Другим вариантом компенсации реактивного момента является два несущих винта, вращающихся в противоположных направлениях на одной оси (соосная схема). Второй винт называется аэродинамически симметричным соосным несущим винтом. Этот вариант использован, например, в российском Ка-50. Вертолёты такой схемы обладают меньшей эффективностью, по сравнению с одновинтовыми схемами, за счет интерференции винтов. Но у вертолета с соосной схемой диаметр несущих винтов примерно в два раза меньше, чем у вертолета с классической схемой (при сравнимой механической мощности на валу). Это обусловило применение таких вертолетов в условиях стесненного пространстра, например, для палубной авиации. Нельзя забывать, что у соосной схемы есть неустранимый конструктивный порок -- повышенная вероятность схлёстывания лопастей винтов при резком манёвре. Это связано с тем, что гироскопические моменты винтов разнонаправлены. Легко видеть, что при любом маневре (например, переводе вертолета Ка-50 из горизонтального полета в кабрирование), конус лопастей верхнего винта заваливается в правую сторону, а нижнего -- в левую. При достаточно резком маневре лопасти перехлестываются.
Очень интересны вертолёты, которые для компенсации реактивного момента используют эффект Коанды. Эти вертолеты обходятся вообще без дополнительных винтов (проект NOTAR). Вкратце: эффект Коанды состоит в том, что струя жидкости или газа «прилипает» к обтекаемой твердой поверхности. На вертолетах такой схемы часть реактивного момента компенсируется за счет взаимодействия струи от несущего винта со струей воздуха, выпускаемой через узкую щель, проходящую по всей длине хвостовой балки, часть -- за счет реактивной тяги щелевого сопла, расположенного в конце хвостовой балки. Пример такого вертолета -- MD 500.
Максимальная скорость вертолёта ограничена ввиду недопустимости постоянного достижения скорости звука на крайних участках лопастей (общая максимальная скорость на краю лопасти равна радиусу диска вращения ротора, умноженному на обороты в секунду + скорость самого вертолёта), что привело бы к разрушению конструкции.
Когда вертолёт летит вперёд, лопасти, движущиеся вперёд, имеют бомльшую скорость относительно воздуха, чем движущиеся назад. В результате одна из половин винта создаёт бомльшую подъёмную силу, чем другая, и возникает дополнительный кренящий момент. Чтобы этого не происходило, используется механизм компенсации, встроенный в автомат перекоса, чтобы угол наклона лопастей в левой и правой половине винта различался.
Кроме того, для снижения этого эффекта применяют дополнительные крылья -- аэродинамическая схема «винтокрыл» (например, на Ми-6 и частично на Ми-24 -- у этого вертолета роль дополнительных крыльев выполняют пилоны подвесного оружия). За счет дополнительной подъёмной силы на крыльях удается разгрузить несущий винт, снизить общий шаг винта и несколько снизить интенсивность эффекта кренения, а максимальную скорость -- увеличить.
Кроме того, винт создаёт вибрацию, угрожающую разрушением конструкции. Поэтому в большинстве случаев применяется активная система гашения возникающих колебаний.
Преимущества и недостатки
Главным достоинством вертолётов является их манёвренность: вертолёты способны к вертикальному взлёту, вертикальной посадке, зависанию в воздухе и даже к полёту «задом наперёд». Вертолёт может приземлиться (и взлететь) в любом месте, где есть ровная площадка размером в полтора диаметра винта. Кроме того, вертолёты могут перевозить груз на внешней подвеске, что позволяет транспортировать очень громоздкие грузы, а также выполнять монтажные работы.
К недостаткам вертолётов по сравнению с самолётами можно отнести меньшую максимальную скорость, сложность в управлении, высокий удельный расход топлива и, как следствие, более высокую стоимость полёта в расчёте на пассажирокилометр или единицу массы перевозимого груза.
Классификация вертолётов
Вертолёты обычно разделяют по аэродинамической схеме, по грузоподъёмности, по назначению. По аэродинамической схеме:
Одновинтовые с рулевым винтом. Для компенсации реактивного момента используется рулевой винт, создающий тягу в направлении вращения НВ. Традиционно эту схему называют «классической схемой». По этой схеме построено большинство существующих вертолётов;
Одновинтовые со струйной системой управления. Для компенсации реактивного момента используется система управления погранслоем на хвостовой балке и реактивное сопло на конце. На Западе известна как NOTAR, англ. No Tail Rotor -- «без хвостового винта», что несколько некорректно ввиду наличия множества схем, подпадающих под это определение. Пример: MD 520N; MD 900 Explorer.
Одновинтовые с реактивным принципом вращения лопастей. Также именуются реактивными вертолётами. Двигатели расположены на лопастях и на вал несущего винта не передается сильных моментов, как в случае расположения двигателей в фюзеляже. Такая схема исключает наличие реактивного момента от несущего винта . Существуют различные варианты этой схемы: с установкой прямоточных воздушно-реактивных двигателей на законцовках лопастей (собственно реактивный вертолёт), либо с соплами на законцовках лопастей и подачей горячего выхлопа на них от расположенного в фюзеляже газотурбинного двигателя («привод горячего цикла»), либо компрессорный привод «холодного цикла»: газотурбинный двигатель в корпусе вертолёта приводит компрессор, а сжатый воздух от него подводится через трубопроводы к соплам на законцовках лопастей. Было построено несколько экспериментальных машин с реактивным приводом. Пример: вертолёт ОКБ Миля В-7, Hiller YH-32 Hornet.
Только привод компрессорного типа использовался на серийно строившемся вертолёте. Пример: Sud-Ouest SO.1221 «Djinn».
Двухвинтовые продольной схемы. Компенсация реактивного момента происходит за счёт наличия двух одинаковых винтов, вращающихся в противоположные стороны и расположенных в передней и задней частях фюзеляжа. Данную схему называют также «летающий вагон». Пример: CH-47 Chinook, Як-24.
Двухвинтовые поперечной схемы. Аналогична предыдущей, но винты расположены на фермах либо крыльях по бокам фюзеляжа. Пример: В-12 (самый крупный из когда-либо взлетавших вертолётов).
Двухвинтовые соосной схемы. Компенсация реактивного момента происходит за счёт наличия двух одинаковых винтов вращающихся в противоположные стороны и расположенных на одной оси. Пример: Большинство вертолётов УВЗ им. Камова.
Двухвинтовые с перекрещивающимися плоскостями роторов. Также именуются синхроптерами. Оси вращающихся в противоположные стороны роторов наклонены по отношению друг к другу, плоскости вращения роторов пересекаются, для исключения столкновения лопастей вращение их синхронизировано. Пример: Kaman HH-43 Huskie.
Многовинтовые (вертолётные платформы). Компенсация происходит за счёт наличия равного количества противоположно вращающихся винтов.
Винтокрылы. Эта схема отличается от вышеперечисленных тем, что для создания пропульсивной тяги используется тянущий/толкающий винт или реактивный двигатель. Тут название «винтокрыл» означает, что при горизонтальном полёте винт используется как крыло (не создаёт пропульсивную силу). Пример: Ка-22, Fairey Rotodyne.
Конвертопланы. Эта схема переходного летательного аппарата, который взлетает как вертолёт с помощью винта, а в горизонтальном полете летит как самолёт, используя винты как пропеллеры. Конвертопланы разделяются на аппараты:
с поворотной винтомоторной группой (тилтротор) -- крыло неподвижно, поворачивается двигатель (если он расположен на крыле) с винтом (Пример: V-22 Osprey);
с поворотным крылом (тилтвинг) -- поворачивается крыло вместе с расположенной на нём винтомоторной группой;
вертикальные -- элементы конструкции не поворачиваются, но аппарат стоит «на хвосте» (Heinkel Lerche II, Wespe -- не построены по причине поражения Германии во Второй мировой войне). Последний тип, однако, скорее можно отнести к самолётам вертикального взлёта и посадки с кольцевым крылом.
По грузоподъемности
лёгкие -- регламентируются авиационными правилами АП-27;
средние -- регламентируются авиационными правилами АП-29;
тяжёлые.
Вертолет спасательной службы EC 145, базирующийся в Rega
По назначению:
Многоцелевые -- большинство вертолётов на данный момент подпадают под эту категорию. Это делается из экономических соображений;
Пассажирские/административные -- предназначены для перевозки пассажиров на небольшие расстояния (например, аэротакси);
Транспортные -- предназначены для перевозки различных грузов в грузовой кабине и на внешней подвеске;
Вертолёты-краны -- предназначены для монтирования конструкций в недоступных горных районах и высотных зданиях;
Разведывательные -- предназначены для проведения различного рода разведывательных операций, как правило являются барражирующими;
Боевые -- предназначенные для проведения военных операций, имеют свою классификацию
Управление
Управление по крену и тангажу на большинстве существующих вертолётов осуществляется с помощью циклического изменения угла установки лопастей (шага) несущего винта, называемого циклическим шагом с помощью автомата перекоса. При изменении циклического шага создаётся момент, наклоняющий вертолёт, в результате чего вектор тяги несущего винта отклоняется в заданном направлении. На конвертопланах управление осуществляется по-самолётному. Также возможны иные методы управления по крену и тангажу, но они не применяются на существующих вертолётах.
Управление по рысканью разнится в зависимости от аэродинамической схемы вертолёта и может быть реализовано с помощью рулевого винта (у вертолётов классической схемы), разницы общего шага винтов (у двухвинтовых вертолётов), с помощью реактивного сопла (у вертолётов со струйной системой), а также при горизонтальном движении с помощью вертикального оперения.
Для управления циклическим шагом в кабине вертолёта установлена вертикальная ручка. Её отклонение вперед/назад обеспечивает управление по тангажу, влево/вправо -- по крену. Для изменения общего шага несущего ротора (соответственно, подъёмной силы вертолёта) используется отклоняемая вверх ручка «шаг-газ» под левой рукой лётчика. Управление по рысканью осуществляется педалями.
5. Легкие многоцелевые вертолеты. Назначение, особенности конструкции. Сравнение отечественных и зарубежных вертолетов этого класса
Ми-2 (по классификации НАТО Hoplite) -- советский многоцелевой вертолёт, разработанный ОКБ М. Л. Миля в начале 1960-х годов. Широко применяется для выполнения множества гражданских и военных задач. В 1965 году было развёрнуто серийное производство в Польше. Построено свыше 5400 единиц. Даже в настоящее время Ми-2 принимает участие в тендерах, соревнуясь со своими преемниками Ка-226 и «Ансатом».
История
В конце 1950-х годов в Вооружённых силах и народном хозяйстве Советского Союза широкое распространение получил небольшой, лёгкий вертолёт Ми-1, он был оснащён поршневым двигателем АИ-26В, что уже не соответствовало требованиям того периода. Появились проекты усовершенствования вертолёта Ми-1 (в том числе с одним газотурбинным двигателем), однако они не получили одобрения. Во время проектных работ у работников ОКБ-329, руководил которым Михаил Леонтьевич Миль, родилась идея использования на новом вертолёте силовой установки, которая состояла бы из двух газотурбинных двигателей. Это бы значительно повысило надёжность и безопасность во время полёта. Этот проект, позднее стал известен как В-2.
Изначально, самую большую инициативу в работе над В-2 проявляли руководители ГВФ, но позже созданием нового лёгкого вертолёта заинтересовались и военные. В результате 30 мая 1960 года, ОКБ Миля было поручено правительственное задание по созданию вертолёта в сельскохозяйственной, пассажирской, транспортно-санитарной и учебной модификациях. Новый вертолёт курировал заместитель главного конструктора В.А. Кузнецов. Главным конструктором стал А.Х. Серман (позднее его заменил А.А. Бритвин), ведущим инженером по лётным испытаниям был назначен В.В. Макаров. При создании и доводке В-2 работники ОКБ Миля старались как можно больше применять детали и агрегаты Ми-1, такие как: несущий винт, узлы главного редуктора, трансмиссию и т. п.
Работы по проектированию силовой установки для В-2 было поручено ленинградскому ОКБ-117 во главе с конструктором С.П. Изотовым. Для него разработка столь малых газотурбинных двигателей была совершенно непривычной. ОКБ создало двигатель ГТД-350 мощностью 400 л.с. По своим характеристикам ГТД-350 сильно уступал иностранным двигателям, однако его создание дало возможность сотрудникам ОКБ Миля, как можно быстрее спроектировать новый лёгкий вертолёт второго поколения, равный по габаритам Ми-1, однако имевший бомльшую пассажировместимость (8 человек вместо 3) и в большей степени превосходящий его по лётно-техническим параметрам. В январе 1961 года госкомиссия одобрила макет В-2, и в конце лета этого же года работники сборочного цеха, завода № 329 завершили работы по созданию первого опытного экземпляра.
Испытания
22 сентября 1961 года лётчик-испытатель Г.В. Алфёров совершил на В-2 первое зависание у земли и 15-минутный полёт на небольшой скорости. Уже в следующем месяце этот вертолёт стал тестироваться на государственных испытаниях.
В декабре того же года лётчиком-испытателем В.И. Аноповым был испытан второй опытный В-2, а в начале 1962 года этот вертолёт был отправлен уже на государственные испытания. Во время лётных испытаний 14 мая 1963 года лётчиком-испытателем В.И. Аноповым и инженером-испытателем НИИ ГВФ Л. Бабаджановым на втором прототипе был установлен рекорд скорости среди вертолётов этого класса (253,818 км/ч на расстоянии 100 км). Для рекордного полёта специальное оборудование было удалено, чтобы снизить любое сопротивление, колёса главных стоек шасси были заменены роликами, а носовые колёса -- лыжами. Позже, в 1965 году лётчицей Т.В. Русиян на той же машине был поставлен новый рекорд -- 269,38 км/ч.
В сентябре 1962 года первый опытный экземпляр был представлен членам советского правительства и представителям Польской Народной Республики. После этой демонстрации было решено начать серийный выпуск Ми-2 в Польше, силами концерна «Пезетел» (PZL -- Parlstwowe Zaklady Lotnicze, Государственные авиазаводы). В отличие от другой советской авиатехники, на производство которой Польшей была получена лицензия (Ан-2, МиГ-15бис, МиГ-17Ф/ПФ), эта машина ещё не производилась в СССР.
Массовое производство
Переговоры представителей авиапромышленности обоих государств на счёт серийного изготовления вертолёта Ми-2 были начаты в 1963 году. В начале 1964 года был заключён договор о передаче полякам лицензии на постройку новых вертолётов и двигателей к ним. По этому договору Советский Союз давал гарантию на закупку в Польше достаточного числа этих машин, а также двигателей и запасных частей к ним.
Заводам в Свиднике и Жешуве пришлось в сжатые сроки освоить новые технологии производства. Советский Союз оказывал содействие в организации изготовления поставками оборудования и запчастей. Для работы в Польшу были отправлены советские конструкторы и специалисты.
26 августа 1965 года в Свиднике был поднят в воздух первый серийный Ми-2, изготовленный из советских деталей. Первый полёт Ми-2, который был полностью построен в Польше, состоялся 4 ноября 1965 года; вертолётом управлял экипаж в составе лётчиков В. Мерцика, К. Московича и X. Яровского.
Первые вертолёты были переданы в СССР для тестовых полётов. Внешним видом серийные Ми-2 имели отличия от доработанного второго прототипа (В-2): на них отсутствовала килевая поверхность на хвостовой балке и отличалась форма отверстий в передней части «кабана» под воздухозаборником маслорадиатора (они были не овальными, а прямоугольными). Помимо этого было изменено расположение антенн радиостанции и проблескового огня.
Уже в следующем году серийное изготовление Ми-2 было начато на полную мощность. Первый серийный вертолёт был возвращён ВВС Польши 29 декабря 1966 года после четырёхмесячных заводских тестов. К сожалению, этот экземпляр не сохранился.
За помощь в освоении изготовления Ми-2, работники Московского вертолётного завода получили польские государственные награды, а Генеральный конструктор М.Л. Миль и Н.С. Отделенцев, который внёс значительный вклад при внедрении Ми-2 в производство -- Командорские Кресты Возрождения Польши.
Массовое производство вертолётов Ми-2 завершилось в 1992 году, к тому моменту было построено свыше 5400 единиц.
В 1967 году состоялась международная премьера, где представлял новый вертолёт не Советский Союз, а Польша. Серийный Ми-2П польского изготовления (регистрация SP-PSC, зав. № 530322047) был показан на 27-м Международной авиакосмической выставке в Ле-Бурже под номером Н-152.1 В связи с этим Комитет НАТО по согласованию авиационных стандартов (ASCC) дал Ми-2 кодовое название «Хоплайт» (Hoplite -- гоплит, в армии Древней Греции -- воин-пехотинец). В Польше Ми-2 дали название «Marabut» (аист марабу), однако оно не получило распространения.
Экспортные поставки
В 1965 году Ми-2 начал поставляться на экспорт. В основном эти вертолёты поставлялись в СССР и другие страны социалистического содружества. Кроме Советского Союза, Ми-2 закупали Бирма, Болгария, Венгрия, ГДР, Египет, Ирак, КНДР, Куба, Лесото, Ливия, Никарагуа, Румыния, Сирия, Чехословакия и Югославия. В 1978 году один Ми-2 в сельскохозяйственном варианте оказался даже в США, получив регистрационный номер N51946.
Позже благодаря реэкспорту Ми-2 появились и в других государствах, таких как Джибути, Турция, Венесуэла и др.
Конструкция
Фюзеляж
Фюзеляж Ми-2 имеет полумонококовую конструкцию, в него входят три части: носовая часть, где расположена кабина экипажа, центральная -- с пассажирским салоном и хвостовая, в неё входят хвостовая балка с управляемым стабилизатором.
Силовая установка
Ми-2 имеет цельнометаллическую конструкцию. Силовая установка находится в большой надстройке над фюзеляжем вертолёта -- так называемом «кабане» (от фр. cabane -- шалаш). Спереди трёхступенчатого главного редуктора находится два двигателя ГТД-350, а сверху -- вентилятор, охлаждающий маслорадиатор и главный редуктор.
Топливная система
Топливная система вертолёта включает в себя один топливный бак ёмкостью 600 литров, находящийся под полом кабины, также предусматривается установка двух дополнительных баков по бокам фюзеляжа, ёмкостью по 238 литров. Маслосистема включает в себя маслоблок ёмкостью 25 литров и маслорадиатор с вентилятором для охлаждения.
