Винт вертолета - Helicopter rotor

MH-60S Морской Ястреб в полете

Хвостовой винт для MH-60R Sea Hawk

А несущий винт вертолета или же роторная система это сочетание нескольких поворотные крылья (лопасти) и система управления, создающая аэродинамический поднимать сила, которая поддерживает вес вертолет, а толкать что противодействует аэродинамическое сопротивление в прямом полете. Каждый несущий винт установлен на вертикальной мачте над вертолетом, в отличие от вертолета. хвостовой винт, который соединяется с помощью комбинации приводной вал (песок коробки передач вдоль хвостовой балки. В шаг лезвия обычно контролируется автомат перекоса подключен к управление полетом вертолета. Вертолеты - один из примеров винтокрылых самолетов (винтокрылый аппарат ). Название происходит от греческих слов спираль, helik-, что означает спираль; и птерон значение крыла.

Принципы дизайна

Обзор

Несущий винт вертолета приводится в движение двигателем через трансмиссию на вращающуюся мачту. Мачта представляет собой цилиндрический металлический вал, который проходит вверх от трансмиссии и приводится в движение ею. В верхней части мачты находится точка крепления (в просторечии называется Иисус орех ) для лопастей ротора называется ступицей. Затем к ступице прикрепляются лопасти ротора, и ступица может иметь сопротивление в 10-20 раз больше, чем лопасть.^[1] Системы несущего винта классифицируются в зависимости от того, как лопасти несущего винта прикреплены и перемещаются относительно ступицы несущего винта. Существует три основных классификации: жесткие, полужесткие и полностью сочлененные, хотя некоторые современные роторные системы используют комбинацию этих классификаций. Ротор - это точно настроенная вращающаяся масса, и различные тонкие регулировки уменьшают вибрации при разных скоростях полета.^[2] Роторы предназначены для работы при фиксированной Об / мин^[3][4][5] (в узком диапазоне нескольких процентов),^[6][7] но несколько экспериментальных самолетов использовали роторы с регулируемой скоростью.^[8]

В отличие от вентиляторов малого диаметра, используемых в турбовентилятор В реактивных двигателях несущий винт вертолета имеет большой диаметр, что позволяет ему разгонять большой объем воздуха. Это позволяет снизить скорость промывки вниз при заданной величине тяги. Поскольку на низких скоростях более эффективно ускорить на небольшую величину большое количество воздуха, чем небольшое количество воздуха в большой степени,^[9][10] низкий загрузка диска (тяга на площадь диска) значительно увеличивает энергоэффективность самолета, что снижает расход топлива и обеспечивает разумную дальность полета.^[11][12] Эффективность зависания («добротность»)^[13] типичного вертолета составляет около 60%.^[14] Внутренняя треть длины лопасти ротора очень мало способствует подъемной силе из-за ее низкой воздушной скорости.^[10]

Лезвия

Лопасти вертолета длинные, узкие профили с высоким соотношение сторон, форма, минимизирующая сопротивление концевые вихри (см. крылья планер для сравнения). Обычно они содержат вымывание это уменьшает подъемную силу, создаваемую на концах, где поток воздуха самый быстрый и вихрь поколение было бы серьезной проблемой. Лопасти ротора изготавливаются из различных материалов, включая алюминий, композитную конструкцию, сталь или титан, с защитой от истирания по передней кромке.

Лопасти винтокрылых машин традиционно пассивны; однако некоторые вертолеты включают в себя активные компоненты на лопастях. В Kaman K-MAX использует закрылки задней кромки для управления шагом лопастей и Hiller YH-32 Hornet приводился в действие прямоточными воздушно-реактивными двигателями, установленными на концах лопастей. По состоянию на 2010 г.^{[Обновить]}, ведутся исследования по активному управлению отвалом через закрылки задней кромки.^[15] Наконечники лопастей некоторых вертолетов могут быть специально сконструированы для уменьшения турбулентности и шума и обеспечения более эффективного полета. Примером таких подсказок являются подсказки Роторы BERP создан во время британской экспериментальной программы ротора.

Центр

Простой ротор Robinson R22

Головка ротора Robinson R44

Головка ротора Сикорский S-92

Простой ротор Робинзон R22 показаны (сверху):

• Следующие приводятся в движение тяговыми штангами от вращающейся части автомат перекоса.
  • Шаг шарниров, позволяющий лезвиям вращаться вокруг оси, проходящей от основания лезвия до конца лезвия.
• Шарнир качения, позволяющий одной лопасти подниматься вертикально, а другой опускаться вертикально. Это движение происходит всякий раз, когда присутствует поступательный относительный ветер или в ответ на циклический управляющий сигнал.
• Ножничное звено и противовес переносят вращение главного вала вниз к верхней наклонной шайбе
• Резиновые накладки защищают подвижные и неподвижные валы
• Аппараты автомата перекоса, передающие на лопасти циклический и общий шаг (вращается верхняя)
• Три невращающихся стержня управления передают информацию о шаге на нижнюю тарелку автомата перекоса.
• Главная мачта, ведущая к главной коробка передач

Полностью сочлененный

Схема полностью сочлененной головки несущего винта

Хуан де ла Сьерва разработал полностью шарнирный ротор для автожир. Основа его конструкции позволила успешно создать вертолет. В полностью шарнирно-сочлененной роторной системе каждая лопасть ротора прикреплена к ступице ротора через серию шарниров, которые позволяют лопасти двигаться независимо от других. Эти роторные системы обычно имеют три или более лопастей. Лезвия могут взмахивать, опускаться, опускаться или отставать друг от друга. Горизонтальный шарнир, называемый откидная петля, позволяет лезвию двигаться вверх и вниз. Это движение называется взмахами и предназначено для компенсации асимметрия подъема. Откидывающийся шарнир может быть расположен на различных расстояниях от ступицы ротора, и может быть более одного шарнира. Вертикальный шарнир, называемый петля с опережением или же шарнир, позволяет лезвию двигаться вперед и назад. Это движение называется задержкой, перетаскиванием или охотой. Демпферы обычно используются для предотвращения чрезмерного движения вперед и назад вокруг шарнира. Шарнир сопротивления и амортизаторы предназначены для компенсации ускорения и замедления, вызванного разницей в сопротивлении движущихся и отступающих лопастей. Более поздние модели перешли с использования традиционных подшипников на эластомерный подшипники. Эластомерные подшипники по своей природе отказоустойчивы, а их износ постепенный и заметный. В этой конструкции исключается контакт металл-металл старых подшипников и необходимость в смазке. Третий шарнир в полностью шарнирно-сочлененной системе называется шарнирным шарниром вокруг оси отклонения. Этот шарнир отвечает за изменение шага лопастей ротора, возбуждаемых посредством пилотного ввода в коллективный или циклический.

Вариантом полностью сочлененной системы является мягкий в плоскости роторная система. Этот тип ротора можно найти на нескольких самолетах, производимых Bell Helicopter, таких как OH-58D Кайова воин. Эта система похожа на полностью сочлененный тип в том, что каждое лезвие имеет возможность вести / отставать и охотиться независимо от других лезвий. Разница между полностью шарнирно-сочлененной системой и системой soft-in-plane заключается в том, что в системе soft-in-plane используется композитная вилка. Эта вилка прикреплена к мачте и проходит через зажимы между лопастями и срезной подшипник внутри рукоятки. Это ярмо передает некоторое движение одного лезвия другому, обычно противоположному. Хотя это не полностью сформулировано, летные характеристики очень похожи, а время и стоимость обслуживания сокращены.

Жесткий

Термин «жесткий ротор» обычно относится к бесшарнирной роторной системе.^[16][17] с лопастями, гибко прикрепленными к ступице. Ирв Калвер компании Lockheed разработали один из первых жестких роторов, который был испытан и разработан на серии вертолетов в 1960-х и 1970-х годах. В жесткой роторной системе каждая лопасть хлопает и волочит гибкие части корня. Жесткая роторная система механически проще, чем полностью сочлененная роторная система. Нагрузки от колебательных движений и сил опережения / запаздывания воспринимаются посредством изгиба лопастей ротора, а не посредством шарниров. Изгибаясь, лезвия сами компенсируют усилия, которые раньше требовали надежных шарниров. В результате роторная система имеет меньшую задержку в управляющей реакции из-за обычно генерируемого большого момента ступицы.^[18] Таким образом, жесткая роторная система устраняет опасность удара мачты, присущую полужестким роторам.^[19]

Полужесткие

Система полужесткого ротора

Полужесткий ротор также можно назвать качающимся или качающимся ротором. Эта система обычно состоит из двух лопастей, которые встречаются прямо под общим шарниром на валу ротора. Это позволяет лопастям складываться вместе в противоположных движениях, как качели. Этот перекос лопастей под шарнир качения в сочетании с адекватным двугранным или коническим углом на лопастях сводит к минимуму отклонения радиуса центра масс каждой лопасти от оси вращения при вращении ротора, что, в свою очередь, снижает нагрузку на лезвия от опережающих и запаздывающих сил, вызванных Эффект Кориолиса. Также могут быть предусмотрены вторичные откидные петли для обеспечения достаточной гибкости для минимизации подпрыгивания. Растушевка достигается за счет шарнира на основании лопасти, который позволяет изменять угол наклона лопасти.

Комбинация

Современные роторные системы могут использовать комбинированные принципы роторных систем, упомянутых выше. Некоторые ступицы ротора имеют гибкую ступицу, которая позволяет изгибать лопасти без использования подшипников или шарниров. Эти системы, называемые «прогибами»,^[20] обычно изготавливаются из композитного материала. Эластомерные подшипники также могут использоваться вместо обычных роликовых подшипников. Эластомерные подшипники изготовлены из материала резинового типа и обеспечивают ограниченное движение, что идеально подходит для вертолетов. Изгибы и эластомерные подшипники не требуют смазки и, следовательно, требуют меньшего обслуживания. Они также поглощают вибрацию, что снижает утомляемость и увеличивает срок службы компонентов вертолета.

Наклонная шайба

Органы управления изменяют шаг лопастей несущего винта циклически на протяжении всего вращения. Пилот использует это для управления направлением тяги ротора. вектор, определяющий часть диска ротора, в которой развивается максимальное усилие. Общий шаг изменяет величину тяги ротора за счет увеличения или уменьшения тяги по всему диску ротора одновременно. Эти изменения шага лопастей контролируются путем наклона, подъема или опускания тарелки автомата перекоса с помощью органов управления полетом. Подавляющее большинство вертолетов поддерживают постоянную скорость вращения несущего винта (об / мин) во время полета, оставляя угол атаки лопастей в качестве единственного средства регулирования тяги от несущего винта.

Качающаяся шайба представляет собой два концентрических диска или пластины. Одна плита вращается с мачтой, соединенной холостыми звеньями, а другая не вращается. Вращающаяся пластина также соединена с отдельными лопастями через промежуточные звенья и ступенчатые выступы. Невращающаяся пластина соединена со звеньями, которыми управляют пилотные органы управления, в частности, коллективное и циклическое управление. Качающаяся пластина может перемещаться по вертикали и наклоняться. Путем смещения и наклона невращающаяся пластина управляет вращающейся пластиной, которая, в свою очередь, регулирует шаг отдельных лопастей.

Флайбар (стабилизатор поперечной устойчивости)

Ряд инженеров, среди них Артур М. Янг в США и авиамоделист радиоуправления Дитер Шлютер в Германии обнаружили, что стабильность полета вертолетов может быть достигнута с помощью стабилизатора поперечной устойчивости или флайбара. Флайбар имеет на каждом конце груз или лопасти (или и то, и другое для дополнительной устойчивости на меньших вертолетах) для поддержания постоянной плоскости вращения. Благодаря механическим связям стабильное вращение штанги смешивается с движением наклонной шайбы для гашения внутренних (рулевых), а также внешних (ветровых) сил на ротор. Это облегчает пилоту контроль над самолетом. Стэнли Хиллер пришли к аналогичному методу для улучшения устойчивости, добавив короткие короткие аэродинамические поверхности или лопасти на каждом конце. Однако система "Rotormatic" Хиллера также передавала циклические управляющие сигналы на главный ротор в качестве своего рода управляющего ротора, а лопасти обеспечивали дополнительную стабильность за счет гашения воздействия внешних сил на ротор.

В роторной системе Lockheed использовался управляющий гироскоп, аналогичный по принципу действия стабилизатора поперечной устойчивости Bell, но разработанный как для обеспечения устойчивости при автоматическом отключении, так и для быстрой реакции управления бесшарнирной роторной системой.

В по проводам вертолеты или модели RC, a микроконтроллер с гироскоп датчики и Датчик Вентури можно заменить стабилизатор. Этот без флайбара конструкция имеет преимущество в виде легкой реконфигурации и меньшего количества механических деталей. Хотя настоящий вертолет с дистанционным управлением с флайбаром должен держать гироскоп на каждой оси.

Замедленный ротор

Большинство роторов вертолетов вращаются с постоянной скоростью. Однако замедление ротора в некоторых ситуациях может принести пользу.

По мере увеличения поступательной скорости скорость движущегося конца ротора вскоре приближается к скорости звука. Чтобы уменьшить проблему, можно уменьшить скорость вращения, что позволит вертолету лететь быстрее.

Чтобы отрегулировать подъем ротора на более низких скоростях, в традиционной конструкции угол атаки лопастей ротора уменьшается за счет управления общим шагом. Вместо этого замедление ротора может снизить лобовое сопротивление на этом этапе полета и, таким образом, улучшить экономию топлива.

Конфигурации ротора

Большинство вертолетов имеют один несущий винт, но для преодоления крутящего момента требуется отдельный ротор. Это достигается за счет противоточного или рулевого винта с регулируемым шагом. Это дизайн, который Игорь Сикорский остановился на своем VS-300 вертолет, и он стал признанным условием проектирования вертолетов, хотя конструкции действительно различаются. Если смотреть сверху, подавляющее большинство несущих винтов вертолетов вращаются против часовой стрелки; винты французских и российских вертолетов вращаются по часовой стрелке.

Один главный ротор

Antitorque: Влияние крутящего момента на вертолет

С одним несущим винтом вертолета создание крутящий момент при вращении двигателя ротор создает эффект крутящего момента что заставляет корпус вертолета поворачиваться в направлении, противоположном ротору. Чтобы устранить этот эффект, необходимо использовать какое-то противодействие крутящему моменту с достаточным запасом мощности, чтобы вертолет мог удерживать свой курс и обеспечивать контроль рыскания. Три наиболее распространенных элемента управления, используемых сегодня, - это рулевой винт Eurocopter. Фенестрон (также называемый веер), и MD Вертолеты ' НОТАР.

Хвостовой винт

Хвостовой винт SA 330 Puma

Хвостовой винт - это меньший по размеру ротор, установленный так, что он вращается вертикально или почти вертикально на конце хвостовой части традиционного одновинтового вертолета. Положение рулевого винта и расстояние от центр тяжести позволить ему развивать тягу в направлении, противоположном вращению основного ротора, чтобы противодействовать эффекту крутящего момента, создаваемому основным ротором. Хвостовые винты проще основных роторов, поскольку для изменения тяги им требуется только общее изменение шага. Шаг лопастей рулевого винта регулируется пилотом с помощью педалей против крутящего момента, которые также обеспечивают управление направлением, позволяя пилоту вращать вертолет вокруг его вертикальной оси, тем самым изменяя направление движения летательного аппарата.

Канальный вентилятор

Фенестрон на EC 120B

Фенестрон и ФАНТАЙЛ^[21] находятся товарные знаки для канальный вентилятор устанавливается на конце хвостовой балки вертолета и используется вместо рулевого винта. Канальные вентиляторы имеют от восьми до восемнадцати лопастей, расположенных с неравномерным шагом, так что шум распределяется по разным частотам. Корпус выполнен за одно целое с обшивкой самолета и обеспечивает высокую скорость вращения; Следовательно, канальный вентилятор может иметь меньшие размеры, чем обычный хвостовой винт.

Фенестрон впервые был использован в конце 1960-х годов на второй экспериментальной модели SA 340 Sud Aviation и произведен на более поздней модели. Aérospatiale SA 341 Газель. Помимо Еврокоптер и его предшественники, хвостовой винт с воздуховодом также использовался в отмененном проекте военного вертолета, Армия США с RAH-66 Comanche, как ФАНТАЙЛ.

НОТАР

Схема, показывающая движение воздуха через систему NOTAR

NOTAR, аббревиатура от НЕТ TAil ротор, представляет собой систему противодействия крутящему моменту вертолета, которая исключает использование рулевого винта на вертолете. Несмотря на то, что на доработку концепции потребовалось некоторое время, система NOTAR проста в теории и обеспечивает противодействие движению так же, как крыло развивает подъемную силу, используя Эффект Коанды.^[22] Вентилятор с регулируемым шагом расположен в задней части фюзеляжа непосредственно перед хвостовой балкой и приводится в действие трансмиссией несущего винта. Чтобы обеспечить боковую силу для противодействия крутящему моменту по часовой стрелке, создаваемому вращающимся против часовой стрелки основным ротором (если смотреть сверху основного ротора), вентилятор с регулируемым шагом нагнетает воздух низкого давления через две прорези на правой стороне задней балки, вызывая промывка вниз от основного ротора, чтобы охватить хвостовую балку, создавая подъемную силу и, таким образом, меру противодействия, пропорциональную количеству воздушного потока от промывки ротора. Это дополняется реактивным двигателем прямого действия, который также обеспечивает направленное управление рысканием, с наличием оперения с неподвижной поверхностью около конца хвостового оперения, включая вертикальные стабилизаторы.

Система NOTAR началась в 1975 году, когда инженеры Hughes Helicopters приступили к разработке концепции.^[22] В декабре 1981 года Хьюз совершил полет на ОН-6А оснащен NOTAR впервые.^[23] Более сильно модифицированный опытный образец-демонстратор впервые поднялся в воздух в марте 1986 года и успешно завершил расширенную программу летных испытаний, проверив систему для будущего применения в конструкции вертолетов.^[24] В настоящее время существует три серийных вертолета с дизайном NOTAR, все они производятся MD Helicopters. Эта конструкция с защитой от трения также повышает безопасность, исключая возможность попадания персонала в хвостовой винт.

Предшественник (своего рода) этой системы существовал в виде британской Cierva W.9 вертолет, самолет конца 1940-х годов, использующий охлаждающий вентилятор от поршневого двигателя для проталкивания воздуха через сопло, встроенное в хвостовую балку, для противодействия крутящему моменту ротора.^[25]

Тип форсунок

Главный ротор может приводиться в движение соплами. Такая система может работать от воздуха под высоким давлением, подаваемого компрессором. Воздух может смешиваться или не смешиваться с топливом и сжигаться в реактивных двигателях, импульсных реактивных двигателях или ракетах. Хотя этот метод прост и исключает реакцию крутящего момента, созданные прототипы менее экономичны, чем обычные вертолеты. За исключением сопел, приводимых в действие несгоревшим сжатым воздухом, очень высокий уровень шума является единственной наиболее важной причиной, по которой роторы с приводом на сопло не получили широкого распространения. Однако исследования по подавлению шума продолжаются, и они могут помочь сделать эту систему жизнеспособной.

Есть несколько примеров винтокрылых аппаратов с реактивным двигателем. В Персиваль стр.74 имел недостаточную мощность и не мог летать. В Hiller YH-32 Hornet имел хорошую грузоподъемность, но в остальном работал плохо. Другие самолеты использовали вспомогательную тягу для поступательного полета, так что концевые жиклеры могли отключаться при авторотации несущего винта. Экспериментальный Fairey Jet Gyrodyne, 48-местный Фэйри Ротодин пассажирские прототипы и составные автожиры McDonnell XV-1 хорошо летали с использованием этого метода. Пожалуй, самой необычной конструкцией этого типа была Ракетный вездеход Roton, который первоначально планировалось взлетать с помощью ракетного ротора. Французский Sud-Ouest Djinn использовал несгоревший сжатый воздух для привода ротора, что минимизировало шум и помогло ему стать единственным вертолетом с водометным приводом, запущенным в производство. В Хьюз XH-17 имел концевой ротор с реактивным приводом, который остается самым большим винтом, когда-либо установленным на вертолете.

Двойные роторы

Сдвоенные роторы вращаются в противоположных направлениях, чтобы противодействовать влиянию крутящего момента на самолет, не полагаясь на рулевой винт с противовращением. Это позволяет летательному аппарату применять мощность, которая приводила бы в движение хвостовой винт, к основным несущим винтам, увеличивая грузоподъемность. В первую очередь, три распространенные конфигурации используют эффект встречного вращения винтокрылого аппарата. Тандемные роторы два ротора, один установленный за другим. Коаксиальные роторы два ротора, установленные один над другим на одной оси. Роторы в зацеплении представляют собой два винта, установленные близко друг к другу под достаточным углом, чтобы роторы могли зацепляться над верхней частью самолета. Другая конфигурация, встречающаяся на конвертопланах и некоторых ранних вертолетах, называется поперечными несущими винтами, где пара несущих винтов установлена ​​на каждом конце конструкции крылового типа или аутригера.

Тандем

Боинг CH-47 Чинук

Тандемные роторы представляют собой два горизонтальных узла несущих винтов, установленных один за другим. Тандемные роторы достигают шага отношение изменяется для ускорения и замедления вертолета посредством процесса, называемого циклическим шагом. Для наклона вперед и ускорения оба ротора увеличивают шаг сзади и уменьшают шаг вперед (циклически), сохраняя одинаковый крутящий момент на обоих роторах, полет вбок достигается за счет увеличения шага с одной стороны и уменьшения шага с другой. Контроль рыскания достигается за счет противоположного циклического шага каждого ротора. Для поворота вправо передний ротор наклоняется вправо, а задний ротор наклоняется влево. При повороте влево передний ротор наклоняется влево, а задний ротор - вправо. Вся мощность ротора способствует подъемной силе, и легче справиться с изменениями центра тяжести в продольном направлении. Однако это требует затрат на два больших винта, а не на один большой несущий винт и хвостовой винт гораздо меньшего размера. В Боинг CH-47 Чинук Самый распространенный вертолет с тандемным винтом.

Коаксиальный

Камов Ка-50 ВВС России, с соосными несущими винтами

Коаксиальные роторы - это пара роторов, установленных друг над другом на одном валу и вращающихся в противоположных направлениях. Преимущество соосного ротора заключается в том, что при прямом полете подъемная сила, обеспечиваемая продвигающимися половинами каждого ротора, компенсирует отступающую половину другого, устраняя один из ключевых эффектов несимметричности подъемной силы: стойло отступающего лезвия. Однако коаксиальным роторам мешают другие конструктивные особенности. Существует повышенная механическая сложность роторной системы, поскольку для этого требуются рычажные механизмы и автоматы перекоса для двухроторных систем. Кроме того, поскольку роторы должны вращаться в противоположных направлениях, мачта является более сложной, и рычаги управления для изменения шага в системе верхнего ротора должны проходить через систему нижнего ротора.

Переплетение

HH-43 Хаски

Сцепляющиеся винты на вертолете представляют собой набор из двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях, при этом каждая мачта несущего винта установлена ​​на вертолете под небольшим углом друг к другу, так что лопасти сцепляются без столкновения. Эту конфигурацию иногда называют синхроптером. Роторы с взаимным зацеплением обладают высокой стабильностью и высокой грузоподъемностью. Аранжировка была впервые применена в нацистская Германия в 1939 году с Антон Флеттнер успешный Flettner Fl 265 дизайн, а затем выпущен в ограниченное производство как успешный Flettner Fl 282 Колибри, используемый немецкими Кригсмарине в небольшом количестве (произведено 24 планера) в качестве экспериментального огня противолодочная война вертолет. Вовремя Холодная война, американская компания, Kaman Aircraft, произвел HH-43 Хаски за ВВС США пожарно-спасательные операции. Последняя модель Kaman, Kaman K-MAX, представляет собой специальный дизайн небесного крана.

Поперечный

Ми-12

Поперечные роторы устанавливаются на концах крыльев или аутригерах перпендикулярно корпусу самолета. Подобно тандемным роторам и роторам с зацеплением, поперечный ротор также использует дифференциальный общий шаг. Но, как и роторы с зацеплением, поперечные роторы используют концепцию изменения положения винтокрылого аппарата по крену. Эта конфигурация встречается на двух из первых жизнеспособных вертолетов, Фокке-Вульф Fw 61 и Focke-Achgelis Fa 223, а также самый большой в мире вертолет из когда-либо построенных, Ми-12. Это также конфигурация, найденная на конвертопланы такой как Bell-Boeing V-22 Osprey и AgustaWestland AW609.

Четырехместный ротор

Этьен Омихен, Париж, Франция, 1921 г. Источник

вертолет de Bothezat, 1923 фото

А четырехъядерный ротор или же квадрокоптер состоит из четырех роторов в конфигурации «X». Роторы слева и справа имеют поперечную конфигурацию, а роторы спереди и сзади - тандемную.

Преимущество четырехвинтовой техники на небольших самолетах, таких как дроны, заключается в простоте механики. У квадрокоптера с электродвигателями и роторами фиксированного шага всего четыре движущихся части. Угол наклона, рыскания и крена можно контролировать, изменяя относительную подъемную силу различных пар роторов без изменения общей подъемной силы.^[26]

Два семейства профилей:

• симметричные профили
• асимметричные профили

Симметричные лопасти очень стабильны, что помогает свести к минимуму скручивание лопастей и нагрузку на управление полетом. Эта стабильность достигается за счет того, что центр давления практически не меняется при изменении угла атаки. Центр давления - это воображаемая точка на линии хорды, в которой, как считается, сосредоточена равнодействующая всех аэродинамических сил. Сегодня конструкторы используют более тонкие крыловые профили и добиваются требуемой жесткости за счет использования композитных материалов.

Кроме того, некоторые аэродинамические поверхности имеют асимметричную конструкцию, а это означает, что верхняя и нижняя поверхности не имеют одинаковый изгиб. Обычно эти аэродинамические поверхности не будут такими стабильными, но это можно исправить, изогнув заднюю кромку, чтобы получить те же характеристики, что и у симметричных крыльев. Это называется «рефлексированием». Использование этого типа лопастей ротора позволяет роторной системе работать с более высокими поступательными скоростями. Одна из причин, по которой асимметричная лопасть ротора не так стабильна, заключается в том, что центр давления изменяется при изменении угла атаки. Когда центр подъемной силы находится за точкой поворота на лопасти ротора, это вызывает подъем диска ротора. По мере увеличения угла атаки центр давления перемещается вперед, а если он движется впереди точки поворота, шаг диска ротора уменьшается. Поскольку угол атаки лопастей ротора постоянно меняется в течение каждого цикла вращения, лопасти имеют тенденцию в большей степени хлопать, опереться, увести и запаздывать.^[27]

Ограничения и опасности

Внешнее видео
Удар мачты - причины и меры профилактики, Армия США

Вертолеты с качающимися роторами - например, двухлопастная система на Колокол, Робинсон и другие - не должны подвергаться состояние низкого g потому что такие винтовые системы не контролируют ориентацию фюзеляжа. Это может привести к тому, что фюзеляж займет положение, управляемое импульсом и тяговым усилием рулевого винта, которое заставит хвостовую балку пересекать плоскость концевой части несущего винта или приведет к контакту хвостовика лопастей с приводным валом несущего винта, в результате чего лопасти отделяются от ступица (удар мачты).^[28]

Истирание в песчаной среде

Эффект Коппа – Этчеллса

При работе в песчаных условиях песок, ударяясь о движущиеся лопасти ротора, разъедает их поверхность. Это может повредить роторы и вызвать серьезные и дорогостоящие проблемы с обслуживанием.^[29]

Полоски истирания на лопастях несущих винтов вертолетов изготавливаются из металла, часто титан или же никель, которые очень твердые, но менее твердые, чем песок. Когда вертолет низко летит над землей в пустыне, попадание песка на лопасти винта может вызвать эрозию. Ночью попадание песка на металлическую полосу истирания вызывает видимую корону или ореол вокруг лопастей ротора. Эффект вызван пирофорный окисление эродированных частиц и триболюминесценция^{[нужна цитата ]} при столкновении с частицами песка возникает фотолюминесценция.^[30][31][32]

Боевой фотограф и журналист Майкл Йон наблюдал эффект, сопровождая солдат США в Афганистане. Когда он обнаружил, что эффект не имеет названия, он придумал название Эффект Коппа – Этчеллса после двух солдат, погибших на войне, одного американца и одного британца.^[33]

История

Украшенный японец такетомбо бамбук-коптер. Игрушка состоит из ротора, прикрепленного к палке.

Первый автожир, успешно летавший в 1923 году, изобретен Хуан де ла Сьерва.

Использование ротора для вертикальных полет существует с 400 г. до н.э. в виде бамбуковый вертолет, старинная китайская игрушка.^[34][35] Бамбуковый вертолет вращается путем вращения палки, прикрепленной к ротору. Вращение создает подъемную силу, и игрушка летит, когда ее отпускают.^[34] Философ Ге Хонг книга Баопузи («Мастер, обнимающий простоту»), написанная около 317 г., описывает апокрифическое использование возможного ротора в самолетах: «Некоторые сделали летающие машины [feiche 飛車] из дерева из внутренней части дерева мармелад, используя бычью кожу (ремни) прикреплены к возвратным ножам, чтобы привести машину в движение ».^[36] Леонардо да Винчи разработал машину, известную как «воздушный винт» с ротором на основе водяной винт. Русский эрудит Михаил Ломоносов разработал ротор на базе китайской игрушки. Французский натуралист Кристиан де Лонуа сконструировал свой ротор из индюшачьих перьев.^[34] Сэр Джордж Кэли Вдохновленный китайской игрушкой в ​​детстве, создал несколько вертикальных летательных аппаратов с роторами из жестяных листов.^[34] Альфонс Пено позже разработал игрушечные вертолеты соосным ротором в 1870 году, приводимые в движение резиновыми лентами. Одна из этих игрушек, подаренная их отцом, вдохновила Братья Райт преследовать мечту о полете.^[37]

До появления в середине 20 века мощных вертолетов автожир пионер Хуан де ла Сьерва исследовал и разработал многие основы ротора. Де ла Сьерве приписывают успешную разработку многолопастных, полностью сочлененных роторных систем. Эта система в ее различных модифицированных формах является основой большинства многолопастных винтовых систем вертолетов.

Первая успешная попытка создания вертолета с одинарным несущим винтом использовала четырехлопастной несущий винт, разработанный советскими авиационными инженерами Борисом Н. Юрьевым и Алексеем М. Черемухиным, оба работали на Центральный Аэрогидродинамический институт (ЦАГИ, Центральный аэрогидродинамический институт) возле г. Москва в начале 1930-х гг. Их ЦАГИ Вертолет 1-EA смог совершить полеты на малых высотах в 1931–1932 годах, а к середине августа 1932 года Черемухин пролетел на нем на высоте 605 метров (1985 футов).^[38][39]

В 1930-е гг. Артур Янг повышена устойчивость двухлопастных роторных систем с введением стабилизатора поперечной устойчивости. Эта система использовалась в нескольких Колокол и Вертолет Hiller модели. Вариант системы Хиллера с использованием лопастей с аэродинамическим профилем на концах флайбара использовался во многих самых ранних конструкциях модели вертолетов с дистанционным управлением, начиная с 1970-х годов и до самого начала 21 века.

В конце 1940-х годов изготовление лопастей винта вертолетов было делом, которое вдохновляло Джон Т. Парсонс быть пионером числовое управление (NC). ЧПУ и ЧПУ оказались важной новой технологией, которая позже повлияла на все механическая обработка отрасли.

Рекомендации

внешняя ссылка

• Анализ ротора - теория импульса элемента лопасти
• Вертолетная головка крупным планом галерея изображений
• «Вертолетный самолет». Патент США 2368698 на изобретение флайбара, Артур Янг.