Вертолеты

Основные идеи и краткая история

Вертолет, или, иначе, геликоптер, создает подъемную силу за счет вращения винта, в отличие от самолета, у которого подъемная сила создается поступательным движением аппарата.

Подъемная сила вертолета
R — равнодействующая аэродинамических сил на винте,
Y — подъемная сила, уравновешивающая силу тяжести,
P — горизонтальная составляющая силы R для движения в горизонтальном направлении,
А — положение винта при висении,
Б — положение винта при горизонтальном полете

Воздух обтекает лопасти вращающегося винта вертолета. Поскольку для создания подъемной силы не имеет существенного значения, создается ли движение путем перемещения всего аппарата или перемещением одного крыла относительно воздуха, то и основной принцип появления данной силы неизменен.

Иными словами, лопасть винта вертолета представляет собой аналог крыла самолета, у которого верхняя часть более «выпуклая», чем нижняя — для эффекта Бернулли.

Кроме того, как и крыло самолета, лопасть винта вертолета образует определенный угол атаки с горизонталью. Это делается для того, чтобы сила сопротивления воздуха при движении лопасти давала составляющую, направленную вверх.

Винт, в соответствии с 3-м законом Ньютона, воздействует на воздух с той же силой, с какой воздух действует на винт. Это приводит к движению воздуха. Движение воздуха направлено сверху вниз. Получается, что вертолет как бы висит на воздушных струях.

Движение воздуха на режиме висения
Движение воздуха на режиме висения

Вращение винта, в соответствии с законом сохранения момента импульса, создает так называемый «реактивный момент», закручивающий летательный аппарат в противоположную сторону. Для компенсации применяют либо соосную схему с двумя винтами, вращающимися в разные стороны, либо, чаще, используют малый хвостовой «подруливающий» винт, задача которого — создать момент в направлении, противоположном действию реактивного момента. Следует отметить, что реактивный момент свойственен не только вертолетам. В равной степени он возникает и на вращающемся винте у самолета (компенсируется вращением винтов в разные стороны, положением элеронов или рулей высоты).

Когда винт вертолета работает в горизонтальной плоскости, параллельно земле, вертолет может только висеть, поднимаясь выше и ниже (что, кстати, невозможно для самолетов). Чтобы вертолет начал двигаться вперед, ему необходимо изменить угол наклона винта так, чтобы винт толкал аппарат не только вверх, но и вперед.

Идея создания подобного аппарата, взлетающего при помощи винта, была высказана еще Леонардо да Винчи в 1475 году. Неоднократно совершались попытки построить подобный аппарат, в том числе и в России. Так, в 1754 г. М. В. Ломоносовым были проведены экспериментальные работы по определению подъемной силы летательного аппарата с соосными винтами. Однако практическое использование вертолета без мощного двигателя, даже при удачной попытке поднять аппарат в воздух, было невозможно. Вертолет в лучшем случае мог поднять вверх только себя самого.

Первый в истории вертикальный полет состоялся 24 августа (по другим источникам, 29 сентября) 1907 года и продолжался одну минуту. Вертолет, построенный братьями Луи и Жаком Бреге (Louis & Jacques Bréguet) под руководством профессора Шарля Рише (Charles Richet), поднялся в воздух на 50 см.

Аппарат И. И. Сикорского
Аппарат И. И. Сикорского

В России первый вертолетоподобный аппарат, с соосными винтами, создал и довел до стендовых испытаний в 1909–1910 гг. И. И. Сикорский, однако этой машине не хватало подъемной силы.

Вертолет Б. Н. Юрьева 1911 года
Вертолет Б. Н. Юрьева 1911 года

Вертолет классической схемы (с большим и малым винтами) появился после изобретения Б. Н. Юрьевым в 1911 году автомата перекоса.

Автомат перекоса — устройство, изменяющее угол наклона каждой лопасти несущего винта по мере движения по окружности. Подобное решение позволило в разных секторах, ометаемых винтом, иметь разные подъемные силы. За счет этого плоскость, в которой вращается несущий винт вертолета, переходит из горизонтального положения в наклонное, наклоняя при этом всю машину, то есть плоскость вращения винта образует некоторый угол с горизонтом. За счет этого поворота у «подъемной силы» появляется составляющая, направленная вперед. Автомат перекоса находится на втулке винта и управляется с помощью рукоятки в кабине пилота. С помощью этого устройства вертолет способен совершать поступательное движение.

К сожалению, попытки поднять в воздух первый вертолет Б. Н. Юрьева с несущим винтом диаметром 8 м и подруливающим винтом, вынесенным на хвостовую балку, оказались неудачными из-за недостаточной прочности вала главного винта.

Интересно, что...

  • Современные вертолеты способны выполнять такие фигуры высшего пилотажа, как «петля Нестерова».
  • Скоростные вертолеты (скорость более 450 км/час) имеют комбинированную двигательную установку с подъемным винтом и маршевым двигателем, например винтокрыл В-12.
  • Существуют аппараты, сочетающие в себе возможности самолета и вертолета, — конвертопланы, например «Ospry».
  • Есть вертолеты, способные садиться на воду, такие как Ми-14 и Ка-28.

Далее: Первый вертолет И. И. Сикорского


0
Написать комментарий

    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»