Почему и как летает вертолёт. Принцип полета вертолета и основные конструктивные отличия его от самолета Почему вертолет умеет летать вперед

Все правильно. Только хочу разделить два важнейших явления. 1. Несущий винт создает подъемную силу за счет вращения лопастей, повернутых под некотрым углом атаки. Чем больше угол атаки, тем больше величина подъемной силы. Если лопасти абсолютно гоизонтальны, то подъемной силы винт не создает и вертолет не взлетит. Имеется некоторое критическое значение угла атаки лопастей, при котором создается подъемгная сила, достаточная только для того, чтобюы удерживать массу вертолета в воздухе неподвижно. После взлета и набора высоты 25-30 метров, пилот вертлоета по стандартам переводит лопасти несущего винта в это предельное положение, и вертолет осуществляет так называемое "контрольное висение" - он должен оставться неподвижным без изменнеия оборотов двигателя на определенной высоты над землей некоторое время. Если контрольное висение проходит удачно. возможен дальнейший полет. 2. Взлет и посадка понятны элементарны: изменение углда атаки лопастей. Горазлдо сложнее понять, как заставить вертолет двигаеться в том или ином направлении? В олтлдичие он некоторых предыдущих ответчиков, я скажу, что ось несущего винта вертолета ВСЕГДА строго вертикальна, то есть ротор его вращается ВСЕГДА только в ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ плоскости. Если бы управление ротором заключалось лишь в одновременном изменении угла атаки лорпастей, то вектор тяги всегда был бы направлен строго по оси винта, то есть вертолет мог бы лететь либо вверх, либо вниз. Управлять вертолетом позволяет АВТОМАТ ПЕРЕКОСА ЛОПАСТЕЙ - именно ЛОПАСТЕЙ. а отнюдь не наклона оси ротора. Схематично его стуройство можно объяснить на пальцах. Представьте себе обычнй шарикополшипники, надетый на ось несущего винта. Каждая из лопастей может поворачиваться относительно своего нейтрального положения, т. е. принимать тот или иной угол атаки, с помощью рычага, прикрепленного к ее оси. Концы всмех этих рычагов прикреплены к внутренней обойме шарикоподшипника - они вращаются вместе с лпастями. Когда подшипник располоджен горизонтально, то все рычанги имеют одно положение и лопасти имеют один уго атаки. Сам подшипник на к есу не прикреплен, но к внешней его обойме прикреплен рычаг - ручка управления автоматом пересоса. Если этот рычаг наклонит подшипник вперед, то получится, что у внутренней обоймы передняя часть окажется ниже, чем задняя. То есть рычаги управления лопастями. пробегая внутеннюю обойму в таком полодении, будут уходить вниз при достижении переднего полодения, а при достижении залднего - подниматься вверх. Иными словами. угол атаки лопасти плавно менячется по мере совершения ею поного оболрота вокруг оси винта. И несмотря на то. что ось винта строго вертикальна, "передние" лопасти будут создавать более значительную подъемную силу, нежели "задние" - за счет большего угла атаки. В итоге общий вектор подъемной силы винта сместится из вертикального положения и наклонится вперед - то етсь винт придаст вертолету не только подъемную силу, но и тягу. направленную вперед. Точно так же, отклоняя рычагом наружную обойму шарикоподшипника, можно смсещать вектор тяги в любую столрону. Это механическое устройство кажется неевроятно простым, однако общий принцип атомата перекоса лопастей используется в вертолетах по сей день без оосбых изменений.

Прежде всего интересно знать, как летает вертолет? В чем особенность его конструкции?

Не менее любопытно выяснить, какой путь в своем развитии прошел этот, один из первых по идее, летательный аппарат тяжелее воздуха.

Сам собой напрашивается вопрос:

Почему же понадобились века для того, чтобы идея вертолета была претворена в жизнь и появился современный летательный аппарат, пригодный для практических нужд?

Может ли вертолет быть реактивным?

А разве не интересно познакомиться с конструкциями и существующими схемами вертолетов?

По вертолету можно задать тысячу вопросов, один интереснее другого.

Но самым интересным является вопрос о летных возможностях вертолета, которые определяют его практическую ценность для созидательной деятельности человека.

Когда требуется использовать самолет с посадкой на каком-либо месте, то прежде всего выясняют, есть ли там аэродром, на который бы самолет мог совершить посадку и с которого мог бы затем взлететь. Если поблизости от намеченного пункта нет аэродрома или хотя бы ровной площадки, пригодной для посадки самолета, то как бы ни была нужда в самолете, вопрос о его использовании отпадает.

Самолет приземляется с большой поступательной скоростью и совершает по посадочной полосе длинный пробег до полной остановы. Оторваться от земли самолет может

только тогда, когда, предварительно разбежавшись по взлетной дорожке, разовьет большую скорость, а для этого самолету надо совершить довольно длинный разбег. Скоростные самолеты для отрыва от земли развивают скорость более 200 км/час, а чтобы такую скорость развить, самолету необходим разбег около одного километра.

Свойство крыла самолета состоит в том, что оно создает достаточную для взлета подъемную силу только в том случае, если обтекается потоком воздуха с большой скоростью. Если скорость мала, то и подъемная сила мала. Если скорость равна нулю (т. е. самолет стоит на месте), то подъемной силы нет. В обоих случаях самолет не может подняться в воздух.

В авиационных кругах многих стран уже сейчас говорят о так называемой аэродромной проблеме. В самом деле, есть над чем задуматься, если развитие авиации идет бурными темпами, а каждый новый аэродром - это сотни гектаров превосходной земной поверхности, отнимаемой от сельского хозяйства, от лугов и пашен. Это особенно касается стран с гористым рельефом, территория которых невелика.

Однако если непременным условием создания подъемной силы на крыле является обтекание его воздухом с большой скоростью, то нельзя ли сделать так, чтобы самолет стоял на месте, а крыло двигалось относительно воздуха и создавало подъемную силу?

Достаточно сформулировать задачу, как явится и простейшее решение: крылья должны вращаться в горизонтальной плоскости, при этом они будут описывать окружность. Вращение крыльев заставит воздух обтекать их с достаточной скоростью даже тогда, когда поступательной скорости всего аппарата нет, т. е. когда аппарат стоит или висит на месте. Крылья становятся как бы лопастями воздушного винта, вращающегося не в вертикальной плоскости, как у самолета с поршневым двигателем, а в горизонтальной. Таково принципиальное решение аэродромной проблемы.

У вертолета крылья вращаются, как лопасти винта. Отсюда и происходит название этого класса летательных аппаратов тяжелее воздуха - винтокрылые аппараты.

Таким образом можно без труда ответить на следующие вопросы.

Чему равна взлетная скорость вертолета? - Нулю. Вертолет может взлетать с места.

Чему равна длина разбега вертолета? - Нулю. Вертолету разбег не нужен.

Велики ли посадочная скорость и длина пробега вертолета? - Посадочная скорость и длина пробега также равны нулю, так как вертолет может опускаться отвесно вниз.

Стало быть, необходимость в обширных аэродромах отпадает.

Огромнейшее преимущество вертолета в том и состоит, что его можно использовать всюду. Он может «приземляться» на крышу высотного здания, на палубу морского корабля или речного парохода, на плот, на железнодорожную платформу, на горное плато, на полянку в лесу, на автомобиль.

Для вертолета поверхность посадочной площадки может быть неровной, немного наклонной, холмистой или бугристой, с пнями или со строениями, подвижной или неподвижной,- ничто не помешает вертолету произвести посадку и снова взлететь.

Итак, первым решающим фактором, обеспечивающим вертолету широкое распространение, является возможность вертикально, без разбега взлетать и отвесно, без пробега приземляться, что не исключает возможности взлета и посадки вертолета подобно самолету, т. е. «по-самолётному».

Вторым решающим фактором является возможность вертолета неподвижно висеть в воздухе как над самой поверхностью земли или воды, так на высоте нескольких километров.

Диапазон скоростей каждого самолета для каждой высоты полета ограничен, с одной стороны, максимальной скоростью, а с другой - минимально допустимой скоростью. Ввиду того, что лобовое сопротивление самолета увеличивается с увеличением скорости полета, а двигатель не может развивать мощность, большую его максимальной мощности, существует некоторая максимальная скорость установившегося горизонтального полета. Дальнейшее увеличение максимальной скорости полета в данном случае может произойти только за счет снижения самолета (потеря высоты). Максимальная скорость полета современных самолетов достигает 1000 и более км/час.

Минимально допустимая скорость реактивных самолетов, т. е. наименьшая скорость, на которой самолет способен совершать горизонтальный и криволинейный полет, 200-300 км в час. Если скорость будет еще меньше, то самолет начнет терять устойчивость и свалится на крыло с последующим переходом в штопор.

Легкие связные самолеты могут летать со скоростью не меньше чем 50-70 км/час, у вертолета минимальная скорость толста равна нулю, а максимальная горизонтальная скорость полета- 150-200 км/ч . Более того, вертолет может останавливаться в воздухе, поворачиваться на месте, совершать полет в стороны и даже назад.

Естественно, что такие возможности вертолета открывают широкие перспективы его использования в самых различных областях народного хозяйства, подчас там, где, казалось бы, летательный аппарат не может быть использован.

Все эти положительные стороны вертолета не должны, однако, заслонять собой его отрицательных качеств.

Вертолет не может летать с большими скоростями, он обладает пока еще недостаточной устойчивостью, сложен в управлении и более уязвим от огня стрелкового оружия, чем самолет.

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.

Многие дети хоть раз в жизни видели в небе летящий вертолет. А у кого-то может быть есть вертолет на радиоуправлении. Вертолет может быть транспортом для быстрого передвижения и участником боевых действий на войне. Он летает так, что дух захватывает и невозможно оторвать взгляд. Но как же такая тяжелая железная машина может оторваться от земли и лететь в нужном направлении?

Давайте разбираться. На крыше вертолета закреплен огромный крутящийся винт с лопастями . Он выполняет функцию крыльев. Этот винт, вместе с еще одним винтом, поменьше способен поднять вертолет вверх, задержать его в воздухе и заставить лететь. Когда винт крутится, лопасти с силой захватываю поток воздуха и, при помощи аэродинамической силы, вертолет летит.

Аэродинамическая сила – это сила, с которой воздух действует на поверхность вертолета. Благодаря вращению лопастей винта над вертолетом создается зона пониженного давления, и частички воздуха как бы выталкивают его вверх. Загребая лопастями воздух, вертолет мчится вперед. Главный винт помогает вертолету лететь прямо вперед.

А при наклоне винта изменяется аэродинамическая сила. Благодаря этому вертолет может лететь не только вперед, но и вбок или даже назад. Но как же наклонить винт, чтобы заставить вертолет лететь вбок? Для этого надо изменить угол атаки. Что такое угол атаки? Каждая лопасть винта может оборачиваться вокруг своей оси (стержня). Угол атаки – это величина, на которую может «задраться» лопасть навстречу воздуху. Когда пилот увеличивает угол атаки сразу у всех лопастей, вертолет взлетает вверх, а когда угол атаки уменьшается – вертолет опускается. Если растет угол атаки лопасти, когда она будет находиться над носом вертолета, то сзади соответственно он уменьшится и вертолет полетит назад. А если растет угол атаки у лопасти пролетающей над левым бортом – вертолет полетит направо.

Если за рычагом управления опытный пилот, вертолет может даже летать вверх ногами, то есть вверх колесами. Вернее летать он так не сможет, а сможет только делать фигуры в воздухе. Для того, чтобы «кувыркнуться» вертолету хватит аэродинамической силы. Но летать вниз лопастями долго вертолет не может. Если сравнивать вертолет с самолетом, можно найти много отличий. Самолету нужно разогнаться, чтобы взлететь и он не может держаться вертикально в воздухе, ему нужно все время лететь вперед. А вертолет может подняться вверх, например, с крыши дома, и висеть в воздухе столько времени, сколько надо. Это позволило вертолету найти применение в разных областях нашей жизни.

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).