед, а туда, куда она направлена. Можно и вбок или назад, что вертолет с успехом и делает, кстати.
Вот, собственно, и все. На вопрос о том, мы ответили. Конечно теория и практика этого вопроса значительно сложнее, но общий принцип полета именно таков.
Скажу, что на самом деле несущий винт вместе с массивной осью и тяжелыми сопутствующими механизмами никуда не отклоняется. Это, мягко говоря, трудно осуществимо и технически нецелесообразно. И тем не менее плоскость вращения винта наклоняется. Говоря вертолетным языком создается «перекос винта». Достигается он за счет изменения положения лопастей, которые подвешены к оси на специальных шарнирах, а управляет этим процессом специальное устройство, называемое « ». Все, вертолет полетел… И именно туда, куда нам нужно.
КА-52 Аллигатор. Хвостового винта нет.
Всех эти заумных понятий мы еще очень популярно (и незаумно:-))коснемся в дальнейших наших разговорах, а сейчас я напоследок еще упомяну об одной необходимой вещи. Вы наверняка все видели у вертолетов маленький хвостовой винт и задавали себе вопрос: «Для чего он?». Отвечаю. Я думаю все, даже ярые нелюбители физики слышали про три закона Ньютона. А если не слышали, то поверьте мне на слово, я знаю, что говорю:-). Так вот третий закон в популярной форме гласит: «Каждое действие равно противодействию.» Именно согласно этому выражению возникает так называемый реактивный момент. То есть если несущий винт вертолета вращается, например, вправо, этот момент будет стремиться повернуть корпус вертолета влево (или же наоборот). Чтобы устранить эту совсем ненужную тенденцию и существует хвостовой винт. Он работает, как обычный тянущий и, создавая тягу, обратную реактивному моменту просто его уравновешивает. А если вертолету нужно повернуть, то тяга этого винта меняется за счет поворота его лопастей.
Есть достаточно вертолетов без хвостового винта. Это, например, всем известные КА-50 и КА-52 . Но у них на одной оси как бы два несущих винта. И вращаются они в разные стороны, тем самым уравновешивая вредный реактивный момент.
Все. Сказано уже более чем достаточно. Теперь если Вас спросят , Вы без труда сможете на этот вопрос ответить. И я Вам советую присмотреться к современным типам этого летательного аппарата. Они сейчас развились в некий тип, стоящий в определенном смысле особняком от традиционной авиации и иной раз просто завораживают своим видом и своими возможностями… Хотя, впрочем, продолжение следует…
P.S. Напоследок маленький ролик с участием МИ-24 . Не российского, к сожалению. Вот так люди заботятся о технике, тем более такой заслуженной. Второй ролик – пилотаж Ми-24.
Фото и картинки кликабельны.
ВЕРТОЛЁТЫ
Рис. 1. К объяснению принципа полёта вертолёта
Несущий винт (НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе.
При вращении в горизонтальной плоскости НВ создает тягу (Т), направленную вверх и т.о. выполняет роль создателя подъёмной силы (Y). Когда тяга НВ будет больше веса вертолета (G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги НВ вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу НВ сделать несколько меньше веса вертолета. Сила (P) для поступательного движения вертолета обеспечивается наклоном плоскости вращения НВ при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения НВ вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная - вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.
Рис. 2. Основные части вертолета:
1 – фюзеляж; 2 – авиадвигатели; 3 – несущий винт; 4 – трансмиссия;5 – хвостовой винт;
6 – концевая балка; 7 – стабилизатор; 8 – хвостовая балка; 9 – шасси
Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудо-вания. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения НВ, и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки – (МИ-24)). Силовая установка (двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несу-щего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.).
НВ служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей
и втулки НВ. Трансмиссия служит для передачи мощности от двигателя к несущему и рулевому винтам. Составными элементами трансмиссии являются валы, редукторы и муфты. Рулевой винт (РВ) (бывает тянущий и толкающий) служит для уравновешивания реактив-ного момента, возникающего при вращении НВ, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги РВ создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент от НВ. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги РВ. РВ так же состоит из лопастей и втулки.
Система управления (СиУпр) вертолета состоят из ручного и ножного управления. Они включают командные рычаги (ручку управления, рычаг «шаг-газ» и педали) и системы проводки к НВ и РВ. Управление НВ-ом производится при помощи специального устрой-ства, называемого автоматом перекоса. Управление РВ производится от педалей.
Взлетно-посадочные устройства (ВПУ) служат опорой вертолета при стоянке и обеспе-чивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж.
Рис. 3. Общий вид конструкции вертолёта (на примере боевого вертолёта МИ-24П).
Как летает вертолет?
Авиация - сколько в этом слове завораживающего и невероятного! Чего стоят одни только самолёты и вертолёты! А задумывались ли вы, как летает вертолет? Ну, с самолётом всё понятно, крылья позволяют ему держаться в небе, не падая, лететь вперёд, в сторону. «А вот вертолёт таких крыльев не имеет» - скажете вы. И будете правы только наполовину. Но об этом подробней.
Принцип полета вертолета
Вероятно, все видели винт, расположенный на крыше у вертолёта. Именно он и отвечает за поднятие машины в воздух. Несущий винт больших размеров состоит из лопастей, которые при вращении и подымают вертолёт. Они выполняют функцию крыла, как у самолёта, вот только по размеру меньше, а количество их больше. Когда заводится двигатель, лопасти винта начинают вращение, заставляя летательный аппарат взлетать в небо. Сила, которая применяется к каждому крылу-лопасти, суммируется в общую силу, которая применяется ко всей машине в целом. Именно эта аэродинамическая сила перпендикулярная по отношению к плоскости, создающейся при вращении всех лопастей и винта в целом, способствует поднятию в воздух тяжёлого летательного аппарата. Если сила вращения винта больше, чем вес всего летательного аппарата, он будет взлетать. Если сила меньше, полёт не будет совершён. А вот если сила одинаковая, вертолёт застрянет на месте. Можно посмотреть подробней о том, как летает вертолет, на видео. Вы заметите, что после того как лопасти набирают обороты, вертолёт начинает взлетать, но не сразу. Сперва он немного зависает, а уж после того как набирает обороты, взлетает.
Топливо для полета
Для вертолёта в основном используют бензин - авиационный керосин. Но с развитием технологий начинают искать более подходящее и менее дорогостояще топливо. Например, метан, вернее, криогенное топливо, которое делают из метана. Оно устойчиво к малым температурам (- 170 градусов). Это природный газ, который можно безопасно транспортировать на тех же вертолётах. Также верным ответом на вопрос о том, на чем летает вертолет, будет и такой газ как бутан или пропан. Такое топливо можно перевозить в условиях обычных температур. Оно отлично подходит для двигателя, не портит качества полета, считается практически лучшим топливом для летательного аппарата.
Стоит сказать, что топливо для вертолёта может использоваться совершенно разное, но при этом портится качество полета. Как и в машине, если залить плохой, некачественный бензин, автомобиль ездит плохо, так и с вертолетами: плохое топливо негативно влияет на работу вертолета.
Второй винт
Часто можно увидеть вертолёт с двумя винтами, один из которых располагается на хвосте. Благодаря ему он и взлетает. Хвостовой винт создаёт противодействие основному. Его лопасти вращаются не в унисон несущему винту, а наоборот. Таким образом, создавая тягу, второй винт уравновешивает силу несущего, чем и заставляет вертолёт взлететь, при этом защищая его от «заносов» влево или вправо при вращении большого винта.
Но на некоторых вертолётах нет хвостового винта. На моделях такого летательного аппарата находится ещё один несущий винт. Он расположен под верхним несущим. Его лопасти так же, как и у хвостового, вращаются противоположно. Вертолёты с таким механизмом взлетают быстрее, поскольку винты имеют одинаковую силу при подъёме. Такие вертолеты подымаются в воздух немного быстрее.
