Вимоги до вертольотів будова, недоліки і переваги вертольотів
Для того щоб вертоліт мав високими льотно-технічними характеристиками і був ефективним транспортним засобом, зручним в експлуатації, він повинен відповідати ряду вимог. Ці вимоги можна розділити на загальні для всіх літальних апаратів (ЛА) і спеціальні, що залежать від цільового призначення і особливостей бойового застосування.
До загальних вимог належать:
- - отримання призначених льотно-технічних даних, достатніх характеристик стійкості і керованості при найменших енергетичних витратах;
- - достатня (але не надмірна) міцність і жорсткість конструкції, що забезпечують сприйняття експлуатаційних навантажень без залишкових деформацій і відсутність небезпечних коливань;
- - висока бойова живучість, т. Е. Здатність ЛА продовжувати виконання завдання після впливу на нього вражаючих засобів супротивника;
- - надійність конструкції, яка залежить від її досконалості, якості виготовлення, умов експлуатації;
- - технологічність конструкції, т. Е. Можливість широкої механізації і автоматизації виробничих процесів, використання високопродуктивних процесів (штампування, прокатки, зварювання і т. П.), Висока ступінь стандартизації деталей і вузлів;
- - мінімальна маса конструкції, що забезпечується раціональним вибором матеріалів, силових схем, а також уточненням діючих навантажень;
- - зручність експлуатації, що забезпечується достатньою кількістю експлуатаційних роз'ємів, люків для огляду і виконання робіт на техніці, мінімальним числом вузлів і систем, що вимагають регулювання, застосуванням ефективних засобів контролю;
- - ремонтопридатність, т. Е. Можливість швидкого і дешевого відновлення пошкоджених частин, що забезпечується взаємозамінністю основних частин і елементів, широким використанням модульних конструкцій;
- - безпеку польоту, що забезпечується надійністю техніки, хорошими аеродинамічними характеристиками, застосуванням спеціальної автоматики, що полегшує пілотування, сигналізацією про наближення до небезпечних режимів польоту.
Багато з цих вимог суперечливі. В ході проектування вертольотів відбувається подолання цих протиріч шляхом прийняття компромісних рішень або розробки принципово нових конструкцій.
У зв'язку з ускладненням авіаційної техніки і підвищенням вимог до рівня безпеки польотів істотно зросла важливість ергономічних вимог до JTA. Ергономічні вимоги зводяться до пристосованості ЛА, його кабіни, командних важелів управління, приладового та іншого обладнання до фізіологічних і психологічних можливостей людини для найбільш ефективного використання можливостей як ЛА, так і льотчика. У цьому сенсі дуже важливо правильний розподіл функцій між автоматикою JIA і льотчиком.
Ергономічні вимоги включають гігієнічні, антропометричні, фізіологічні і психофізіологічні вимоги до Л А. Гігієнічні вимоги зводяться до дотримання норм мікроклімату і обмеження впливу шкідливих факторів зовнішнього середовища на людину (шуму, вібрацій, температури і т. Д.). Антропометричні вимоги визначають розміри кабіни, командних важелів управління, їх розташування відповідно до зростання людини, довжиною його кінцівок і т. Д. Фізіологічні вимоги задають величини керуючих зусиль відповідно до можливостей людського організму. Психофізіологічні вимоги характеризують пристосованість ЛА, приладового обладнання до особливостей органів почуттів людини.
Крім перерахованих вище загальних вимог до вертольотів пред'являються спеціальні вимоги, що відображають специфіку їх конструкції, режимів польоту, способів створення підйомної сили, управління і так далі.
До спеціальних вимог належать:
- - забезпечення вертикального зльоту і посадки, висіння на заданій висоті;
- - забезпечення безпечної посадки на режимі самовращенія несучого гвинта (НВ) при відмові силової установки;
- - допустимий рівень вібрацій.
При розробці військового вертольота до нього пред'являються спеціальні вимоги, що визначаються його призначення та умов бойового застосування, так звані тактико-технічні вимоги (ТТТ). Вони задають льотно-технічні характеристики, необхідні для ефективного виконання поставлених бойових завдань: максимальну швидкість, дальність польоту, стелю, корисне навантаження, склад екіпажу, необхідне обладнання та озброєння. ТТТ розробляються з урахуванням сучасного рівня розвитку науки-и- техніки і найближчих перспектив їх розвитку.
Класифікація вертольотів за конструктивними ознаками
Вертольотом називають ЛА, у якого підйомна сила і тяга для поступального польоту створюються лопатями одного або декількох обертових НВ. На відміну від крила літака лопа- ети НВ обтекаются потоком, що набігає не тільки при поступальному польоті, але і при роботі на місці. Це забезпечує вертольоту можливість висіти нерухомо, злітати і сідати вертикально.
В ході зародження і розвитку вертольотів було випробувано велику кількість різних схем, від найпростіших до складних комбінованих ЛА. В результаті були відкинуті невдалі і виявилися життєздатні схеми вертольотів, які використовуються в даний час.
Основним критерієм відмінності цих схем прийнято вважати кількість і розташування несучих гвинтів. За кількістю НВ вертольоти можуть бути Одногвинтові, двогвинтового і многовінтовимі. Сучасні вертольоти будуються тільки за одногвинтовою і двухвінтовой схемами.
Одногвинтові схема відрізняється порівняно малою масою, найбільшою простотою конструкції і системи управління. Однак для врівноваження реактивного моменту НВ такого вертольота необхідний рульової гвинт, що споживає до 10% потужності силової установки. Він встановлюється на довгій балці, що збільшує габарити і масу вертольота, створює небезпеку для обслуговуючого персоналу.
Недоліком одногвинтового вертольота є також вузький діапазон допустимих центровок, оскільки його балансування можлива за умови, що центр мас розташований поблизу осі вала НВ.
НВ двухвінтових вертольотів обертаються в протилежних напрямках, тому їх реактивні моменти врівноважують один одного без додаткових витрат потужності.
Вертольоти поздовжньої схеми найбільш поширені серед двухвінтових вертольотів завдяки ряду переваг:
- - великий зручний фюзеляж;
- - порівняно широкий діапазон допустимих центровок завдяки можливості перерозподілу тяги між НВ;
- - хороша поздовжня стійкість і керованість.
Поздовжня схема, однак, має ряд серйозних недоліків:
- - складна і довга трансмісія для передачі потужності до гвинтів і синхронізації їх обертання з метою виключення зіткнення лопатей;
- - підвищений рівень вібрацій;
- - складна система управління;
- - негативний вплив переднього НВ на роботу заднього, що приводить до значних втрат потужності і ускладнення конструкції редукторів і техніки посадки на режимі самовращенія НВ; для зниження шкідливого впливу задній НВ розташовується вище переднього.
Гвинтові вертольоти поперечної схеми мають ряд позитивних якостей:
- - зручний обтічний фюзеляж літакового типу;
- - зручність вантаження і вивантаження кабіни;
- - сприятливе взаємний вплив несучих гвинтів.
Серйозним недоліком поперечної схеми є необхідність спеціальної конструкції для розміщення гвинтів, яка має великі лобове опір і масу. Для зниження лобового опору ця конструкція може бути виконана у вигляді крила.
До недоліків поперечної схеми слід також віднести вузький діапазон центровок і необхідність довгої трансмісії для синхронізації НВ, труднощі забезпечення стійкості і керованості.
Гвинтові вертольоти соосной схеми мають найменшими габаритами. НВ вертольота соосной схеми розташовані один над іншим і не вимагають синхронізації обертання, що значно спрощує і полегшує трансмісію. Аеродинамічна симетрія схеми спрощує пілотування і прицілювання.
Однак соосной схемою притаманні певні недоліки:
- - складна система управління;
- - недостатня шляхова стійкість;
- - значні вібрації;
- - небезпека зіткнення лопатей НВ, що обертаються в протилежних напрямках;
- - складність посадки на режимі самовращенія НВ.
Радянським конструкторам вдалося впоратися з труднощами доведення досвідчених вертольотів такої схеми, і вони випускаються серійно.
У двогвинтового вертольота з перехресними гвинтами осі НВ розташовані з боків фюзеляжу і нахилені назовні. З огляду на втрат потужності, пов'язаних з нахилом НВ, і дуже складною системою управління така схема не отримала широкого розповсюдження.
Швидкість польоту вертольотів будь-яких схем обмежена умовами обтікання НВ. При збільшенні швидкості польоту кінцеві ділянки лопатей зазнають впливу стисливості повітря і потрапляють в режим зриву потоку, що призводить до сильної вібрації і різкого збільшення споживаної потужності. Тому максимальна швидкість горизонтального польоту звичайних вертольотів не перевищує 320-340 км / ч.
Для подальшого збільшення швидкості польоту необхідно розвантажити НВ. З цією метою на вертоліт встановлюється крило.
Додаткова тяга в напрямку польоту вертольота може створюватися повітряним гвинтом (тягне або штовхає) або турбореактивним двигуном. Швидкість таких комбінованих ЛА може досягати 500 км / год і вище. Незважаючи на складність конструкції, вертольоти комбінованої схеми є перспективними.
В даний час найбільшого поширення у нас в країні і в усьому світі отримали вертольоти, виконані за одногвинтовою схемою з рульовим гвинтом.
Основні частини вертольота, їх призначення та компонування
В процесі розвитку вертольотобудування склався цілком певний образ сучасного вертольота.
Основною частиною вертольота є фюзеляж, призначений для розміщення вантажів, екіпажу, обладнання, палива і т. П. Крім того, він є силовий базою, до якої кріпляться всі інші частини вертольота і передаються навантаження від них. Фюзеляж є тонкостінну підкріплену конструкцію. Центральна частина фюзеляжу зазвичай є вантажний кабіною, носова - кабіною екіпажу.
Хвостова 8 і кінцева 6 балки є продовженням фюзеляжу і призначені для розміщення рульового гвинта і оперення вертольота.
На стельової панелі центральній частині фюзеляжу встановлюються двигуни 1 (зазвичай два газотурбінних двигуна), вихідні вали яких з'єднуються з головним редуктором.
Головний редуктор розподіляє потужність, що надходить від двигунів, між агрегатами вертольота. Основним споживачем потужності двигунів є НВ, встановлений на валу головного редуктора. Він призначений для створення сили тяги, необхідної для польоту вертольота, а також для поздовжнього і поперечного управління.
Основними частинами НВ є: втулка 2 і прикріплені до неї лопаті 3, які безпосередньо створюють підйомну силу.
При обертанні НВ на вертоліт діє реактивний момент, який прагне розгорнути його в протилежному напрямку. Для врівноваження цього моменту служить рульовий гвинт 5. Його привід здійснюється від головного редуктора через систему валів і редукторів. Крім того, рульовий гвинт використовується для шляхового керування вертольотом.
Шасі забезпечує оббирання вертольота при стоянці і пересуванні по поверхні землі, а також зниження навантажень при посадці.
Найбільшого поширення набула трьох-опорна схема шасі з носовим колесом: основні опори 9 розташовуються позаду центру мас вертольота, передня 12-під носовою частиною фюзеляжу. На швидкісних вертольотах шасі може забиратися в польоті.
Оперення призначене для підвищення стійкості вертольота. Воно складається з стабілізатора 7 і кіля, роль якого грає зазвичай спеціально спрофільоване кінцева балка.
Компонування двогвинтового вертольота соосной схеми відрізняється компактністю завдяки зменшенню діаметру гвинтів і відсутності рульового гвинта з хвостової і кінцевий балками. Однак співвісний розташування НВ збільшує висоту вертольота, а недостатня шляхова стійкість вимагає установки досить потужного вертикального оперення.