Устройство вертолета - Вертолеты одновинтовой схемы
"Одновинтовая схема НВ состоит из несущего и рулевого винтов. Несущий винт, как уже отмечалось, создает подъемную и движущую силы. Рулевой винт (РВ) предназначен для уравновешивания реактивного момента НВ (исключения вращения корпуса вертолета относительно НВ), обеспечения управляемости и устойчивости вертолета одновинтовой схемы. Устройство и работа НВ рассмотрены выше, поэтому перейдем к рассмотрению рулевого винта (РВ).
РВ установлен на концевой балке. Вращение РВ осуществляется от главного редуктора валом хвостовой трансмиссии через промежуточный и хвостовой редукторы. Диаметр РВ меньше диаметра НВ, а частота вращения РВ больше. РВ имеет большой диапазон изменения углов установки лопасти (до 30°) — от положительных на обычных режимах полета до отрицательных на режиме самовращения НВ и при интенсивных левых разворотах вертолета.
Рулевой винт бывает тянущим и толкающим (по направлению тяги относительно втулки РВ). РВ большинства типов вертолетов — толкающий, установлен справа по полету на концевой балке. При такой компоновке повышается аэродинамическая эффективность винта и ограничивается дополнительная динамическая нагрузка концевой (килевой) балки воздушным потоком, отбрасываемым РВ.
Вращение РВ синхронизировано с НВ - при изменении скорости вращения НВ, соответственно изменяется скорость вращения РВ. Втулки РВ применяют с разнесенными или совмещенными горизонтальными шарнирами, осевыми шарнирами, но, как правило, без вертикальных шарниров, а также втулки на кардановом подвесе. Устройство типа автомата перекоса у РВ отсутствует, а управляют силой тяги РВ изменением угла установки лопастей. Углом установки лопастей управляют при помощи педалей из кабины экипажа, обеспечивая поворот вертолета по курсу. В прямолинейном полете направление силы тяги РВ перпендикулярно направлению полета.
В динамике, управление РВ выглядит следующим образом. Если НВ вращается по часовой стрелке, перемещение вперед правой педали вызовет уменьшение угла установки лопастей и как следствие, силы тяги РВ. Это, создаст путевой управляющий момент, под действием которого вертолет начнет поворачиваться вправо по курсу. При перемещении вперед левой педали угла увеличится угол установки лопастей, что вызовет увеличение силы тяги РВ и вертолет повернет влево. Однако при развороте вертолета по вращению НВ увеличится нагрузка на хвостовую трансмиссию. Превышение нормального (установленного исходя из конструктивных особенностей вертолета) темпа роста этой нагрузки крайне нежелательно. Для предотвращения недопустимого увеличения темпа нагрузки хвостовой трансмиссии при резком перемещении правой педали и системе путевого управления современных вертолетов устанавливают специальный демпфер, ограничивающий темп перемещения педалей. Поскольку сила тяги РВ и уровень нагрузки хвостовой трансмиссии пропорциональны плотности наружного воздуха, в системе путевого управления иногда устанавливают подвижный упор, автоматически ограничивающий максимальный угол установки лопастей РВ при уменьшении температуры и увеличении давления наружного воздуха. При уменьшении плотности (увеличении температуры) наружного воздуха подвижный упор автоматически убирается.
В современном вертолетостроении часто применяют многолопастный РВ в кольцевом канале киля (фенестрон). Такая конструкция имеет несколько существенных преимуществ - уменьшается вредное сопротивление вертолета, предотвращаются задевание вращающимися лопастями РВ за наземные предметы при маневрировании на предельно малых высотах, а также травмирование людей при работе вертолета на земле. Эффективность фенестрона существенно выше, чем открытого рулевого винта при одинаковых диаметрах, но, поскольку диаметр фенестрона в два с лишним раза меньше, чем диаметр обычного рулевого винта, он требует для создания одинаковой тяги большей мощности.
Кроме того, выпускают вертолеты с так называемым Х-образным, четырехлопастным РВ, лопасти которого имеют различные взаимные азимутальные углы установки на втулке (наподобие буквы X). РВ такого типа обладает преимуществами перед обычным (с равномерным азимутальным распределением лопастей) по уровню шума и уменьшению неблагоприятного воздействия на лопасти концевых вихревых шнуров, генерируемых соседними лопастями.
Основной расчетный режим работы РВ — висение вертолета. В режиме висения, РВ создает максимальную для установившихся режимов полета вертолета силу тяги, необходимую для уравновешивания реактивного момента НВ.
Существует оригинальная концепция системы компенсации реактивного момента - NOTAR (NoTail Rotor - без рулевого винта). Вместо рулевого винта на концевой части хвостовой балки устанавливается специальное устройство, в сопла которого подается воздух от вентилятора, установленного в хвостовой балке и имеющего привод от двигателя. Струйная система путевого управления и компенсации реактивного момента обеспечивает высокую маневренность, повышает живучесть и снижает уровень вибраций. Эксперименты по созданию вертолета без рулевого винта начались в США в конце 70-х годов. Впервые эта система была применена на базе вертолета ОН-6А, первый полет которого состоялся в декабре 1981 года.
К достоинствам одновинтовой схемы относят относительную простоту и дешевизну конструкции. Одним из главных недостатков одновинтовой схемы является срыв потока на отступающей лопасти, проявляющийся на больших скоростях. Именно это основная, ограничивающая скорость полета причина. Следует упомянуть также возможность перехлеста лопасти НВ с хвостовой балкой на некоторых одновинтовых вертолетах. Данная опасность становится реальна в первую очередь при нахождении вертолета на земле в случаях: раскрутки и остановки НВ в условиях сильного ветра и взаимного влияния НВ соседних вертолетов на стоянке