Характеристика вертольотів
Вертоліт, літальний апарат важчий за повітря з вертикальними зльотом і посадкою, підйомна сила в якому створюється одним або декількома (частіше двома) несучими гвинтами.
Слово "гелікоптер" введено замість іноземної "гелікоптер". Вертоліт злітає вертикально вгору без розбігу й здійснює вертикальну посадку без пробігу, нерухомо висить над одним місцем, допускаючи поворот навколо вертикальної осі в будь-яку сторону, виробляє політ у будь-якому напрямку зі швидкостями від нуля до максимальної. Під час вимушеної зупинки двигунів у польоті вертоліт може зробити плануючий спуск і посадку, використовуючи самовращеніе (авторотацію) несучих гвинтів. Щоб уникнути зриву потоку з лопатей і для збільшення швидкості польоту деякі вертольоти мають невелике крило, що розвантажують несучі гвинти.
Залежно від способу зрівноважування реактивного моменту несучого гвинта розрізняють вертольоти: одногвинтові (з хвостовим гвинтом або з реактивним приводом несучого гвинта), двухвінтовая (співвісні; поздовжньої схеми; з перехресними осями несучих гвинтів; з поперечним розташуванням несучих гвинтів, або поперечної схемою) і многовінтовие . З них одержали поширення вертольоти: одногвинтові з хвостовим гвинтом (без крила і з крилом); двухвінтовая співвісні і вертольоти поздовжньої схеми.
Вертольоти будь-якої схеми складаються з планера аналогічного літакового (фюзеляж, шасі, органи управління, електро-, радіо-і навігаційне обладнання тощо), гвинтовий несучої системи (несучих гвинтів), рухової (силовий) установки, трансмісії (приводу). Одногвинтові вертольоти з механічним приводом, крім того, мають хвостовий гвинт і систему управління ім.
Переважна більшість конструкцій несучих гвинтів вертольотів виконано з шарнірною підвіскою лопатей. Така підвіска дає можливість лопатей здійснювати махове рух, що забезпечує балансування вертольота у всьому діапазоні швидкостей польоту. У той же час махове рух лопатей ставить межу збільшення швидкості польоту вертольота понад 350-370 км / год через зрив потоку на них. У 1965 році з'явилися вертольоти американської фірми "Локхід" з безшарнірнимі напівжорсткими гвинтами, у яких махове рух кінців лопатей здійснюється внаслідок пружного вигину лопатей. А в 60-ті роки ХХ століття почалися розробки конструкцій жорстких гвинтів, у яких практично усунуто махове рух.
Такі гвинти можуть бути застосовані лише в двухвінтовая соосной системі, що забезпечує балансування і керування вертольота. Жорсткі співвісні гвинти не маючи зриву потоку дозволять довести швидкість польоту до 500-600 км / год. Основні три типи конструктивного виконання лопастей - змішана конструкція зі сталевим трубчастим лонжероном; суцільнометалева конструкція з пресованим з алюмінієвого сплаву лонжероном; цельностеклопластіковая лопать. Аеродинамічна компановка лопатей залежить від призначення вертольота і визначається умовами зльоту, значенням максимальної швидкості кінця лопаті при максимальній швидкості польоту.
Управління несучими гвинтами складається з двох систем: циклічного управління кроком лопатей і управління спільним кроком лопатей. Циклічне управління кроком лопатей виконується автоматом перекосу, винайденим Б. Н. Юр 'євим в 1911 році.
Автомат перекосу розташований на осі гвинта і складається з двох кілець, підвішених на кардані до нерухомої опори. Внутрішнє кільце з'єднане з тягами поздовжнього і поперечного управління; зовнішнє кільце - з тягами керуючими лопатями.
Під дією тяг управління внутрішнє кільце автомата перекосу нахиляється, викликаючи синусоїдальна зміна кутів установки лопатей в осьовому шарнірі і появою горизонтально складової тяги несучого гвинта, яка викликає поступальний рух вертольота і нахиляє його у бік руху. Управління спільним кроком лопатей здійснюється одночасним поворотом їх в осьовому шарнірі щодо поздовжньої осі лопаті за допомогою важелів і тяг і служать для зміни вертикального режиму польоту: при одночасному збільшенні кута установки всіх лопатей вертоліт піднімається; при одночасному зменшенні кутів - опускається. Поздовжнє і поперечне управління вертольотом здійснюється через автомати перекосу; колійне управління - зміною кроку лопатей хвостового гвинта (на одногвинтових вертольотах) або одночасною зміною загального кроку лопатей у протилежних напрямках (на співвісних вертольотах). При переході на режим безмоторного планування (режим самовращенія несучих гвинтів) опусканням важеля загального кроку зменшують кут установки лопатей до 3-5 градусів.
Найбільшого розвитку вертольотобудування досягло в Росії (науково-конструкторські колективи під керівництвом М. Л. Міля і Н. І. Камова), в США (фірми "Сікорський", "Боїнг", "Белль", "Каман"). Франції ("Сюд-Авіас"), Англії ("Уестленд") і Італії ("Агуст"). Вертольоти широко застосовуються в народному господарстві, на роботах з боротьби з сільськогосподарськими шкідниками і хворобами садів, виноградників і цінних технічних культур, а також по підгодівлі посівів; для транспортних і пасажирських перевезень, при проведенні геологорозвідувальних робіт, для гравеметріческой зйомки, для розвідки льодової обстановки, для патрулювання ліній високої напруги, газо-і нафтопроводів, для перевезення і монтажу великогабаритного обородувания, установки щогл та інших монтажних робіт, для санітарних і рятувальних робіт і т.д.
Вертольоти "Мі"
Дослідно-конструкторське бюро ім. М. Л. Міля було створено в 1947 році. До цього часу колектив ОКБ завершив роботу над проектом одногвинтового літального апарату. Перший політ вертольота був виконаний в 1948 році. Він успішно витримав льотні і державні випробування: машина добре зависала, продемонструвала високу маневременность і задовільну стійкість. У 1950 році почалося серійне виробництво першого в країні вертольота, який отримав назву МІ-1. І вже в наступному році на повітряному параді, що проходив на Московському аеродромі в Тушино, брала участь група цих машин.
Викликає певний інтерес заява, зроблена у той час англійською пілотом Дж.Фрікером, який порівнював МІ-1 з аналогічними західними вертольотами S-51 і "сикамор": "МІ-1 в порівнянні з" сикамор "має корисним надлишком потужності, що забезпечує хороші льотні показники в тропічних умовах і на великих висотах польоту. "сикамор" завжди вважався одним з кращих вертольотів через невеликі вібрація6 але мабуть, МІ-1 навіть краще його і не має жодної із зазвичай спостерігаються форм вібрацій малих амплітуд ...
МІ-1 також приємний відносно невеликим рівнем шуму: нечутно скреготу трансмііссій і, на відміну від багатьох вертольотів, його двигун працює м'якше. Другий політ на вертольоті підтвердив ці первісні враження про грамотне інженерному вирішенні конструкції і про розумне його виконанні. У своїй категорії МІ-1 не поступається жодній із західних машин з льотних характеристиках ". (" Airplane ", 1956, N 2346). Вертоліт МІ-1 відразу знайшов широке застосування в народному господарстві: для сільськогосподарських авіахімічних робіт, розвідки з палуб криголамних і китобійних судів, підрахунку запасів лісу, обслуговування геологічних партій, порятунку рибалок і т.д.
Закордонним замовникам було поставлено кілька сотень машин цього типу. З 1957 року їх почали будувати за радянської ліцензії в Польській Народній Республіці.
ФАІ офіційно затверджено 23 світових рекорду встановлених на МІ-1 радянськими і польськими вертолітниками.
У 1951 році ОКБ отримало завдання створити вертоліт, який за своїми даними, зокрема з грузопод'енмності і стелі, перевершував би найкращі аналоги того часу. У найстисліший термін колектив ОКБ розробив новий вертоліт і в кінці 1952 року почалася підготовка його до серійного виробництва. Це був здобув широку популярність транспортний вертоліт МІ-4, оснащений поршневим двигуном АШ-82В - вертолітним варіантом відомого двигуна конструкції А. Д. Швецова. Після успішного завершення державних випробувань МІ-4 був прийнятий в експлуатацію.
МІ-4 був першим вертольотом з заднім вантажним люком і трапом для навантаження у фюзеляж різної колісної техніки. В даний час таке компановочную рішення, вперше тоді запропоноване в ОКБ, стало загальноприйнятим для транспортних машин.
У процесі розробки МІ-4 був зроблений значний крок вперед у розвитку конструкції основних агрегатів. Вперше в систему управління вертольотом були включені гідробустери. Зокрема, це був перший літальний апарат з повністю необоротним бустерні управлінням.
Найбільш важкою проблемою було створення надійних лопатей несучого гвинта. Після опрацювання безлічі варіантів ресурс лопатей був доведений з 150 до 2000-2500 годин з одночасним підвищенням їх надійності. Проводилися також дослідження щодо підвищення ресурсу інших основних життєво важливих агрегатів машини. МІ-4 став одним із самих надійних вертольотів у світі.
У ході доведення і при експлуатації МІ-4 довелося зіткнутися з явищами флаттера і земного резонансу. Під керівництвом і за особистої участі М. Л. Міля ці проблеми були вирішені. Широку популярність здобули теоретичні роботи з цих питань його учнів А. В. Некрасова та Л. Н. Гротко. Розробка теорії флаттера і земного резонансу допомогла виключити можливість їх виникнення в наступних конструкціях вертольотів.
Крім основного транспортного, з'явилися пасажирський, санітарний і сільськогосподарський варіанти. Одна з модифікацій вертольота обладнана поплавковим шасі. Зі спеціальною наружней підвіскою МІ-4 використовувався як літаючого крана.
На вертольотах МІ-4 було встановлено 7 світових рекордів. У 1958 році на Всесвітній виставці в Брюсселі творчу працю творців вертольота було відзначено Золотою Медаллю.
У 1953 році ОКБ приступило до розробки транспортного вертольота для перевезення 6 тонн вантажу на відстань до 600 км. Перший політ нового вертольота одногвинтової схеми МІ-6 з двома турбогвинтовими двигунами відбувся в 1957 році. У тому ж році під час випробувального польоту був встановлений перший світовий рекорд - піднятий вантаж 12 тонн. У 1962 році - вантаж вагою 20,1 тонни. З 1959 по 1964 р.р. на МІ-6 серійного виробництва встановлено ще 12 світових рекордів.
Застосування автопілота, додаткового навігаційного обладнання, електричне, антиобморожувача, введення до складу екіпажу штурмана дозволили використовувати МІ-6 практично в будь-який час дня і ночі і в будь-яку погоду.
По суті справи він став першим всепогодним вертольотом і з 1964 року успішно експлуатується в народному господарстві нашої країни.
У 1965 році МІ-6 разом з вертольотом-краном МІ-10 вперше демонструвався на авіаційній виставці в Парижі. Зарубіжна преса оцінюючи успіх радянського вертольотобудування, констатувало, що при створенні МІ-6 (і МІ-10) "були вирішені такі інженерні проблеми, до яких до цих пір не наважуються наблизитися конструктори західних фірм" ("Interavia", 1965 рік, N 8 ). Нагадаємо, що це писалося через 8 років після першого польоту МІ-6. Значення цієї машини не вичерпується її великою вантажопідйомністю та розмірами.
МІ-6 - перший у світі вертоліт переступила рубіж швидкості 320 км / год, який, як вважалося один час, ніколи не буде досягнуто апаратами цього типу.
МІ-6 - перший у світі вертоліт серійного виробництва, оснащений двома турбогвинтовими двигунами з вільною турбіною. Його компановочную схема визнана класичною.
У червні 1960 року МІ-10 здійснив перший політ. У процесі випробувань було встановлено, що вертоліт може транспортувати вантажі довжиною до 20 метрів, висотою до 3,5 метрів, шириною до 5 метрів (при хрестоподібної формі вантажу - до 10 метрів), вагою 12 тонн на відстань до 250 км і вагою 15 тонн - на більш короткі відстані.
У 1965 році на спеціально підготовленому вертольоті МІ-10 з шасі від МІ-6 встановлено два світові рекорди: вантаж 25,1 тонни піднято на висоту 2840 метрів, а вантаж 5 тонн - на 7150 метрів.
У наступні роки в ОКБ проводилися плідні роботи зі створення середніх і легких вертольотів з турбінними двигунами. У 1960 році почалася робота над пасажирським вертольотом з турбінної силовою установкою (на базі МІ-4). Перший варіант вертольота мав один двигун з вільною турбіною конструкції ОКБ А. Г. Івченко. У 1961 році ця машина вже брала участь у показі нової авіаційної техніки в Тушино.
У подальшому було вирішено застосувати двохрухову силову установку, що забезпечує нормальне продовження польоту при виході з ладу одного з двигунів. Перший такий вертоліт - МІ-8 з двома турбогвинтовими двигунами конструкції ОКБ С. П. Ізотова в 1965 році поступив у серійне виробництво.
У 1960 році ОКБ початок проектувати легкий вертоліт на базі МІ-1 з двома двигунами конструкції С. П. Ізотова. Створення такого гелікоптера - МІ-2, було кроком вперед у розвитку машин такого класу. Двухтурбінная схема для легких вертольотів, вперше застосована для МІ-2, отримала в даний час загальне визнання. Він володіє значними перевагами перед МІ-1 як за вантажопідйомністю, так і за швидкістю.
Ця машина як би перейшла за своїми даними в клас МІ-4, залишаючись за розмірами і злітному вазі в класі МІ-1. У 1967 році в повітря піднявся найбільший з коли-небудь існували вертольотів В-12. В одному з випробувальних польотів він підняв вантаж вагою більше 40 тонн. Вертоліт був побудований за поперечною схемою з крилом зворотного звуження. За оцінками фахівців поява такого експериментального вертольота підтвердило можливість переходу до створення гвинтокрилих апаратів з злітною вагою 100 тонн.
Надалі були створені: багатоцільовий вертоліт МІ-17, з успіхом використовується в народному господарстві нашої країни, і вертоліт МІ-26 - самий вантажопідйомний серійний вертоліт створювався для виконання унікальних монтажних робіт.
Вертольоти "КА"
1948 рік. Повітряний парад на Тушинськом аеродромі, присвячений Дню Повітряного Флоту. Увага глядачів привертає автомобіль, на вантажній платформі якого розміщується вертоліт. Він злітає, робить коло над аеродромом і знову сідає на платформу. Творець "літаючого мотоцикла" (як його назвали журналісти) - Микола Ілліч Камов, протягом багатьох років конструювали автожири. Одномісний вертоліт з мотоциклетним двигуном, з двома співвісними несучими гвинтами, що обертаються в протилежних напрямках, - нова його конструкція.
Після успішної демонстрації вертольота створюється дослідно-конструкторське бюро на чолі з головним конструктором М. І. Камова, якому доручається розробка одномісного корабельного вертольота для розвідки, зв'язку і спостереження. Новий вертоліт КА-10 мав ту ж принципову схему, що і "літаючий мотоцикл", але більш потужний авіаційний поршневий двигун повітряного охолодження АІ-4Г із злітною потужністю 55 л.с., розроблений в ОКБ А. Г. Івченко.
Випробування КА-10 у 1949-1951 р.р. продемонстрували властиву вертольотам соосной схеми виняткову маневреність і хорошу керованість. На вертольоті КА-10, а потім і на його модифікованому варіанті КА-10А були відпрацьовані такі принципові конструктивні рішення, як система управління співвісними несучими гвинтами і двохкильове оперення, які в подальшому лягли в основу всіх розроблених ОКБ вертольотів.
З цього часу створення двухвінтовая співвісних вертольотів найрізноманітнішого призначення і різних вагових категорій стає головним напрямком творчої діяльності ОКБ Н. І. Камова.
Наступний етап роботи ОКБ - створення сімейства 2-3-х місцевих близьких за характеристиками співвісних вертольотів КА-15, КА-15М, КА-18. Ці багатоцільові вертольоти, маючи загальну несучу систему, редуктор і двигун, відрізнялися один від одного призначенням і конструкцією фюзеляжу. Для них було спроектовано різне обладнання, що знімається: апаратура для запилення, обприскування, генерації аерозолів, підвісні контейнери для вантажів і пошти, гондоли для перевезення хворих, поплавковое шасі, друге управління в навчальному варіанті.
В результаті пошуку нових більш ефективних компановочную і конструктивних рішень в 1964 і 1965 роках був створений багатоцільовий вертоліт КА-26. На основі схеми "літаючого шасі" була досягнута висока вагова віддача вертольота з двома поршневими двигунами. Комплект швидкознімне навісного обладнання: пасажирська кабіна, вантажна платформа, апаратура для обприскування та внесення мінеральних добрив, прісбособленіе для транспортування вантажів на зовнішній підвісці - дозволяє бригаді з 3 чоловік за 1,5-2,0 години переобладнати вертоліт з одного варіанта в інший.
До конструктивних особливостей вертольота, крім схеми "літаючого шасі", двохрухову силової установки та системи створення надлишкового тиску в кабіні пілота для захисту від хімікатів на сільгоспроботах слід віднести і широке застосування склопластику. З нього на вертольоті виготовлені не тільки різні обтічники, капоти, підлога кабіни, бункер для хімікатів, але і такі найважливіші елементи конструкції, як лопаті несучого гвинта. У порівнянні з дюралевими такі лопаті практично не мають обмеження ресурсу за умовами втомної міцності, виключається необхідність застосування складної дорогої оснастки та обробки на верстатах.
Спільно з різними дослідницькими інститутами протягом кількох років проводили експерименти по підбору матеріалу, клею, режимів пресування з відпрацювання конструкції лопатей, по випробуванню відсіків і натурних лопатей. У результаті була розроблена конструкція і технологія серійного виготовлення склопластикових лопатей, несучих гвинтів гелікоптера КА-15 (діаметром 10 метрів) і вертольота КА-26 (діаметром 13 метрів) і вперше у світовій практиці вертольотобудування склопластикові лопаті були впроваджені в широку експлуатацію.
Зарубіжна преса відзначала, що усі специфічні проблеми вертольотобудування в конструкції вертольота КА-26, який виконує віражі з великим креном, важкоздійсненним на інших гвинтокрилих машинах, вирішені на високому рівні. Пілоти при управлінні цієї машини виявили рідкісні для вертольота стійкість і легкість управління.
Досвід експлуатації показує, що використання вертольотів КА-26 найбільш ефективно на агрохімічних роботах.
Тут найбільшою мірою підтверджується перевагу соосной схеми. З одного боку - виняткова маневременность соосно вертольота дозволяє здійснювати польоти в безпосередній близькості від оброблюваних сільськогосподарських угідь складного рельєфу. З іншого боку - кільцеподібні вихори, індуковані соосной несучою системою, сприяють проникненню хімікатів у густу крону рослин по всій їх висоті. Завдяки цьому КА-26 успішно використовується на виноградних плантаціях, на полях пшениці і бавовнику, цукрового буряка і рису, на гірських пасовищах і в садах. За висновками зарубіжних фахівців, застосування вертольота КА-26 для захисту рослин обходиться значно дешевше, ніж використання будь-яких наземних засобів.