Соосные несущие винты

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Соосный несущий винт»)
Перейти к навигации Перейти к поиску
Колонка несущих винтов на Ка-26
Воздушный винт АВ-90 на самолёте Ан-22

Соосная схемасхема постоения вертолёта, при которой пара установленных параллельно винтов вращается в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси. На винтокрылых аппаратах позволяет взаимно компенсировать реактивные моменты пары несущих винтов, сохранив максимально плотную компоновку приводов. Данная конфигурация наиболее широко представлена в серийно выпускаемых вертолётах фирмы Камов.

Описание[править | править код]

Соосные несущие винты позволяют получить требуемую силу тяги при относительно небольшом диаметре несущей системы (лопастях), так как хорошо используется ометаемая площадь, и нижний винт подсасывает добавочный воздух сбоку. Вертолёт с соосными несущими винтами имеет относительно малые габариты, достаточно компактен, что упрощает его обслуживание, хранение, транспортировку, расширяет область применения. Малые габариты, уменьшая разнос масс, создают малые моменты инерции, поэтому у вертолета большие угловые скорости вращения и высокая манёвренность.

Симметричная компоновка с минимальным разносом винтов упрощает пилотаж в условиях порывистого ветра, что особенно ценно при работе с кораблей или в горной местности. Отсутствие громоздкой хвостовой балки облегчает пилотирование на малых высотах, повышает безопасность полёта над пересеченной местностью, упрощает выполнение вынужденных посадок. Упрощается переход на режим самовращения несущих винтов и обучение полетам на вертолете.

Исключение потерь на привод хвостового винта дает возможность уменьшить диаметр несущих винтов потому, что улучшается использование мощности двигателя. Уменьшение длины лопастей винтов приводит к уменьшению веса конструкции вертолета и увеличению коэффициента весовой отдачи (отношения полезной нагрузки к полетному весу). Принципиально на соосном вертолете можно обеспечить меньший уровень вибраций, если нагрузки от винтов противоположны по фазе. Снижению уровня вибраций также способствует меньший диаметр несущих винтов, большее число лопастей и отсутствие проходящих через весь фюзеляж силовых валов.

Однако, по сравнению с классической схемой с рулевым винтом, соосная схема гораздо сложнее в техническом и конструктивном плане. Наличие двух, проходящих один в другом, соосных валов и реализация управления циклическим шагом винтов усложняют конструкцию трансмиссии, повышают стоимость её производства и эксплуатации. Для безопасной эксплуатации соосных вертолетов следует исключить схлёстывание лопастей при любых манёврах — большой разнос винтов дополнительно утяжеляет конструкцию и существенно увеличивает высоту вертолета, что особенно заметно при использовании винтов с шарнирным креплением лопастей.

При высоком расположении несущей системы, центра тяжести вертолета, упругом вале винта и шарнирном креплении лопастей усложняется решение проблемы земного резонанса. Некоторые особенности имеет и флаттер лопастей. На соосных вертолетах трудно устранить оборотные вибрации. Нижний несущий винт, работающий в потоке верхнего винта, имеет меньшую эффективность.[1]

Достоинства и недостатки[править | править код]

Достоинства соосной схемы:

  • минимальные габаритные размеры, так как лопасти соосных винтов короче несущих лопастей вертолётов с рулевым винтом схожего класса. Требуется минимальная по сравнению с другими схемами взлетно-посадочная площадка;
  • компактность трансмиссии. Практически вся трансмиссия расположена вдоль одного вала;
  • сравнительная простота управления. Все органы управления расположены рядом с трансмиссией, причём при совершении манёвров не затрачивается дополнительная мощность от двигателей;
  • лучшая устойчивость при прямолинейном движении на большой скорости вследствие уменьшения вибраций;
  • меньшее число критически уязвимых узлов, таких как хвостовая балка и рулевой винт одновинтовых вертолетов;
  • бо́льшая по сравнению с традиционной схемой тяговооружённость — минимум на 20 % на режиме висения. Нет потери мощности на рулевой винт, к тому же нижний винт работает не полностью в воздушном потоке верхнего винта, а подсасывает дополнительный воздух;
  • аэродинамическая симметрия схемы. Аппарат соосной схемы может совершать полет в любом направлении практически с одинаковой эффективностью;
  • уменьшение вибраций, чему способствуют меньшие размеры несущих винтов;
  • безопасность для обслуживающего персонала. Отсутствие хвостового винта уменьшает вероятность травм.

Недостатки:

  • ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов из-за их взаимного влияния в различных режимах полёта по сравнению с продольной и поперечной схемами;
  • сравнительно большая высота вертолёта вследствие большого расстояния между винтами, это в свою очередь увеличивает аэродинамическое сопротивление, которое отрицательно сказывается на максимальной горизонтальной скорости;
  • вероятность перехлеста лопастей на критических режимах полета. Перехлест может наступать приблизительно в таких же режимах полёта, что и у несущего винта с хвостовой балкой классической схемы;
  • несколько бо́льшая скорость планирования на режиме авторотации, то есть самовращения несущих винтов под действием набегающего воздушного потока;
  • более трудное обеспечение путевой устойчивости из-за присущего схеме короткого фюзеляжа, поэтому большинство соосных вертолетов имеет развитое вертикальное оперение;
  • сложность производства, ремонта и обслуживания[2]

История[править | править код]

Соосный несущий винт был известен задолго до идеи создания вертолёта с рулевым винтом.

  • В 1754 году «отец российской науки» Михаил Ломоносов предложил использовать для подъёма метеорологического зонда механизм с соосным винтом, механизм приводился в движение с помощью заводной пружины.
  • Первый патент на соосное расположение несущих винтов летательного аппарата был выдан в 1859 году англичанину Генри Брайту.
  • Во Франции Потон де-Амеркур в 1860 годах построил модель вертолета соосной схемы с паровым двигателем.[3]
  • Игорь Иванович Сикорский делал свои первые шаги в вертолетостроении в 1900 году именно с прототипов беспилотных вертолетов с соосным винтом.

[4]

  • В 1914 году датчанин Якоб Еллехаммер спроектировал свой соосный вертолет.
  • В Австрии Стефан Петроци построил несколько соосных беспилотных вертолетов с электромоторами в течение 19171920 годов.
  • Аргентинец Рауль Пескара построил соосный вертолёт в 19191920 гг.; вертолёт имел 4 винта, в противоположные стороны вращались пары винтов соединённые по типу биплана[5]. В начале 1920-х Рауль Петерас-Пескара работал над вертолетом соосной схемы, в котором впервые применил для управления вертолетом автомат перекоса.
  • В 1930 году итальянец Corradino d’Ascanio построил соосный вертолет, управление на котором осуществлялось с помощью серво-лопастей, аналогичное решение используется на Kaman HH-43 Huskie.
  • В течение 19301936 годов был построен первый соосный вертолёт с автоматами перекоса, вертолёт был построен французами Луи Бреге и Рене Дораном. Первым полностью управляемым стал вертолет Лабораторный гироплан (англ.), построенный Луи Шарлем Бреге и Рене Дораном в 1936 году[6][7].
  • Американец Стенли Хиллер в возрасте 18 лет построил первый соосный вертолёт XH-44 со сверхжёсткими стальными лопастями, и было это в 1944 году. Первый полёт вертолета соосной схемы с полностью металлическими лопастями совершил американец Стенли Хиллер в 1944 году. Конструкция оказалась настолько удачной, что сам Хиллер часто демонстрировал его устойчивость, отпуская рычаги управления и высовывая руки из окон.[8]

В Советском Союзе темой соосных вертолетов впервые занялся коллектив Яковлева в 1944 году, чуть позже в 1945 году за работу взялся коллектив энтузиастов под руководством Н. И. Камова (стоит отметить, что ещё в российской империи первые два прототипа вертолета Игоря Сикорского (создателя первого успешного вертолета классической схемы V-300) были выполнены по соосной схеме[6]). Вертолет Яковлева «Шутка» впервые поднялся в воздух 20 декабря 1947 года[9], а вертолёт Камова Ка-8 — несколько ранее, 12 ноября 1947 года[10]. Однако именно для конструкторского бюро Камова соосная схема стала основной, по сей день вертолёты Камова — единственные в мире вертолёты с соосной схемой, выпускаемые серийно.

В Советском Союзе первый соосник построили в КБ Яковлева, назывался он «Изделие Ш» или «Шутка», первый полет состоялся в 1947 году.

Соосная схема в авиамоделизме[править | править код]

Соосная авиамодель. Вертикальный хвостовой винт декоративный.

Упрощенная соосная схема широко применяется в самых простых и миниатюрных моделях вертолетов. В такой модели винты независимо управляются по скорости вращения, что обеспечивает стабилизацию модели по вращению и поворот. Полет вперед-назад чаще всего обеспечивается небольшим третьим горизонтальным хвостовым винтом, который регулирует перекос модели в продольном направлении.

Данный вид моделей обладает гораздо большей стабильностью по сравнению с классической схемой, что делает модель идеальной для новичков и/или полётов в закрытом помещении. Но у этой схемы есть минусы:

  • большинство таких моделей обладают фиксированным шагом, что значительно упрощает модель, но ухудшает управляемость модели по курсу;
  • невозможность полётов на улице в ветреную погоду.

Ссылки[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. К. Н. Лалетин, Практическая аэродинамика вертолета ка-26, Учебное пособие — Москва, «Транспорт», 1974
  2. Практическая аэродинамика вертолета Ка-26 / К.Н. Лалетин. — М.: "Транспорт", 1974.
  3. Early Helicopter Technology Архивировано 21 августа 2011 года.
  4. A History of Helicopter Flight Архивировано 13 июля 2014 года.
  5. Все вертолёты мира
  6. 1 2 Gyroplane Laboratoire (рус.). http://www.aviastar.org.+Проверено 4 апреля 2012. Архивировано 19 июня 2012 года.
  7. A History of Helicopter Flight (англ.). Проверено 4 сентября 2012. Архивировано 19 июня 2012 года.
  8. Вертолет Хиллер Xh-44-r (рус.). http://www.aviastar.org.+Проверено 4 апреля 2012. Архивировано 19 июня 2012 года.
  9. Яковлев ЭГ
  10. Вертолет Ка-8 (рус.). http://www.aviastar.org.+Проверено 4 апреля 2012. Архивировано 19 июня 2012 года.