Полноценным запуском первого в мире вертолета, пусть и военного, можно считать событие 13 января 1942 года, когда в воздух был поднят вертолет Сикорского, предназначенный для военных целей. Ученый-авиаконструктор начал разработки вертолетов в дореволюционной России, продолжив их в эмиграции в США. С тех пор прошло много времени, устройство вертолетов претерпело значительные изменения, но цели применения техники остались прежними.
Конструкция вертолетов
Во всех схемах вертолетов выделяют одни и те же основные части:
- Несущий винт. Создает пропульсивную и подъемную силы и управляет вертолетом. Конструктивно он состоит из лопастей и втулки, передающей от вала главного редуктора крутящий момент к лопастям.
- Рулевой винт. Компенсирует реактивный крутящий момент несущего винта путевое управление одновинтового вертолета. В его конструкцию входят закрепленная на валу хвостового редуктора втулка и лопасти.
- Автомат перекоса. Управляет циклическим и общим шагом несущего винта, передает сигналы от цепи управления к осевому шарниру втулки, а после - к лопастям.
- Система управления. Вертолеты оснащаются тремя независимыми системами управления: путевой, продольно-поперечной и управляющей общим шагом винта. Такие системы включают рычаги в кабине, механизмы градиента усилий, качалки и тяги, автомат перекоса и гидроусилители.
- Трансмиссия. Передает мощность винтам и вспомогательным агрегатам от двигателей. Количество и размещение двигателей, а также схема вертолета определяют конструкцию трансмиссии.
- Фюзеляж. К нему крепятся основные узлы вертолета. Предназначен для размещения пассажиров и грузов, топлива, оборудования.
- Крыло. Формирует дополнительную подъемную силу, снижая нагрузку на несущий винт и увеличивая скорость вертолета. В крыльях также могут размещаться оборудование, топливные баки и ниши для сокрытия шасси. Несущие винты в вертолетах поперечной схемы поддерживаются крылом.
- Оперение. Обеспечивает балансировку, устойчивость и управляемость вертолета. Делится на два типа - вертикальное, или киль, и горизонтальное, или стабилизатор.
- Взлетно-посадочные детали вертолета. Предназначены для стоянки вертолета, гашения кинетической энергии при посадке и передвижения по земле. У многих вертолетов шасси убираются в полете.
- Двигатель вертолета. Создает мощность, необходимую для питания вспомогательных агрегатов, несущего привода и рулевых винтов. Силовая установка совмещает несколько двигателей с системами, обеспечивающими их стабильную работу в разных режимах.
Типы вертолетов
Вертолеты подразделяются на несколько видов. Каждый из типов обладает своими особенностями, сильными и слабыми сторонами.
Одновинтовые вертолеты
Наиболее распространенный тип устройства вертолетов - одновинтовая машина с хвостовым винтом. Преимущество такой конструкции кроется в простоте - одна трансмиссия, один винт, легкое управление. Порядка 8-10 % мощности двигателя идут на работу хвостового винта при зависании в воздухе, около 3-4 % - при поступательном полете. Относительно небольшой вес и простота конструкции покрывают такие потери мощности. Недостаток такого устройства вертолетов - опасность, грозящая наземному персоналу от хвостового винта.
Жиродин
Ось винта таких вертолетов, компенсирующая крутящий момент, направлена по полету. Такая конструкция позволяет создавать тягу, не прибегая к использованию несущего винта. Это повышает его эффективность, поскольку отсутствует необходимость в его наклоне вперед. Винт, компенсирующий крутящий момент несущего винта, размещается таким образом, чтобы не формировать лобового сопротивления и увеличивать мощность, подаваемую компенсирующему винту.
Реактивный вертолет
Устройство такой модели - простой способ устранения проблемы крутящего момента. Он создается расположенными на конце лопастей двигателями, но не передается через вал. На фюзеляж передается только момент трения подшипников.
Реактивные двигатели создают реактивную тягу. Несущий винт такого типа обладает простой конструкцией, что является его преимуществом; среди недостатков - высокий расход топлива.
Соосный вертолет
Два винта соосного вертолета, расположенные друг над другом и вращающиеся в противоположных направлениях, гасят момент, передаваемый на фюзеляж. Единственным требованием к винтам является одинаковый крутящий момент.
Соосные вертолеты уступают одновинтовым в габаритах, но при этом крутящий момент не компенсируется за счет мощности, что возможно благодаря устройству вертолетов.
Вертолеты с поперечно расположенным несущим винтом
Преимущество такого вертолета кроется в снижении мощности, необходимой для поступательного движения. Это особенно важно в многомоторных вертолетах, которые должны продолжать двигаться в горизонтальном направлении при остановившемся моторе.
Недостаток таких машин - высокое сопротивление ввиду лобового сопротивления конструкции, на которую опираются несущие винты. Обтекаемость и снижение габаритов конструкции увеличивает вес вертолета.
Вертолет с поперечным расположением винтов оснащен более сложной трансмиссией и обладает большими габаритами, хотя на них влияет степень перекрытия несущего винта. Одним из самых крупных и тяжелых вертолетов такой конструкции является Ми-12.
Вертолет с продольным расположением винта
Вместительный фюзеляж и возможность смещения центра тяжести - достоинства такой конструкции вертолетов. Полезная нагрузка распределяется между несущими винтами. Усложненная трансмиссия и ее большой вес - основные недостатки, характерные для вертолетов с поперечным расположением винтов.
Второй недостаток - уменьшенная эффективность винтов, поскольку струи их работы пересекаются. При поступательном полете потеря качества сокращается ввиду того, что задний винт расположен выше переднего. Сколько лопастей у вертолетов такой конструкции? Диаметр винтов и количество лопастей могут варьироваться для улучшения управляемости и устойчивости машины.
Многовинтовые вертолеты
Проекты многовинтовых вертолетов, разрабатываемые авиаконструкторами, предполагали создание тяжелых моделей машин. За счет нескольких несущих винтов упрощается управление, поскольку вертолет посредством повышения тяги конкретного винта может поворачиваться относительно любой из трех осей. Многовинтовая схема тяжелых вертолетов позволяет сохранять диаметр винтов в определенных границах.
