Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое тяга двигателя вертолета

ВЕРТОЛЕТ

ВЕРТОЛЕТ, винтокрылый летательный аппарат, называемый также винтокрылом, – летательный аппарат, у которого подъемная сила создается вращающимися винтами. Хотя полеты винтокрылых летательных аппаратов были осуществлены только в 20 в., сама концепция винтокрыла имеет намного более раннее происхождение. В рукописи Леонардо да Винчи (1452–1519) имеется рисунок машины с винтом на вертикальной оси, приводимым в движение мускульной силой летящего на ней человека. Это, несомненно, прообраз вертолета.

В настоящее время существуют как небольшие двухместные учебные вертолеты, так и гигантские транспортные винтокрылые машины, способные поднимать в воздух более 22 т груза и перевозить, например, гусеничные транспортные средства. Вертолеты – это высокоманевренные и универсальные летательные аппараты, предназначенные для выполнения разнообразных функций и не требующие больших и ровных площадок для взлета и посадки.

Самолеты могут лететь быстрее, чем вертолеты, но только в одном направлении. Вертолеты редко развивают скорости выше 320 км/ч, однако могут перемещаться в любую сторону и при необходимости зависать в воздухе.

О ПОЛЕТЕ ВЕРТОЛЕТА

Полет вертолета объясняется теми же законами аэродинамики, что и полеты любых других летательных аппаратов тяжелее воздуха, а именно – обтеканием воздухом лопастей винта или крыльев, создающих подъемную силу. В случае самолета воздух обтекает крыло, движущееся вперед. В случае вертолета воздух обтекает лопасть винта, вращающегося над фюзеляжем. Так как подъемная сила возникает при вращении винта, сам вертолет может перемещаться туда, куда его направят.

Крутящий момент.

Вследствие вращения винта на фюзеляж вертолета действует момент сил, закручивающий его в противоположном направлении. Существует несколько способов компенсации этого крутящего момента, и соответственно различаются схемы вертолетов.

Наиболее распространенной является схема с большим несущим винтом, устанавливаемым над фюзеляжем и обеспечивающим создание подъемной силы и горизонтальное перемещение, и небольшим хвостовым винтом, который вращается в вертикальной плоскости, как винт самолета, и используется для управления. Хвостовой винт создает силу тяги, момент которой противоположен крутящему моменту, порождаемому несущим винтом, и препятствует вращению фюзеляжа.

В двухвинтовой конфигурации вертолет имеет два несущих винта, вращающихся в горизонтальной плоскости. Винты устанавливаются на противоположных концах летательного аппарата и вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя моменты. В двухвинтовых схемах один винт располагается в передней части фюзеляжа, а второй – в хвостовой; такая схема называется продольной. У некоторых винтокрылов эти два винта расположены на концах поперечных выносных ферм (поперечная схема); по этой схеме выполняются летательные аппараты с поворотными воздушными винтами (см. ниже).

Наконец, существуют вертолеты с винтами, установленными друг над другом на одной оси и вращающимися в противоположных направлениях. Эта схема называется соосной. Соосная схема является одной из первых концепций винтокрылов, однако она нашла практическое воплощение только в Советском Союзе (вертолеты Н.И.Камова, который приступил к их конструированию еще в начале 1920-х годов).

Хотя схема вертолета с несущим и хвостовым винтами оказалась наиболее подходящей во многих отношениях, возникло желание убрать хвостовой винт, так как на его работу расходуется часть мощности двигателя, а лопасти могут представлять опасность. Фирма «Макдоннелл – Дуглас геликоптер» (США) разработала летательный аппарат, на котором крутящий момент гасится с помощью воздушной струи, выдуваемой из хвостовой части вертолета. Регулируя величину и направление реактивной силы струи, летчик создает компенсирующий крутящий момент.

Система управления полетом.

Управление полетом вертолета осуществляют с помощью четырех органов управления. Это рычаг управления двигателем, рычаг «шаг – газ», ручка управления и педали ножного управления рулевым винтом.

Рычаг управления двигателем регулирует подачу топлива и, следовательно, мощность двигателя.

Рычаг «шаг – газ» служит для регулирования подъемной силы посредством изменения общего шага лопастей несущего винта. Этот рычаг располагается слева от кресла летчика. Поднимая рычаг вверх, летчик увеличивает угол наклона (тангажа) лопастей – одновременно и одинаково сразу на всех лопастях. С увеличением угла тангажа подъемная сила винта возрастает.

Ручка управления используется для изменения направления движения: вперед, назад или вбок. Она расположена непосредственно перед летчиком. Накреняя ручку в желаемом направлении полета, можно в соответствующую сторону наклонить ось диска ротора. При наклоне оси диска вперед нос летательного аппарата наклоняется вниз, и создается ускорение, направленное вперед. При отклонении ручки управления «на себя» летчик поднимает нос летательного аппарата вверх, и вертолет движется назад.

Педали ножного управления рулевым винтом (т.е. рысканием) служат для изменения угла тангажа лопастей хвостового винта, используемого для компенсации крутящего момента. Чем больше угол тангажа лопастей хвостового винта, тем больше его тяга и тем больший крутящий момент от несущего винта он может погасить.

Управляемый полет вертолета возможен даже при остановке двигателя. Воздушный поток, возникающий при движении вертолета вперед или при снижении, поддерживает вращение винта. Это явление называется авторотацией. При относительно большой высоте полета у летчика хватит времени выбрать место для аварийной посадки, подлететь к нему и произвести мягкую посадку. Использование этого явления входит в программу обучения начинающих пилотов.

Вертолеты обладают качествами, которые позволяют применять их в нетрадиционных ситуациях. Для взлета и посадки они могут использовать любые небольшие площадки, включая палубы кораблей, крыши зданий, лесные поляны и пляжи. Для них не нужны специальные взлетно-посадочные полосы. Кроме того, они могут перевозить большие тяжести и опускать их в точно указанное место. Вследствие этого вертолеты способны выполнять разнообразные специфические задания, в частности высотные монтажные работы.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРТОЛЕТОВ

Впервые вертолеты использовали в военных целях во время Второй мировой войны для несения патрульной службы и спасательных работ. Эвакуация раненых с поля боя была главной задачей для вертолетов во время войны в Корее. Эти вертолеты имели поршневые двигатели, и поэтому скорость их полета и грузоподъемность были невысокими.

Американские вертолеты с газотурбинными двигателями появились во время войны во Вьетнаме. Роль вертолетов значительно возросла. Военные вертолеты использовались для наблюдения, транспортировки войск и снаряжения.

Позже вертолеты начали принимать активное участие и в боевых действиях. Вооруженный реактивными снарядами и ракетами, вертолет стал высокоэффективным средством борьбы с танками. Дальнейшее усовершенствование оптических приборов расширило возможности применения вертолетов для контроля за передвижением войск даже ночью (с помощью инфракрасных приборов ночного видения). Появились вертолеты-разведчики и вертолеты для выполнения специальных заданий, таких, как борьба с террористами.

В сухопутных войсках США насчитывается более 7000 действующих вертолетов. ВМС, морская пехота и ВВС США также используют вертолеты.

Вертолеты находят универсальное применение как транспортное средство. Они используются для воздушного наблюдения, поисковых и спасательных операций, перевозки людей и грузов, особенно в труднодоступных районах.

Почти четверть гражданских вертолетов США принадлежит частным компаниям. Служебные вертолеты компаний используются главным образом для перевозки работников в деловые центры, филиалы компании и аэропорты.

Вертолеты обслуживают также и обычных пассажиров. Во многих крупных городах имеются рейсовые вертолеты, которые курсируют между центром города и ближайшими аэропортами.

Рыбаки используют вертолеты для обнаружения косяков рыбы. Фермеры применяют их для обработки посевов, а лесничие – для обнаружения лесных пожаров. Универсальность вертолетов содействовала их успешному применению в многочисленных совершенно различных областях человеческой жизнедеятельности.

ДРУГИЕ ВИДЫ ВИНТОКРЫЛОВ

Существуют винтокрылы, не являющиеся, строго говоря, вертолетами. К ним относится автожир, авторотирующий винт которого создает подъемную силу, но не позволяет зависать в воздухе. Для взлета и посадки автожира требуется взлетно-посадочная полоса.

Хуан де ла Сиерва изобрел автожир в 1919. Первые модели его летательного аппарата были оборудованы ротором со свободно машущими лопастями из бамбука. Этот автожир не имел хвостового винта, так как на нем не нужно было конпенсировать крутящий момент.

Вертолеты более маневренны, чем самолеты с неподвижным крылом, но имеют меньшую скорость полета. Инженеры давно мечтали объединить достоинства этих различных типов летательных аппаратов.

Примером такого аппарата является конвертоплан (преобразуемый летательный аппарат). Этот летательный аппарат осуществляет взлет и посадку, как вертолет, однако он преобразуется в самолет с фиксированным крылом при полете в воздухе. Имеется несколько вариантов схемы таких преобразуемых аппаратов.

В одной схеме используется ротор с вращающимися лопастями для взлета и посадки. На высоте крейсерского полета лопасти останавливают. Затем их можно убрать внутрь фюзеляжа или оставить снаружи, используя в качестве крыльев. Был разработан проект и испытан опытный образец такой компоновки преобразуемого летательного аппарата.

Концепция преобразуемого летательного аппарата получила наибольшее развитие в компоновке самолета с поворотными винтами, располагаемыми на концах крыла этого летательного аппарата (см. САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ; АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ). Во время взлета и посадки винты вращаются в горизонтальной плоскости, как на вертолете поперечной схемы. При достижении высоты крейсерского полета гондолы винтов поворачивают на 90°, чтобы винты вращались в вертикальной плоскости подобно винтам двухмоторного самолета с фиксированным крылом. Были исследованы различные варианты этой компоновки. В США наибольших успехов добилась вертолетостроительная фирма «Белл», разработавшая, в частности, усовершенствованный СВВП XV-15, осуществляющий переход из вертикального полета в горизонтальный посредством поворота гондол несущих винтов.

Читать еще:  16 клапанный двигатель как обозначается

Фирма «Белл» совместно с «Боинг геликоптер» также разработала и запустила в производство СВВП с поворотными винтами, способный перевозить более 40 пассажиров. Этот многоцелевой военный самолет подходит и для выполнения многих гражданских задач. Так как для взлета и посадки такого самолета не нужны большие взлетно-посадочные полосы, его можно использовать для разгрузки аэропортов. См. также САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ.

ЛЕТАЮЩИЕ ПЛАТФОРМЫ

Одним из видов винтокрылых летательных аппаратов являются летающие платформы. Подобно вертолетам и конвертопланам, они удерживаются в режиме висения подъемной силой, создаваемой при непрерывном ускорении вниз масс окружающего воздуха.

В отличие от транспортных средств на воздушной подушке, летающие платформы способны подниматься на значительную высоту. Летающая платформа – это винтокрылый летательный аппарат, у которого размер несущего винта мал по сравнению с корпусом.

Первый свободный полет летающей платформы был осуществлен 4 февраля 1955. Построенная вертолетостроительной фирмой США «Хиллер» платформа имела диаметр 1,8 м. Вращение винтов осуществляли два двигателя.

Летающие платформы имеют три недостатка, и все они обусловлены малыми размерами несущих винтов. Во-первых, вследствие малого размера несущего винта для создания нужной подъемной силы приходится увеличивать скорость струи. Такая струя вызывает эрозию почвы и поднимает тучи пыли. Кроме того, для создания высокоскоростной струи нужен двигатель большой мощности и много топлива. Во-вторых, из-за малых размеров несущих винтов в случае отказа двигателя большая скорость снижения платформы может привести к катестрофе. Чтобы решить эту проблему, летающие платформы оборудуют несколькими отдельными двигателями. В-третьих, при таких соотношениях между размерами несущих винтов и летательного аппарата в целом возникает значительная аэродинамическая интерференция, особенно сильная при горизонтальном полете. Эти помехи существенно ухудшают характеристики устойчивости и управляемости.

Камов Н.И. Винтовые летательные аппараты (автожиры и геликоптеры). М., 1948
Ружицкий Е.С. Безаэродромная авиация. М., 1959
Бирюлин В.А. Винтокрыл Ка-22. – Крылья Родины, № 8, 1980
Изаксон А.М. Советское вертолетостроение. М., 1981

Проект парового вертолета А. Кривки (США)

До появления разумных альтернатив создатели первых экспериментальных летательных аппаратов нередко пытались использовать паровые двигатели. Однако подобные устройства не отличались высокими характеристиками и потому не давали желаемого результата. Позже были внедрены двигатели внутреннего сгорания, позволившие отказаться от пара и получить приемлемые характеристики. Тем не менее, идея использования тепла и воды не была окончательно забыта. Так, в середине семидесятых годов прошлого века был предложен оригинальный проект летательного аппарата с паровой силовой установкой.

В начале сентября 1974 года очередную заявку на получение американского патента подал конструктор Александер Кривка. Узкому кругу любителей авиации этот человек известен как руководитель и главный конструктор компании Verticraft Corporation. В начале шестидесятых годов его организация пыталась присоединиться к программе создания летательных аппаратов вертикального взлета. Она предложила оригинальный вариант решения поставленных задач, но не добилась заметных успехов. Впоследствии А. Кривка продолжил работу в авиационной отрасли и предложил ряд новых идей. Кроме того, он смог получить несколько патентов на новые агрегаты и даже на полноценные образцы авиационной техники.

Тема патента за номером US3930625, выданного в самом начале 1976 года, выглядела просто, но интригующе: Steam-powered aircraft – «Паровой летательный аппарат». Для того времени применение пара было явным анахронизмом и уж тем более странным для сферы вертолетов. Тем не менее, американский инженер смог разработать и предложить весьма интересную схему летательного аппарата, позволяющую получить максимальную выгоду от не самого совершенного двигателя. Впрочем, даже эти идеи не позволили оригинальному проекту выйти из категории технических курьезов.

Строить оригинальный летательный аппарат, способный решать различные задачи, предлагалось по схеме реактивного вертолета с отдельным воздушным винтом для горизонтальных полетов. Для получения желаемых результатов А. Кривка предложил приводить винты во вращение при помощи сопел-форсунок на концах лопастей. По его расчетам, это позволяло получить требуемую скорость вращения с созданием нужной тяги. Одновременно с этим запатентованный проект предлагал использование некоторых других агрегатов того или иного назначения.

На чертежах, прилагавшихся к патенту US3930625, изображался летательный аппарат специфической компоновки. Все основные агрегаты такого вертолета должны были располагаться в фюзеляже необычной конструкции, либо на некоторых дополнительных устройствах. Предлагалось использование фюзеляжа характерной формы, имеющего крупную переднюю кабину, а также центральную и хвостовую секцию сокращенных размеров. Изобретатель предлагал использовать кабины разных размеров, соответствующие требованиям к конкретному образцу. Таким образом, вертолет оригинальной схемы мог брать на борт только пилота или летчика и нескольких пассажиров.

Фактически к конструкции передней кабины предъявлялись только два требования. Она должна была иметь не слишком большую ширину, а заднюю ее часть следовало выполнять сужающейся. Все это было необходимо для сокращения аэродинамического затенения одного из воздушных винтов. Все прочие особенности кабины могли определяться разработчиками проекта в соответствии с имеющимися требованиями.

Центральный и хвостовой отсеки фюзеляжа должны были иметь небольшую высоту при достаточной ширине. Определенные особенности конструкции позволяют называть эти элементы фюзеляжа хвостовой балкой. При этом внутри небольших объемов должны были размещаться некоторые агрегаты паровой силовой установки. В частности, именно в хвосте планировалось поместить средства сжигания топлива и котел, а также резервуар для транспортировки воды. Также фюзеляж должен был вмещать часть трубопроводов для подачи пара к воздушным винтам.

Непосредственно позади кабины на фюзеляже должен был устанавливаться кожух «маршевых» воздушных винтов, имеющий крупный кольцевой канал. Его предлагалось выполнять в виде крупного кольца с двойными стенками, имевшими внутреннюю полость. Внутренняя поверхность канала должна была иметь сплошные прорези, необходимые для взаимодействия с некоторыми деталями винтов. Вертикально в канале помещалась стойка с креплениями для втулок всех винтов и необходимыми трубопроводами.

По задумке А. Кривки, перспективный вертолет мог бы оснащаться котлом любой архитектуры, имеющим достаточную производительность. При этом следовало обеспечить возможность производства необходимого количества пара в течение длительного времени с повышением производительности в нужные моменты. Котел, топка и топливные емкости должны были помещаться в свободных объемах балки фюзеляжа. На имеющихся чертежах, среди прочего, предлагалось выведение выхлопной трубы через отверстие в хвостовом обтекателе. Для нагрева воды следовало использовать жидкое топливо. За счет изменения давления в топливной и паровой магистралях можно было изменять общие параметры силовой установки.

Наибольший интерес в проекте парового вертолета представляет винтовая группа, располагаемая позади кабины. Внутри кольцевого канала следовало помещать сравнительно сложные устройства, обеспечивающие решение ряда задач при помощи поступающего под давлением пара. Изобретатель рассматривал возможность применения нескольких вариантов привода, имеющих определенные сходства.

Кольцевой кожух с каналом вертикально расположенных винтов следовало выполнять в виде крупного металлического агрегата со стенками каплеобразного сечения. На вертикальной оси предусматривалось несколько отверстий для монтажа разных устройств. На внутренней кольцевой поверхности предусматривались параллельные сплошные прорези, необходимые для обеспечения работоспособности винтов. Сверху на стенке кольцевого канала следовало помещать втулку несущего винта. Внутренняя стойка агрегата предназначалась для установки ряда трубопроводов, механических приводов и т.д. – в зависимости от выбранной архитектуры.

Вертолет А. Кривки мог использовать несущий винт реактивного типа, построенный по т.н. компрессорной схеме. Через герметизированные соединения на втулке винта пар должен был поступать во внутренние трубы лопастей, на конце которых имелись сопла-форсунки. Выходя из сопел, пар должен был раскручивать винт до требуемой скорости. Такая конструкция втулки не исключала возможность использования автомата перекоса стандартного вида. С его помощью пилот мог контролировать тягу винта.

Также в патенте рассматривалась возможность использования двух соосных несущих винтов. Такой вариант несущей системы отличался большей сложностью, но не имел никаких принципиальных отличий. Для раскрутки винтов так же должен был использоваться пар, истекающий из сопел.

Для создания достаточной горизонтальной тяги, необходимой для поступательного полета, изобретатель предложил использовать один или два воздушных винта с двумя или четырьмя лопастями, размещенные внутри кольцевого канала. При этом А. Кривка рассмотрел возможность применения двух вариантов их привода, основанных на разных вариантах подачи пара под давлением. В первом случае предусматривалось использование подвижных форсунок, в последнем – стационарное их размещение.

Читать еще:  Что такое двигатель наружного сгорания

Первый вариант «маршевых» винтов должен был получать паровую магистраль, проходящую через центральную стойку кожуха. В центральной части этой стойки предусматривались средства для монтажа двух втулок винтов, спереди и сзади. При помощи герметизированных подвижных соединений, аналогичных использованным в конструкции несущего винта, пар должен был поступать в трубки лопастей. При этом изогнутое сопло находилось за пределами лопасти. Для сокращения потерь пара и воды А. Кривка предложил пропустить трубки лопастей через прорези внутренней стенки кольцевого канала.

Таким образом, выходящий из сопел пар должен был оставаться внутри полых стенок кольцевого канала и конденсироваться, передавая часть тепловой энергии атмосферному воздуху, обдувающему этот агрегат. Остывшая и осевшая вода должна была под собственным весом стекать вниз и поступать в соответствующий резервуар. Вероятно, могли иметь место некоторые утечки пара через прорезь, однако значительная его часть должна была оставаться в пределах агрегата-конденсатора.

Вторая версия «маршевых» винтов предусматривала использование иного привода. В таком случае втулки винтов могли отличаться упрощенной конструкцией и не должны были оснащаться средствами подачи пара. Четырехлопастный воздушный винт предлагалось комплектовать внешним кольцом, соединяющим законцовки лопастей. На внешней поверхности такого кольца следовало устанавливать большое число мелких лопаток. Фактически это кольцо представляло собой т.н. рабочее колесо турбины.

Кольцо с лопатками должно было входить в прорезь внутренней стенки кожуха винтов. Пар предлагалось подавать по жестко закрепленной трубе и выводить через неподвижную форсунку. Истекающий поток должен был взаимодействовать с лопатками рабочего колеса и раскручивать его вместе с винтом. Для повышения эффективности такого привода рядом с форсункой мог располагаться дополнительный лоток, позволявший увеличить время взаимодействия пара с лопаткой.

За счет плотной подгонки кольца и кожуха весь пар должен был оставаться внутри последнего. Далее пар контактировал с обдуваемыми стенками кольцевого канала, охлаждался и конденсировался. Осевшие капли воды должны были стекать в нижнюю часть кожуха и оттуда поступать в основной резервуар для последующей подачи в котел.

Некоторые схемы из опубликованного патента показывают возможность дополнительного сокращения потерь пара за счет отсутствия реактивного привода несущего винта. В таком случае он мог иметь механическую связь с «маршевым» винтом и раскручиваться за счет его форсунок. Втулка малого винта должна была соединяться с осью несущего при помощи конической зубчатой передачи. Паровой вертолет с соосными несущими винтами, соответственно, должен был иметь две механические передачи для связи двух пар винтов.

Оригинальный паровой вертолет должен был получить как стандартные, так и необычные органы управления. Так, у традиционных летательных аппаратов могли заимствоваться ручки общего и циклического шага. С их помощью можно было изменять тягу несущего винта (винтов) и управлять перемещениями машины по вертикали. Для выполнения маневров летчику предлагалось использовать автомат перекоса, позволяющий изменять угол атаки лопастей и другие параметры винта. Связь ручек с исполнительными механизмами могла осуществляться при помощи тросов или жестких тяг.

Нововведением проекта А. Кривки было использование отдельной системы управления воздушными винтами. Контролировать их работу предлагалось при помощи клапанов, изменяющих параметры подачи пара к винтам. Увеличение давления позволяло повысить скорость вращения винта и его тягу, тогда как дросселирование должно было приводить к противоположному результату. Схожие средства могли использоваться в системе привода несущего винта, оснащенного реактивными соплами.

Оригинальная схема летательного аппарата с возможностью вертикального или укороченного взлета, оснащенного паровой силовой установкой, была предложена в начале семидесятых годов. Позже изобретатель подал заявку и получил патент на свою разработку. На этом, однако, история оригинального предложения закончилась. По-видимому, никто не захотел развивать и испытывать новую архитектуру вертолета. В результате любопытное техническое предложение так и осталось на бумаге и не оказало никакого влияния на дальнейшее развитие авиационной техники.

Причины отсутствия интереса со стороны инженеров, ученых и эксплуатантов техники были весьма просты и понятны. Оригинальный вертолет должен был использовать паровую силовую установку, которая по определению не может показывать высокий коэффициент полезного действия. При существовании большого количества поршневых и газотурбинных двигателей, отличающихся высокой эффективностью по топливу и большим весовым совершенством, паровая машина, вне зависимости от ее конструкции и реальных характеристик, в современном проекте летательного аппарата выглядела не более чем техническим курьезом.

Тем не менее, Александер Кривка нашел любопытный способ получения максимальной отдачи от не самой совершенной силовой установки. Пар предлагалось использовать не в поршневой машине, но в составе системы, основанной на других принципах. Один вариант воздушных винтов, предлагавшихся для обеспечения поступательного движения, основывался на реактивном принципе, тогда как второй оснащался турбиной радиального типа. Несущий винт или винты предлагалось приводить в движение при помощи реактивной системы или за счет механического привода от других винтов, имеющих собственные средства раскрутки.

В то же время, оригинальная концепция имела самые серьезные недостатки технического характера. Для создания потребной тяги винтов вертолет нуждался в производительном котле, а также в эффективных реактивных форсунках-соплах или турбинах. Естественно, все подобные устройства должны были отличаться большими размерами и массой. Решение этой проблемы с получением приемлемых летно-технических характеристик было прямо связано с использованием более мощной силовой установки, что могло привести к новому утяжелению конструкции.

Проект А. Кривки предлагал некоторые интересные идеи в части использования паровых двигателей в авиации и, возможно, позволял получить некоторые результаты даже при применении не самой совершенной силовой установки. Тем не менее, оригинальная разработка не имела никаких реальных перспектив, что было связано с особенностями истории авиационной техники. В свое время новейшие двигатели внутреннего сгорания вытеснили паровые машины из ряда сфер, а для авиации даже стали стандартом. Паровые системы уже не могли потеснить бензиновых или керосиновых конкурентов, даже при использовании тех или иных оригинальных идей.

Любопытное с технической точки зрения, но бесполезное в практическом смысле изобретение ожидаемо не сошло с чертежей. Даже спустя несколько десятилетий после выдачи патента оно не сможет оказать никакого влияния на развитие авиации. Впрочем, и без практической реализации патент за номером US3930625 в очередной раз показывает, какие интересные и даже забавные идеи могут предлагаться авиаконструкторами, занимающимися поисками новых схем.

Первый реактивный вертолет. Судьба В-7

В середине 1950-х, когда в основном завершилось проектирование вертолета Ми-6, конструкторы ОКБ имени М.Л. Миля приступили к поиску путей дальнейшего увеличения грузоподъемности винтокрылых летательных аппаратов. Одним из наиболее приоритетных направлений в те годы считалось создание винтокрылых машин с приводом несущего винта (НВ) от реактивных двигателей, установленных на концах лопастей.

Ожидалось, что отсутствие механической трансмиссии не только упростит и облегчит конструкцию вертолета, но и значительно повысит его весовое совершенство. Так как при таком приводе реактивный момент НВ отсутствует, то исчезает и надобность в энергоемких и громоздких средствах его парирования, что также упрощает компоновку и центровку вертолета. Из всех видов реактивного привода наиболее экономичным представлялась установка с ТРД.

Конструкторы рассматривали эскизный проект сверхтяжелого вертолета-крана с несущим винтом диаметром около 60 м, но прежде чем приступить к его более тщательной проработке, М.Л. Миль решил построить маленький опытный четырехместный вертолет, на котором опробовать данную концепцию и приобрести необходимый опыт. Получил поддержку ГВФ и военных. В декабре 1956 г. правительство издало постановление о разработке опытного вертолета В-7 с реактивным приводом несущего винта. Проектирование и строительство винтокрылого аппарата, самого маленького и легкого из когда-либо построенных милевцами, двигалось очень быстро. В декабре 1957-го рабочее проектирование было в основном закончено и в опытном производстве 329-го завода заложили сразу серию из пяти машин. Ведущим конструктором по В-7 назначили сначала А.В. Кочкина, а затем Г.Г. Лазарева.

Основу конструкции составлял цельнометаллический каплевидный фюзеляж полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части силовых шпангоутов монтировалась на болтах литая плита. К фланцу плиты крепился редуктор, состоявший из вала НВ (на его оси смонтировали втулку несущего винта с лопастями и автомат перекоса) и приводов агрегатов. К переднему торцу плиты присоединялся кронштейн с качалками управления и гидроусилителями. По бокам фюзеляжа находилось три двери.

В кабине помимо летчика могли разместиться три пассажира или носилки с больным и сопровождающий медработник. Под полом находился топливный бак. Помпа подавала горючее в топливный регулятор, затем в коллектор вала НВ, и оттуда центробежная сила гнала керосин к ТРД на концах двухлопастного несущего винта.

Лопасти прямоугольной формы имели стальной лонжерон с деревянным каркасом и фанерной обшивкой. Они крепились к втулке посредством осевых и общего горизонтального шарниров. В носке лопастей были проложены две трубки топливопитания. Электропроводка проходила внутри лонжерона. Вверху на конце вала НВ монтировался токосъемник приборов силовой установки.

Читать еще:  Что такое экономайзер в двигателе

Конструкторы вертолета при разработке системы путевого управления планировали обойтись хвостовым оперением в индуктивном потоке, но сопровождавшие разработку В-7 исследования моделей в аэродинамической трубе показали необходимость сохранения рулевого винта. Его установили сзади фюзеляжа, на короткой трубчатой ферме. Таким образом, избежать установки на вертолет трансмиссии не удалось.

На В-7 конструкторы впервые применили шасси полозкового типа. Смонтированные на задних поперечных трубах гидроамортизаторы служили для предупреждения земного резонанса. В-7 оснащался облегченным комплектом приборного оборудования, предусматривалось его оснащение в военном варианте и навесной системой вооружения.

Одной из сложнейших задач при строительстве и доводке В-7 стала сильная зависимость от смежников — создателей силовой установки. Успешное воплощение идеи вертолета с реактивным приводом НВ зависело, в первую очередь, от разработки достаточно легких и малогабаритных двигателей, способных надежно работать при воздействии центробежных сил и больших перегрузок, а также надежных систем топливопитания и управления ими. Из многих руководителей авиамоторных ОКБ, привлеченных к решению проблемы, за создание ТРД взялся только главный конструктор А.Г. Ивченко. Под его руководством разработали ТРД АИ-7 с центробежным компрессором и одноступенчатой турбиной. Для уравновешивания гироскопических моментов ТРД оснастили тремя маховиками, вращавшимися в сторону, противоположную турбине. Решение было простейшим, но, как показали дальнейшие события, неправильным.

Двигатели АИ-7 поступили на 329-й завод в декабре 1959-го, когда вертолет уже собрали. Сразу после первого запуска ТРД возникли трудности с силовой установкой: двигатель не выходил на рабочие обороты и не развивал заданную тягу, перегревалась маслосистема. Причиной малых оборотов была большая потребная мощность для вращения маховиков. Поэтому их пришлось снять с двигателей.

Для улучшения охлаждения в ОКБ спроектировали уникальный трубчатый маслорадиатор, установленный вокруг воздухозаборника. Теперь АИ-7 стал развивать расчетную тягу, но все нагрузки от гироскопического момента перешли на несущую систему вертолета.

Вертолет с реактивным приводом НВ оказался значительно сложней, чем предполагалось. Доводка В-7 и его силовой установки растянулась на многие годы. Для совершенствования АИ-7 привлекли специалистов и испытательные лаборатории ЦИАМ. Несколько лет ушло на обеспечение работы двигателей при воздействии центробежных сил, и только 19 февраля 1962-го предприняли попытку подъема в воздух на привязи. В-7 не смог оторваться от земли. Под воздействием гироскопического момента двигателей лопасти НВ закручивались на отрицательный угол, их обшивка покрывалась гофрами, что вместе с незакапотированными двигателями создавало большое сопротивление вращению.

Кроме того, гидроусилитель в системе управления общим шагом НВ оказался недостаточным для преодоления нагрузок. Вибрации вертолета были большие. Вновь потребовались многие месяцы переделок и доводки. Двигатели отправлены на доработку, лопасти отремонтированы, гидроусилитель системы управления общим шагом заменен на более мощный, для двигателей спроектированы капоты.

В апреле 1965 г. испытания В-7 на привязи вновь возобновились, но при первой раскрутке заклинило один из двигателей. Пришлось его возвращать на завод-изготовитель. Наконец, 20 сентября испытателям удалось дважды добиться устойчивого зависания. Испытания проводил механик В.А. Колосков. Висение происходило на пониженных оборотах НВ, так как в этом случае двигатели создавали меньший крутящий момент и лопасти не деформировались.

В 1965-м испытатели должны были проверить фактическую мощность на различных оборотах НВ, однако этот год стал последним в истории разработки В-7. Во время испытания на максимальных оборотах и взлетном режиме двигателей 11 ноября 1965 г. произошло разрушение почти одновременно обеих силовых установок. Как выяснилось позже, взлетные обороты АИ-7 были критическими. Компрессоры вошли в резонансные колебания и, выломав корпуса, улетели вместе с задними частями двигателей. Вертолет без повреждений плавно опустился на землю.

Конструкторы вынуждены были признать дальнейшую доводку АИ-7 бесперспективной. Свои надежды они возлагали на разработанный в ЦИАМ новый ТРД МД-3, гироскопический момент на котором уравновешивался за счет противоположного вращения компрессора и турбины. Но и этот двигатель нуждался в длительной доводке, как, впрочем, и многие другие элементы вертолета. Расход топлива при схеме с реактивным приводом несущего винта оказался значительно больше, чем ожидалось. Высок был и уровень шума. Увеличивать грузоподъемность вертолетов в 60-е годы М.Л. Миль посчитал более целесообразным путем использования многовинтовых схем с механической трансмиссией. Доводку В-7 прекратили.

В-7 является первым и единственным в мире реактивным вертолетом с ТРД на концах лопастей. Милевцы приобрели бесценный опыт в создании винтокрылых летательных аппаратов такого типа. На основе проведенных испытаний они сделали вывод о реальности постройки в будущем вертолета с ТРД на концах лопастей. Преимущества такого вертолета будут расти с увеличением его размерности.

В чём отличия конструкции вертолётных моторов Scorpion от самолётных?

Тема раздела Электродвигатели, регуляторы, мотоустановки в категории Cамолёты — Электролеты; Мешают ли какие-то конструктивные особенности вертолётных использовать их с пропеллером на самолёте? Или надо всего лишь добавить крестовину с цангой, .

Опции темы
  • Версия для печати
  • Отправить по электронной почте…
  • Подписаться на эту тему…

В чём отличия конструкции вертолётных моторов Scorpion от самолётных?

Мешают ли какие-то конструктивные особенности вертолётных использовать их с пропеллером на самолёте?

Или надо всего лишь добавить крестовину с цангой, выбрать мотор с нужным Кv, и нет проблем?

Я так полагаю, что в Kv и есть разница.

У них там вал выходит наружу только с одной стороны и он длиннее.
В комплект не входит крепёж и цанга.

Но вал можно и укоротить, это не проблема.
Цангу купить.

А вот нет ли каких-нибудь особенностей, не позволяющих выдерживать осевую нагрузку от тяги винта?

Я не думаю, что там есть какие-то отличия в креплении вала. Та же запорная шайба стоИт. Только в чем смысл-то? Двигателей заточенных под самолет не хватает?

Хватает.
Но в московских магазинах почему-то больше ассортимент именно вертолётных.
Диаметром 40 так только они.
Поэтому такой вопрос и возник.

Вот с примерно одинаковым Kv, один вертолётный НК4020, другой самолётный S3032.
В чём принципиальная разница, кроме длины вала и набора крепежа?

И почему на вертолётном большего размера разъёмы?

Короткий мотор крепить было бы удобнее. Но длиннее почему-то самолётный. Почему?

Отвечаю на свой вопрос сам, начитавшись и насмотревшись на www.scorpionsystem.com

Сравнивал вертолётные и самолётные примерно одной мошности и Kv.

Применить вертолётные на самолёте можно, для этого фирма всего лишь рекомендует купить не входящие в комплеки вертолётных цангу и крестик-крепление.
«they do not include a prop adapter. If you intend on running a prop on this motor, you will need to purchase a prop adapter for a 5mm shaft.»

Но!
Вал вертолётных моторов для жёсткости внутри мотора гораздо толще. Здесь, на картинке наверху, он целых 8 миллиметров, а снаружи уменьшается до 5.
«For maximum strength . 8mm motor shaft that is ground down to a 5mm diameter at the output end»

Внутренность немного другая. У вертолётного меньше число магнитов.
У левого их 12 и 8
No. of Stator Arms 12; Magnet Poles 8

у правого 12 и 14
No. of Stator Arms 12; Magnet Poles 14.

Цилиндрические разъёмы у вертолётных большего диаметра, чем у самолётных с примерно таким же максимальным током.

Мне кажется все таки будут проблемы.
Этот вертолетный двигатель расчитан на 6-7 банок. 910 умножаем на 22 получаем порядка 21 тысячи оборотов.
Самолетный с таким Кv работает на 3-4 х банках.
При снятии с него заявленной мощности он будет потреблять раза в полтора — два больший ток чем в вертолетном режиме. Выдержит ли он такой ток? Неизвестно.
Формулу мощность равна произведению тока на напряжение никто ещё не отменял.
Возможно я и зря страху нагоняю, но мне видется это так. Я бы не эксперементировал.

Нет, дело не в этом.
Вертолётный действительно, я думаю, оптимизирован под работу при гораздо больших оборотах, поэтому и магнитов меньше.
И КПД при самолётных оборотах у него будет меньше, но не в полтора или два раза.
Так что использовать вертолётный как самолётный можно ( об этом и сам производитель пишет на сайте — If you intend on running a prop on this motor, you will need to purchase a prop adapter ).
Но не стоит это делать.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector