Лёгкие многоцелевые вертолёты
Курсовая работа
Введение в специальность вертолетостроение
Содержание
1. История освоения воздушного пространства
2. Вклад отечественных ученых
3. Краткая история вертолетов
4. Основные качества вертолета
5. Легкие многоцелевые вертолеты. Назначение, особенности конструкции. Сравнение отечественных и зарубежных вертолетов этого класса
6. Современное название вертолетостроения
1. История освоения воздушного пространства
История развития авиации и история воздухоплавания фактически являются двумя составляющими одного целого - истории покорения человеком воздушного пространства.
Согласно словаря Ожигова воздухоплавание - это теория и практика передвижения по воздуху на аппаратах легче воздуха. Что касается слова «авиация» то оно было позаимствовано в начале двадцатого века из французского, в который, в своё время, пришло из латинского языка, где avis означало «птица» и используется в значении теория и практика передвижения в атмосфере на летательных аппаратах тяжелее воздуха;
Истории покорения человеком воздушного пространства насчитывает много веков. Условно её можно разбить на следующие основные вехи:
К первым в истории беспилотным летательным аппаратам можно отнести:
- летающий фонарик, изобретение которого приписывается китайскому генералу Чжугэ Ляну жившему в 180-234 г. н. э., (хотя есть данные, что они были известны в Китае ещё в третьем веке до н.э.). Фонарик представлял собой бумажную емкость, в которую устанавливался горящий масляный светильник. Под действием нагретого огнём воздуха светящийся фонарь поднимался вверх, наводя ужас на суеверных врагов генерала. Фактически современные воздушные шары - это результат модернизации летающего фонарика.
В IX веке в мусульманской Испании - Андалусии ученый и изобретатель по имени Аббас ибн Фирнас в возрасте 65 лет разработал и успешно испытал летательный аппарат, состоящий из обтянутых материей корпуса и крыльев. Конструкция аппарата впервые в истории позволила изменять высоту и направление полёта (фактически это был первый в мире дельтаплан). Аббас ибн Фирнас не только сумел продержаться в воздухе около 10 минут, но и осуществил первый в истории управляемый полёт.
В 1763 г. немецкий изобретатель по фамилии Бауэр создал проект первого в истории летательного аппарата с неподвижным крылом и пропеллером, приводимым в действие мускульной силой пилота. До Бауэра изобретатели разрабатывали летательные аппараты с подвижными крыльями (по образцу птиц). Однако этот проект реализован не был.
Первая в мире документированная практическая разработка летательного аппарата тяжелее воздуха была выполнена великим русским ученым М.В. Ломоносовым (1711 - 1765 г.)
Первый в истории воздушный шар, наполненный горячим дымом, поднялся на высоту около 300 м. 5 июня 1783 г. Запуск осуществили французы, братья Жак Этьен и Жозеф Мишель Монгольфье. В их честь шар был назван «монгольфьер». 19 сентября того же года братья подняли в воздух очередной шар. На этот раз на нём поднялись баран, петух и утка. Полет длился 10 мин. При приземлении петух повредил крыло. 21 ноября 1783 г. в окрестностях Парижа в воздух вновь поднялся огромный монгольфьер высотой более 20 м. с двумя людьми на борту. Полет на воздушном шаре продолжался около 40 мин. Шар достиг высоты 1000 м., а затем плавно опустился на землю на расстоянии 9 км от места старта. Первыми воздухоплавателями стали физик Жан Франсуа Пилатр де Розье и маркиз Франсуа Лорен д`Арланд, друзья братьев Монгольфье. С этого момента полёты на воздушном шаре прочно вошли в жизнь покорителей неба.
В 1794 г. французский физик Кутель поднялся на аэростате над укреплениями австрийцев, на недосягаемую для ружей высоту, и составил подробный план вражеских позиций. Это был первый случай использования летательных аппаратов в военных целях.
22 октября 1797 г. над парком Монсо в Париже был совершен первый прыжок с парашютом. Француз Андре-Жак Гарнерен прыгнул с воздушного шара, находящегося на высоте около 800 м.
Первый полет на аэростате, оснащённом паровым двигателем, совершил француз Анри Жиффар в 1852 г. Наличие двигателя в определённой степени позволило влиять на движение аэростата. Таким образом, воздухоплавание перевернуло очередную страницу своей истории. Возник новый вид воздушных аппаратов - дирижабль. К стати это название произошло от французского dirigeable - управляемый.
20 июля 1882 г. самолет Александра Федоровича Можайского с двумя паровыми машинами мощностью 20 и 10 л. с. отделился от земли. Он продержался в воздухе несколько секунд, затем накренился и упал на крыло, что послужило поводом для оспаривания его права считаться родоначальником мировой авиации.
В 1887 г. русский учёный К.Э. Циолковский разработал первый проект жёсткого цельнометаллического дирижабля.
Первым в истории профессиональным пилотом принято считать немецкого инженера Отто Лилиенталя (1848-1896 г.) В период с 1891 по 1896 г. им было совершено около 2000 вылетов. Для полётов он использовал модели планеров собственной конструкции. В августе 1896 г. Лилиенталь во время одного из полетов сломал себе позвоночник и в тот же день умер.
2 июля 1900 г. совершил первый полет дирижабль, созданный немецким конструктором Ф. фон Цеппелином. Дирижабли этой конструкции были известны под названием «Цеппелин» и использовались как транспортные и пассажирские воздушные средства, а так же в военных целях. В 1936 г был построен последний пассажирский цеппелин «Гинденбург». Совершив 63 полета, через год эксплуатации он сгорел при посадке в течение 10 сек.
14 декабря 1903 г. состоялся первый успешный полет самолета «Флайер» сконструированного американскими конструкторами братьями Уилбуром и Орвиллом Райт, с двигателем внутреннего сгорания. Продолжительность первого полёта составила всего 3,5 секунды. 17 декабря самолёт произвёл 4 взлёта. Во время самой удачной попытки «Флайер» пролетел около 250 м., продержавшись в воздухе уже 59 сек. Уилбер и Орвилл Райты вошли в историю авиации как пионеры воздушного пространства, положившие начало освоению неба пилотируемыми летательными аппаратами тяжелее воздуха. С этого момента полёты на летательных аппаратах легче воздуха стали постепенно отходить на второй план.
В ноябре 1906 г. братья Габриэль и Шарль Вуазен во Франции открыли первое в мире предприятие по выпуску летательных аппаратов с двигателями. Первый заказ был на аппарат с машущими крыльями. Опыт оказался неудачным. Но, начиная с 1907 г. фирма стала выпускать самолёты собственной конструкции и в конечном итоге они составили основу французский авиации.
14 мая 1908 братья Райт совершили первый полёт самолёта с двумя людьми на борту, пассажиром был Чарли Фёрнас, а 8 июля 1908 г. в Милане в воздух поднялась в Тереза Пельте. Она и стала первой женщиной-пассажиром поднявшаяся на борт самолёта. Пилота звали Леон Делагранж.
В начале 1910 г. В воздух поднялся двухмоторный аэроплан, создателем которого являлся русский инженер Б. Г. Луцкой. Это было первое в истории удачное испытание многомоторного самолёта.
В 1913 г. американцем Элмером Сперри был изобретен автопилот.
В этом же году русский инженер Игорь Иванович Сикорский создал первый в мире 4 моторный, тяжелый бомбардировщик «Илья Муромец».
В 1915 году Игорь Иванович Сикорский создал истребитель С XVI - который стал первым в мире серийно выпускаемым истребителем.
15 сентября 1956 г. советская компания «Аэрофлот» первой в мире приступила к регулярным перевозкам пассажиров и грузов на реактивных самолётах Ту-134.
В 1956 г. на Парижском авиасалоне был представлен первый в мире реактивный транспортный самолет Do.31 с вертикальным взлетом.
На этом история авиации не завершена. Я уверен, что в неё будет вписано еще много замечательных страниц.
2. Вклад отечественных ученых
В создании и развитии аэродинамики большую роль {3} сыграли отечественные ученые. Основы этой науки были заложены в нашей стране работами М.В. Ломоносова и других выдающихся ученых.
Великий русский ученый академик М.В. Ломоносов (1711--1765) успешно разрабатывал кинетическую теорию газов и начал делать опыты в области, которую мы теперь называем аэродинамикой. Так, в феврале 1754 г. он доложил конференции Академии наук в Петербурге об изобретенной им летательной машине, о которой в протоколе конференции от 1 июля того же года было записано: «Высокопочтенный советник Ломоносов показал машину, названную аэродромической*, выдуманную им и имеющую назначением при помощи крыльев, приводимых в движение заведенной часовой пружиной, нажимать воздух (отбрасывать его вниз) и подниматься в верхние слои атмосферы для того, чтобы исследовать состояние верхнего воздуха метеорологическими приборами, прикрепленными к этой аэродромической машине». Таким образом, Ломоносов первый построил летательный аппарат тяжелее воздуха типа вертолета (геликоптера), который только в наше время получил широкое распространение.
В 1871 г. русский морской офицер М.А. Рыкачев, впоследствии академик, опубликовал статью под заглавием «Первые опыты над подъемной силой винта, вращаемого в воздухе». Эти опыты, предпринятые с целью получения исходных данных для расчета вертолета, блестяще подтвердили закон пропорциональности сопротивления воздуха квадрату скорости и характерной площади тела, сформулированный основоположником механики Ньютоном (1643--1727).
Вопросами сопротивления воздуха движущимся в нем телам с успехом занимался великий русский химик Д.И. Менделеев (1834--1907). Он опубликовал в 1880 г. свой замечательный для того времени труд «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании», в котором на основе опытов, проведенных в лаборатории Петербургского университета, был-экспериментально подтвержден квадратичный закон сопротивления и пропорциональность силы сопротивления плотности среды при падении тел.
Самый плодотворный период в развитии аэродинамики в нашей стране связан с именем профессора Н.Е. Жуковского (1847--1921) -- великого ученого, автора более 200 научных работ по механике, математике, астрономии, гидравлике, гидродинамике и аэродинамике. Особенно большие результаты дала деятельность Жуковского в области аэродинамики и ее технического приложения -- авиации. Гениальный ученый и замечательный инженер, Н.Е. Жуковский сумел объединить тонкие теоретические исследования с научным экспериментом, что и привело его к поразительным достижениям в науке и технике.
Н.Е. Жуковский блестяще решил ряд задач, связанных с теорией крыла и воздушного винта. В своем труде «О присоединенных вихрях» (1906 г.) Жуковский первый создал законченную теорию образования подъемной силы крыла и вывел теорему для вычисления ее величины. Эта теория легла в основу всех позднейших теорий о работе крыла самолета. В другом выдающемся труде «Вихревая теория гребного винта» (1912 г.) Н.Е. Жуковский решил и другую основную проблему авиации, создав теорию, позволившую найти рациональные формы и методы расчета воздушных винтов. Этот труд Жуковского составил эпоху в развитии теории воздушных винтов.
Б.Н. Юрьев нашел способ управлять лопастями несущего винта. Он изобрел "автомат перекоса" - один из самых замечательных в истории вертолетостроения устройств.
3. Краткая история вертолетов
Первые идеи
Известны проекты различных летательных аппаратов, не являющиеся вертолётами, начиная с летательного аппарата Леонардо да Винчи (1475 год) и далее до, например, автожира Хуана де ла Сиервы (1920 год).
Действующий физический прибор (1754)
Независимо от идеи летательного аппарата Леонардо да Винчи, труды которого были найдены много позже, М.В. Ломоносов пытался создать летательный аппарат вертикального взлёта, который должны были обеспечивать спаренные винты (на параллельных осях), однако это устройство не подразумевало пилотируемых полётов -- основным предназначением данного прибора были метеорологические исследования -- всяческие измерения на разных высотах (температура, давление и т. д.). Из документов можно понять, что идея эта не нашла воплощения, в то же время можно сделать вывод о том, что этот был первый настоящий прототип вертолёта. Учёному удалось только сделать физический прибор для демонстрации принципа вертикального полёта. Вот что сказано в протоколе конференции Академии Наук (1754, июля 1; перевод с латинского) и в отчёте М.В. Ломоносова о научных работах в 1754 году (1755)
...Высокопочтенный советник Ломоносов показал изобретённую им машину, называемую им аэродинамической [воздухобежной], которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух [отбрасывать его вниз], отчего машина будет подниматься в верхние слои воздуха, с той целью, чтобы можно было обследовать условия [состояние] верхнего воздуха посредством метеорологических машин [приборов], присоединённых к этой аэродинамической машине. Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двум блокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположного конца. Как только пружина заводилась, [машина] поднималась в высоту и потом обещала достижение желаемого действия. Но это действие, по суждению изобретателя, ещё более увеличится, если будет увеличена сила пружины и если увеличить расстояние между той и другой парой крыльев, а коробка, в которой заложена пружина, будет сделана для уменьшения веса из дерева. Об этом он [изобретатель] обещал позаботиться... / № 5 ...Делал опыт машины, которая бы, поднимаясь кверху сама, могла поднять с собою маленький термометр, дабы узнать градус теплоты на вышине, которая хотя с лишком на два золотника облегчилась, однако к желаемому концу не приведена.
Проект д'Амекура (ок.1860)
В 1853--1860 годах во Франции Понтон д'Амекур разработал проект летательной машины -- «аэронефа». Аэронеф должен был подниматься вверх с помощью двух винтов, насаженных на одну вертикальную ось и вращающихся в противоположные стороны.
Вертикальный полёт (29 сентября 1907)
Первый в истории вертикальный полет состоялся 24 августа (по другим источникам, 29 сентября) 1907 года и продолжался одну минуту. Вертолёт, построенный братьями Луи и Жаком Бреге (Louis & Jacques Brйguet) под руководством профессора Шарля Рише (Charles Richet), поднялся в воздух на 50 см. Аппарат имел массу 578 кг и был оснащён двигателем Antoinette мощностью 45 л.с. Gyroplane имел 4 несущих винта диаметром 8,1 м, каждый винт состоял из восьми лопастей, попарно соединённых в виде четырёх вращающихся бипланных крыльев. Суммарная тяга всех винтов составляла 560--600 кг. Максимальная высота полёта на режиме висения -- 1,525 м была достигнута 29 сентября. Также существуют данные о том, что в 1905 году француз М. Леже создал аппарат с двумя противоположно вращающимися винтами, который мог на некоторое время отрываться от земли.
Первый лётчик (13 ноября 1907)
Первым человеком, поднявшимся в воздух на вертолёте, был французский производитель велосипедов Поль Корню (Paul Cornu). 13 ноября 1907 он построил вертолёт, поднявший его вертикально в воздух на высоту 50 см и провисевший в воздухе 20 секунд. Основное достижение Корню состояло в попытке сделать вертолёт управляемым (нельзя сказать, правда, что эта попытка увенчалась полным успехом), для чего изобретатель установил под винтами специальные поверхности, которые, отражая поток воздуха от винтов, давали аппарату определённый запас манёвренности. Но и этот вертолёт был плохо управляемым.
Схема с автоматом перекоса (1911)
До изобретения автомата перекоса ни о каком управляемом полёте на вертолёте не могло быть и речи. 18 мая 1911 года выдающийся инженер Б. Н. Юрьев опубликовал «схему одновинтового вертолёта с рулевым винтом и автоматом перекоса лопастей». До настоящего времени этот механизм используется на большинстве вертолётов. В 1912 году Юрьев построил первую модель одновинтового вертолёта с рулевым винтом. Однако, из-за отсутствия денег он не смог запатентовать свои изобретения и продолжить разработки.
Устойчиво управляемый полёт (1922)
В 1922 году профессор Георгий Ботезат, эмигрировавший после революции из России в США построил по заказу армии США первый устойчиво управляемый вертолёт, который смог подняться в воздух с грузом на высоту 5 м и находиться в полёте несколько минут.
Россия (1908)
Игорь Сикорский построил в России два вертолёта[11]-- в 1908 и 1909 годах. Вертолёт поднимался в воздух, но был недостаточно силён, чтобы поднять пилота. Поэтому Сикорский охладел к вертолёту и занялся конструированием аэроплана. Сикорский вернулся к вертолётам только в 1938 году, пытаясь сохранить свою компанию на плаву. Первый более-менее завершённый летающий образец вертолёта Сикорского VS-300 (S-46) появился в 1939 году. СССР
«Геликоптерная группа» (1926)
В 1926 году в России в ЦАГИ была сформирована «геликоптерная группа», которую возглавил А.М. Черёмухин. Результатом работы этой группы стал первый управляемый вертолёт ЦАГИ-1ЭА, совершивший свой первый полёт в сентябре 1930 года. Силовая установка ЦАГИ-1ЭА включала два РПД М-2 по 120 л. с. каждый. Взлётная масса -- 1145 кг. Полёт прошёл на высоте 10--12 м над землей. Позднее на этом аппарате были достигнуты мировые рекорды: высота полёта -- 605 м (в 5 раз больше, чем ранее), продолжительность -- 14 минут, максимальная дальность -- 3 км, скорость полёта -- 21 км/ч. Для первых лётных испытаний было предложено прикрепить вертолёт к горизонтальному тросу, чтобы не дать вертолёту взлететь на высоту более нескольких метров и исключить опасность крушения в случае падения его с высоты.
Первый серийный (1952)
Первый серийный советский вертолёт -- Ми-1 ОКБ под руководством М.Л. Миля. В 1948 году лётчик-испытатель М.К. Байкалов совершил на Ми-1 первый полёт с поступательной скоростью. В 1950 году были завершены государственные испытания, вертолёт пошёл в серийное производство. Ми-1 начал выпускаться с 1952 года на Казанском вертолётном заводе, что положило начало крупносерийному производству вертолётов в нашей стране. В мае 1954 года вертолёт был введён в эксплуатацию в Гражданской авиации. 8 января 1956 года Ми-1 совершил свой первый полёт в Антарктиде.
4. Основные качества вертолета
Основные принципы
Самолёт способен летать благодаря специальной изогнутой форме крыла, которое движется в потоке набегающего воздуха. Подъёмная сила создаётся за счёт того, что путь, проходимый воздухом над крылом, больше пути потока воздуха под крылом, и, соответственно, скорость верхнего потока выше. Согласно закону Бернулли, на крыло начинает действовать сила, направленная в сторону потока с большей скоростью. Вертолёт использует тот же принцип, но роль крыльев у него играют лопасти несущего винта.
