Как летает вертолет?
Авиация - сколько в этом слове завораживающего и невероятного! Чего стоят одни только самолёты и вертолёты! А задумывались ли вы, как летает вертолет? Ну, с самолётом всё понятно, крылья позволяют ему держаться в небе, не падая, лететь вперёд, в сторону. «А вот вертолёт таких крыльев не имеет» - скажете вы. И будете правы только наполовину. Но об этом подробней.
Вероятно, все видели винт, расположенный на крыше у вертолёта. Именно он и отвечает за поднятие машины в воздух. Несущий винт больших размеров состоит из лопастей, которые при вращении и подымают вертолёт. Они выполняют функцию крыла, как у самолёта, вот только по размеру меньше, а количество их больше. Когда заводится двигатель, лопасти винта начинают вращение, заставляя летательный аппарат взлетать в небо. Сила, которая применяется к каждому крылу-лопасти, суммируется в общую силу, которая применяется ко всей машине в целом. Именно эта аэродинамическая сила перпендикулярная по отношению к плоскости, создающейся при вращении всех лопастей и винта в целом, способствует поднятию в воздух тяжёлого летательного аппарата. Если сила вращения винта больше, чем вес всего летательного аппарата, он будет взлетать. Если сила меньше, полёт не будет совершён. А вот если сила одинаковая, вертолёт застрянет на месте. Можно посмотреть подробней о том, как летает вертолет, на видео. Вы заметите, что после того как лопасти набирают обороты, вертолёт начинает взлетать, но не сразу. Сперва он немного зависает, а уж после того как набирает обороты, взлетает.
Для вертолёта в основном используют бензин - авиационный керосин. Но с развитием технологий начинают искать более подходящее и менее дорогостояще топливо. Например, метан, вернее, криогенное топливо, которое делают из метана. Оно устойчиво к малым температурам (- 170 градусов). Это природный газ, который можно безопасно транспортировать на тех же вертолётах. Также верным ответом на вопрос о том, на чем летает вертолет, будет и такой газ как бутан или пропан. Такое топливо можно перевозить в условиях обычных температур. Оно отлично подходит для двигателя, не портит качества полета, считается практически лучшим топливом для летательного аппарата.
Стоит сказать, что топливо для вертолёта может использоваться совершенно разное, но при этом портится качество полета. Как и в машине, если залить плохой, некачественный бензин, автомобиль ездит плохо, так и с вертолетами: плохое топливо негативно влияет на работу вертолета.
Часто можно увидеть вертолёт с двумя винтами, один из которых располагается на хвосте. Благодаря ему он и взлетает. Хвостовой винт создаёт противодействие основному. Его лопасти вращаются не в унисон несущему винту, а наоборот. Таким образом, создавая тягу, второй винт уравновешивает силу несущего, чем и заставляет вертолёт взлететь, при этом защищая его от «заносов» влево или вправо при вращении большого винта.
Но на некоторых вертолётах нет хвостового винта. На моделях такого летательного аппарата находится ещё один несущий винт. Он расположен под верхним несущим. Его лопасти так же, как и у хвостового, вращаются противоположно. Вертолёты с таким механизмом взлетают быстрее, поскольку винты имеют одинаковую силу при подъёме. Такие вертолеты подымаются в воздух немного быстрее.
Ручка управления определяет циклический шаг несущего винта. С ее помощью пилот управляет вертолетом по крену и тангажу. Работа с ручкой управления во время висения напоминает балансирование на острие иглы. Практически каждое действие требует соответствующей коррекции другими органами управления. К примеру, чтобы увеличить скорость, пилот отдает ручку от себя, наклоняя машину вперед. При этом вертикальная составляющая в векторе тяги винта уменьшается, и приходится увеличивать общий шаг (поднимать рычаг «шаг-газ»), чтобы не потерять высоту.
1.Ручка управления. 2. Рычаг «шаг-газ». 3.Педали. 4. Управление связью. 5.Компас.
Шаг-газ. Поднимая рычаг «шаг-газ», пилот увеличивает общий шаг (угол атаки лопастей) несущего винта, тем самым увеличивая тягу. В случае резкого увеличения шага реактивный момент винта изменяется, и вертолет стремится изменить курс. Чтобы остаться на выбранной траектории, пилот синхронно работает рычагом «шаг-газ» и педалями.
Педали определяют шаг стабилизирующего («хвостового») винта. С их помощью пилот управляет курсом машины. Резкая работа педалями сказывается на реактивном моменте стабилизирующего винта и, несмотря на его незначительную массу, оказывает некоторое влияние на тангаж. «Опытные тренеры иногда показывают курсантам фокус, зафиксировав ручку управления и «шаг-газ» и управляя высотой и скоростью полета, лишь слегка помахивая хвостом, — рассказывает Сергей Друй, — так появляются слухи о «радиоуправляемых вертолетах» и прочей магии».
6.Вариометр (указатель вертикальной скорости). 7.Авиагоризонт. 8. Индикатор воздушной скорости. 9. Тахометр (слева — указатель оборотов двигателя, справа — винта). 10.Высотомер. 11. Указатель давления во впускном коллекторе (дает представление о запасе мощности двигателя при данной загрузке и погодных условиях). 12. Сигнальные лампы. 13. Температура воздуха во впускном тракте. 14.Часы. 15. Приборы двигателя (давление и температура масла, уровень топлива, напряжение бортовой сети). 16. Управление освещением. 17. Выключатель силового привода муфты (передает крутящий момент на винт после прогрева двигателя). 18. Главный выключатель. 19. Выключатель зажигания. 20. Обогрев кабины. 21. Вентиляция кабины. 22. Микшер внутренней связи. 23.Радиостанция.
Важнейший навык управления вертолетом — правильный выбор направления взгляда. Курсантов учат взлетать и садиться, глядя на землю на расстоянии 5−15 м перед собой. Это простая геометрия. Если смотреть дальше, вплоть до линии горизонта, можно не заметить значительных колебаний высоты. Спортсмены-вертолетчики смотрят прямо «под обрез кабины» и замечают миллиметровые изменения высоты. Если курсант выберет то же направление взгляда, он увидит небольшие колебания, но будет не в силах их скорректировать — не хватит навыков и мелкой моторики, которая приходит с опытом. Поэтому при обучении тренер предлагает курсанту начать со взгляда на 15 м, а затем постепенно сокращать эту дистанцию.
«Вентиль» на центральном тоннеле заведует фрикционом ручки управления. С его помощью пилот может увеличивать сопротивление на ручке вплоть до полной ее фиксации. Эта функция помогает в долгих маршрутных полетах.
Базовое направление взгляда в полете по маршруту — «капот-горизонт». Если положение горизонта относительно капота не меняется, значит, вертолет летит на заданной высоте с постоянной скоростью. «Клевок», скорее всего, будет означать увеличение скорости и потерю высоты, наклон линии горизонта — смену курса. «В хорошую погоду можно лететь с заклеенной приборной панелью, — говорит Сергей Друй, — а вот с заклеенными стеклами кабины далеко не улетишь».
На большинстве современных вертолетах есть автоматика, которая регулирует подачу топлива в двигатель так, чтобы удерживать обороты несущего винта в узком рабочем диапазоне. Поворачивая рукоятку рычага «шаг-газ», пилот может самостоятельно управлять подачей топлива. В полете пилот может чувствовать, как рукоятка сама слегка поворачивается в руке — это работает автомат. Бывает, что новички в напряжении сжимают рукоятку, мешая автомату работать, и раздается звуковой сигнал, предупреждающий о падении оборотов.
Режим авторотации, при котором винт с малым углом атаки вращается, используя энергию набегающего воздушного потока, позволяет при необходимости выбрать место посадки и сесть с выключенным двигателем. Чтобы поддерживать режим, пилот смотрит на тахометр. Если обороты винта падают ниже рабочего диапазона, нужно плавно уменьшить общий шаг винта. Если обороты растут, общий шаг нужно увеличить. При этом вертолет остается полностью управляемым по курсу, крену и тангажу.
Вертолет летает потому, что сверху у него крутится большой несущий винт. У винта есть лопасти. Они по форме напоминают крылья самолета. И когда лопасти быстро крутятся на винте, возникает сила, которая поднимает эту машину в воздух.
У разных вертолетов на несущем винте – по-другому он называется ротором – может быть разное количество лопастей.
У вертолета средних размеров обычно бывает три лопасти.
Самые большие вертолеты, у которых четыре лопасти на несущем винте, могут одновременно перевозить много людей или большие грузы.
Они могут летать в разных направлениях.
Пилот, управляя вертолетом, может наклонить несущий винт влево. И тогда его воздушная машина начнет двигаться в сторону левого бока. А стоит наклонить несущий винт вправо, и машина станет двигаться в сторону правого бока.
Если наклонить ротор вперед или назад, то и вертолет будет двигаться вперед или назад – вот такая это послушная машина.
Вертолеты умеют даже зависать в воздухе. Такое свойство очень полезно для разных дел. И оно недоступно другим крылатым машинам.
Это интересно:
На самом верху вертолета укреплен большой пропеллер – ротор. Если ротор из горизонтального положения наклонить в ту или иную сторону, что может с помощью рычагов управления сделать пилот, то вертолет начнет двигаться именно в сторону наклона ротора. Потому что к подъемной силе вращающихся лопастей прибавляется еще и сила их поступательного горизонтального движения. На хвосте у каждого вертолета есть дополнительный маленький пропеллер. Он расположен вертикально и нужен для того, чтобы вертолет не закручивало при работе главного несущего винта.
ВЕРТОЛЁТЫ
Рис. 1. К объяснению принципа полёта вертолёта
Несущий винт (НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе.
При вращении в горизонтальной плоскости НВ создает тягу (Т), направленную вверх и т.о. выполняет роль создателя подъёмной силы (Y). Когда тяга НВ будет больше веса вертолета (G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги НВ вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу НВ сделать несколько меньше веса вертолета. Сила (P) для поступательного движения вертолета обеспечивается наклоном плоскости вращения НВ при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения НВ вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная - вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.
Рис. 2. Основные части вертолета:
1 – фюзеляж; 2 – авиадвигатели; 3 – несущий винт; 4 – трансмиссия;5 – хвостовой винт;
6 – концевая балка; 7 – стабилизатор; 8 – хвостовая балка; 9 – шасси
Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудо-вания. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения НВ, и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки – (МИ-24)). Силовая установка (двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несу-щего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.).
НВ служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей
и втулки НВ. Трансмиссия служит для передачи мощности от двигателя к несущему и рулевому винтам. Составными элементами трансмиссии являются валы, редукторы и муфты. Рулевой винт (РВ) (бывает тянущий и толкающий) служит для уравновешивания реактив-ного момента, возникающего при вращении НВ, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги РВ создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент от НВ. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги РВ. РВ так же состоит из лопастей и втулки.
Система управления (СиУпр) вертолета состоят из ручного и ножного управления. Они включают командные рычаги (ручку управления, рычаг «шаг-газ» и педали) и системы проводки к НВ и РВ. Управление НВ-ом производится при помощи специального устрой-ства, называемого автоматом перекоса. Управление РВ производится от педалей.
Взлетно-посадочные устройства (ВПУ) служат опорой вертолета при стоянке и обеспе-чивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж.
Рис. 3. Общий вид конструкции вертолёта (на примере боевого вертолёта МИ-24П).
Многие дети хоть раз в жизни видели в небе летящий вертолет. А у кого-то может быть есть вертолет на радиоуправлении. Вертолет может быть транспортом для быстрого передвижения и участником боевых действий на войне. Он летает так, что дух захватывает и невозможно оторвать взгляд. Но как же такая тяжелая железная машина может оторваться от земли и лететь в нужном направлении?
Давайте разбираться. На крыше вертолета закреплен огромный крутящийся винт с лопастями . Он выполняет функцию крыльев. Этот винт, вместе с еще одним винтом, поменьше способен поднять вертолет вверх, задержать его в воздухе и заставить лететь. Когда винт крутится, лопасти с силой захватываю поток воздуха и, при помощи аэродинамической силы, вертолет летит.
Аэродинамическая сила – это сила, с которой воздух действует на поверхность вертолета. Благодаря вращению лопастей винта над вертолетом создается зона пониженного давления, и частички воздуха как бы выталкивают его вверх. Загребая лопастями воздух, вертолет мчится вперед. Главный винт помогает вертолету лететь прямо вперед.
А при наклоне винта изменяется аэродинамическая сила. Благодаря этому вертолет может лететь не только вперед, но и вбок или даже назад. Но как же наклонить винт, чтобы заставить вертолет лететь вбок? Для этого надо изменить угол атаки. Что такое угол атаки? Каждая лопасть винта может оборачиваться вокруг своей оси (стержня). Угол атаки
– это величина, на которую может «задраться» лопасть навстречу воздуху. Когда пилот увеличивает угол атаки сразу у всех лопастей, вертолет взлетает вверх, а когда угол атаки уменьшается – вертолет опускается. Если растет угол атаки лопасти, когда она будет находиться над носом вертолета, то сзади соответственно он уменьшится и вертолет полетит назад. А если растет угол атаки у лопасти пролетающей над левым бортом – вертолет полетит направо.
Если за рычагом управления опытный пилот, вертолет может даже летать вверх ногами, то есть вверх колесами. Вернее летать он так не сможет, а сможет только делать фигуры в воздухе. Для того, чтобы «кувыркнуться» вертолету хватит аэродинамической силы. Но летать вниз лопастями долго вертолет не может. Если сравнивать вертолет с самолетом, можно найти много отличий. Самолету нужно разогнаться, чтобы взлететь и он не может держаться вертикально в воздухе, ему нужно все время лететь вперед. А вертолет может подняться вверх, например, с крыши дома, и висеть в воздухе столько времени, сколько надо. Это позволило вертолету найти применение в разных областях нашей жизни.
