Автомат перекоса

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Автомат перекоса на радиоуправляемой модели вертолёта: 1 — невращающаяся внешняя тарелка (синяя); 2 — вращающаяся внутренняя тарелка (металл); 3 — шаровая опора; 4 — шаровой подшипник тяги управления тангажом тарелки; 5 — шаровой подшипник тяги управления креном тарелки; 6 — тяги (металл), идущие к лопастям несущего винта.
Динамика лопастей и их тяг во время их вращения, показанная в системе координат, вращающейся вместе с винтом (внизу виден механизм планшайба-стержни).
Ротор вертолёта Ка-26 соосной схемы
Автомат перекоса вертолёта Ми-6

Автомат перекоса — механизм для управления несущим винтом вертолётов, автожиров и конвертопланов[1]. Автомат перекоса обеспечивает управление вертикальным перемещением вертолёта, а также его наклоном по крену и тангажу; для этого автомат периодически изменяет угол установки каждой лопасти винта в зависимости от того, где лопасть оказывается в определённый момент времени в ходе вращения винта как целого.

Принцип работы[править | править вики-текст]

Каждая из лопастей несущего винта, по сути, представляет собой небольшое крыло, создающее подъёмную силу за счёт набегающего потока воздуха. При этом действующая на лопасть подъёмная сила зависит от ряда факторов, в том числе от скорости движения лопасти относительно воздуха, а также её установочного угла, то есть угла между хордой лопасти и плоскостью вращения винта. Чем больше этот угол, тем большую подъёмную силу обеспечивает лопасть несущего винта.

В большинстве конструкций обороты несущего винта стараются поддерживать постоянными. В этом случае единственной переменной величиной остаётся установочный угол лопастей. При его одновременном увеличении для всех лопастей (то есть увеличении общего шага винта) суммарно развиваемая ими подъёмная сила увеличивается, а при уменьшении — соответственно уменьшается, что обеспечивает управление движением по вертикали: когда тяга несущего винта превышает действующую на летательный аппарат силу тяжести, он увлекается вверх, и наоборот.

Наклон вертолёта вперёд или назад (по тангажу) и вбок (по крену) достигается созданием разницы подъёмных сил, развиваемых лопастями несущего винта при его вращении, в зависимости от того, где находится лопасть в каждый момент времени. Так, например, для наклона вертолета вперёд лопасти несущего винта увеличивают свой установочный угол, проходя над задней частью вертолёта, и уменьшают над передней, что приводит к соответствующему изменению их подъёмных сил. Их разность создаёт момент, заставляющий вертолёт наклоняться вперёд.

Подъёмная сила несущего винта приложена к его втулке и в общем случае может быть рассмотрена как перпендикулярная его плоскости. При наклоне вертолёта в какую-либо сторону эта сила перестаёт быть строго вертикальной, в результате чего возникает противодействующий наклону момент сил «подъёмная сила — сила тяжести» (последняя приложена к центру тяжести вертолёта и направлена вертикально вниз); наклон прекратится, когда два упомянутых момента взаимно скомпенсируют друг друга. Помимо этого, при наклоне подъёмная сила приобретает горизонтальную составляющую в этом направлении, что используется для управления горизонтальным движением вертолёта.

Описанный выше момент аэродинамических сил, действующий на вращающийся винт, в силу гироскопического эффекта создаёт дополнительный прецессионный момент, приводящий к дополнительному наклону винта в направлении, перпендикулярном первоначальному. Для компенсации этого и прочих возмущений, в том числе связанных с перемещениями лопастей в соединяющих их со втулкой винта шарнирах, в работу автомата перекоса вводят дополнительные поправки[2][3][4][5].

Устройство[править | править вики-текст]

В вертолетостроении применяются две конструктивных схемы автомата перекоса: Юрьева и Сикорского. Несмотря на кажущееся отличие по внешнему виду и кинематической схеме, принцип действия обеих конструктивных схем одинаков. Циклический шаг каждой лопасти зависит от наклона тарелки автомата перекоса, а общий шаг винта регулируется перемещением тарелки автомата перекоса вдоль оси вращения. Автомат перекоса Сикорского нелегко отличить без сравнительного изображения от автомата перекоса Юрьева по внешнему виду: конструкция Сикорского содержит небольшие дополнительные серволопасти, а у юрьевского автомата перекоса их нет.

Угол установки каждой лопасти управляется через тягу. Эти тяги идут от плоскости вращения лопастей вниз, где крепятся к вращающемуся кольцу автомата перекоса (внутренняя тарелка), который вращается вместе с лопастями, но в плоскости, управляемой невращающимся кольцом. При отклонении плоскости этих колец относительно плоскости вращения винта вертолёта, угол установки каждой лопасти, в процессе своего кругового движения, меняется тягами, подсоединёнными к внутреннему кольцу. Кольца могут быть скреплены между собой осевым подшипником, внутреннее кольцо закреплено на оси ротора с помощью сферического подшипника. Внешнее кольцо заблокировано от прокручивания, и установлено в рамки для управления продольным и боковым отклонением плоскости тарелки.

Общий шаг несущего винта обычно регулируется через перемещение внутреннего кольца[6] вдоль вала. Таким образом, тяги смещают шарниры крепления с лопастями и меняют угол установки каждой лопасти на одинаковое[7] значение.

История[править | править вики-текст]

Из истории советского и российского вертолётостроения известно, что автомат перекоса изобрёл[8] русский учёный Б. Н. Юрьев в 1911 г., проложив тем самым дорогу для развития вертолётов, так как первые модели без автомата перекоса были способны только к существенно неустойчивому полёту[9].

Примечания[править | править вики-текст]

  1. [1] (конвертоплан Bell V-22 Osprey)
  2. Джонсон У. (_W.Йохнсон_) Теория вертолетов, том 2 (Мир, 1983)(ру)(Т)(529с)
  3. Приложение 1. Принцип работы автомата перекоса
  4. Rmodels.ru: Статьи: Радиоуправляемые вертолеты: Поговорим о теории
  5. У НАС В ГОСТЯХ ЖУРНАЛ «ХОББИ ДЛЯ ВСЕХ». МЫ — ПИЛОТЫ ВЕРТОЛЕТОВ! | № 11, 2006 год | Журнал «Наука и жизнь»
  6. Например, вместе с автоматом перекоса
  7. В первом приближении
  8. Данное устройство не было им запатентовано
  9. J. Gordon Leishman. The Hoppers // Principles of Helicopter Aerodynamics. — New York: Cambridge University Press, 2002. — P. 13. — 536 p.