Характеристика вертолетов
Вертолет, летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальными взлетом и посадкой, подъемная сила в котором создается одним или несколькими (чаще двумя) несущими винтами.
Слово "вертолет" введено вместо иностранного "геликоптер". Вертолет взлетает вертикально вверх без разбега и совершает вертикальную посадку без пробега, неподвижно висит над одним местом, допуская поворот вокруг вертикальной оси в любую сторону, производит полет в любом направлении со скоростями от нуля до максимальной. При вынужденной остановке двигателей в полете вертолет может совершить планирующий спуск и посадку, используя самовращение (авторотацию) несущих винтов. Во избежание срыва потока с лопастей и для увеличения скорости полета некоторые вертолеты имеют небольшое крыло, разгружающее несущие винты.
В зависимости от способа уравновешивания реактивного момента несущего винта различают вертолеты: одновинтовые (с хвостовым винтом или с реактивным приводом несущего винта), двухвинтовые (соосные; продольной схемы; с перекрещивающимися осями несущих винтов; с поперечным расположением несущих винтов, или поперечной схемой) и многовинтовые. Из них получили распространение вертолеты: одновинтовые с хвостовым винтом (без крыла и с крылом); двухвинтовые соосные и вертолеты продольной схемы.
Вертолеты любой схемы состоят из планера аналогичного самолетному (фюзеляж, шасси, органы управления, электро-, радио- и навигационное оборудование и т.д.), винтовой несущей системы (несущих винтов), двигательной (силовой) установки, трансмиссии (привода). Одновинтовые вертолеты с механическим приводом, кроме того, имеют хвостовой винт и систему управления им.
Подавляющее большинство конструкций несущих винтов вертолетов выполнено с шарнирной подвеской лопастей. Такая подвеска дает возможность лопастям совершать маховое движение, обеспечивающее балансировку вертолета во всем диапазоне скоростей полета. В то же время маховое движение лопастей ставит предел увеличению скорости полета вертолета свыше 350-370 км/час из-за срыва потока на них. В 1965 году появились вертолеты американской фирмы "Локхид" с безшарнирными полужесткими винтами, у которых маховое движение концов лопастей осуществляется вследствие упругого изгиба лопастей. А в 60-е годы ХХ века начались разработки конструкций жестких винтов, у которых практически устранено маховое движение.
Такие винты могут быть применены только в двухвинтовой соосной системе, обеспечивающей балансировку и управление вертолета. Жесткие соосные винты не имея срыва потока позволят довести скорость полета до 500-600 км/час. Основные три типа конструктивного выполнения лопастей - смешанная конструкция со стальным трубчатым лонжероном; цельнометаллическая конструкция с прессованным из алюминиевого сплава лонжероном; цельностеклопластиковая лопасть. Аэродинамическая компановка лопастей зависит от назначения вертолета и определяется условиями взлета, значением максимальной скорости конца лопасти при максимальной скорости полета.
Управление несущими винтами состоит из двух систем: циклического управления шагом лопастей и управления общим шагом лопастей. Циклическое управление шагом лопастей выполняется автоматом перекоса, изобретенным Б.Н.Юрьевым в 1911 году.
Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из двух колец, подвешенных на кардане к неподвижной опоре. Внутреннее кольцо соединено с тягами продольного и поперечного управления; внешнее кольцо - с тягами управляющими лопастями.
Под действием тяг управления внутреннее кольцо автомата перекоса наклоняется, вызывая синусоидальное изменение углов установки лопастей в осевом шарнире и появлением горизонтально составляющей тяги несущего винта, которая вызывает поступательное движение вертолета и наклоняет его в сторону движения. Управление общим шагом лопастей осуществляется одновременным поворотом их в осевом шарнире относительно продольной оси лопасти посредством рычагов и тяг и служат для изменения вертикального режима полета: при одновременном увеличении угла установки всех лопастей вертолет поднимается; при одновременном уменьшении углов - опускается. Продольное и поперечное управление вертолетом осуществляется через автоматы перекоса; путевое управление - изменением шага лопастей хвостового винта (на одновинтовых вертолетах) или одновременным изменением общего шага лопастей в противоположных направлениях (на соосных вертолетах). При переходе на режим безмоторного планирования (режим самовращения несущих винтов) опусканием рычага общего шага уменьшают угол установки лопастей до 3-5 градусов.
Наибольшего развития вертолетостроение достигло в России (научно-конструкторские коллективы под руководством М.Л.Миля и Н.И.Камова), в США (фирмы "Сикорский", "Боинг", "Белль", "Каман"). Франции ("Сюд-авиасьен"), Англии ("Уэстленд") и Италии ("Агуста"). Вертолеты широко применяются в народном хозяйстве, на работах по борьбе с сельскохозяйственными вредителями и болезнями садов, виноградников и ценных технических культур, а также по подкормке посевов; для транспортных и пассажирских перевозок, при проведении геологоразведочных работ, для гравеметрической съемки, для разведки ледовой обстановки, для патрулирования линий высокого напряжения, газо- и нефтепроводов, для перевозки и монтажа крупногабаритного обородувания, установки мачт и других монтажных работ, для санитарных и спасательных работ и т.д.
Вертолеты "Ми"
Опытно-конструкторское бюро им. М.Л.Миля было создано в 1947 году. К этому времени коллектив ОКБ завершил работу над проектом одновинтового летательного аппарата. Первый полет вертолета был выполнен в 1948 году. Он успешно выдержал летные и государственные испытания: машина хорошо зависала, продемонстрировала высокую маневременность и удовлетворительную устойчивость. В 1950 году началось серийное производство первого в стране вертолета, который получил название МИ-1. И уже в следующем году на воздушном параде, проходившем на Московском аэродроме в Тушино, участвовала группа этих машин.
Представляет определенный интерес заявление,сделанное в то время английским пилотом Дж.Фрикером, который сравнивал МИ-1 с аналогичными западными вертолетами S-51 и "Сикамор": "МИ-1 по сравнению с "Сикамором" располагает полезным избытком мощности, обеспечивающим хорошие летные показатели в тропических условиях и на больших высотах полета. "Сикамор" всегда считался одним из лучших вертолетов из-за небольших вибрация6 но пожалуй, МИ-1 даже лучше его и не имеет ни одной из обычно наблюдающихся форм вибраций малых амплитуд...
МИ-1 также приятен относительно небольшим уровнем шума: неслышно скрежета трансмииссий и, в отличие от многих вертолетов, его двигатель работает мягче. Второй полет на вертолете подтвердил эти первоначальные впечатления о грамотном инженерном решении конструкции и о разумном его выполнении. В своей категории МИ-1 не уступает ни одной из западных машин по летным характеристикам". ("Airplane", 1956, N 2346). Вертолет МИ-1 сразу нашел широкое применение в народном хозяйстве: для сельскохозяйственных авиахимических работ, разведки с палуб ледокольных и китобойных судов, подсчета запасов леса, обслуживания геологических партий, спасения рыбаков и т.д.
Зарубежным заказчикам было поставлено несколько сот машин этого типа. С 1957 года их начали строить по советской лицензии в Польской народной республике.
ФАИ официально утверждено 23 мировых рекорда установленных на МИ-1 советскими и польскими вертолетчиками.
В 1951 году ОКБ получило задание создать вертолет, который по своим данным, в частности по грузоподъенмности и потолку, превосходил бы лучшие аналоги того времени. В самые сжатые сроки коллектив ОКБ разработал новый вертолет и в конце 1952 года началась подготовка его к серийному производству. Это был получивший широкую известность транспортный вертолет МИ-4, оснащенный поршневым двигателем АШ-82В - вертолетным вариантом известного двигателя конструкции А.Д.Швецова. После успешного завершения государственных испытаний МИ-4 был принят в эксплуатацию.
МИ-4 был первым вертолетом с задним погрузочным люком и трапом для погрузки в фюзеляж различной колесной техники. В настоящее время такое компановочное решение, впервые тогда предложенное в ОКБ, стало общепринятым для транспортных машин.
В процесе разработки МИ-4 был сделан значительный шаг вперед в развитии конструкции основных агрегатов. Впервые в систему управления вертолетом были включены гидробустеры. В частности, это был первый летательный аппарат с полностью необратимым бустерным управлением.
Наиболее трудной проблемой было создание надежных лопастей несущего винта. После проработки множества вариантов ресурс лопастей был доведен со 150 до 2000-2500 часов с одновременным повышением их надежности. Проводились также исследования по повышению ресурса других основных жизненно важных агрегатов машины. МИ-4 стал одним из самых надежных вертолетов в мире.
В ходе доводки и при эксплуатации МИ-4 пришлось столкнуться с явлениями флаттера и земного резонанса. Под руководством и при личном участии М.Л.Миля эти проблемы были решены. Широкую известность получили теоретические работы по этим вопросам его учеников А.В.Некрасова и Л.Н.Гротко. Разработка теории флаттера и земного резонанса помогла исключить возможность их возникновения в последующих конструкциях вертолетов.
Кроме основного транспортного, появились пассажирский, санитарный и сельскохозяйственный варианты. Одна из модификаций вертолета оборудована поплавковым шасси. Со специальной наружней подвеской МИ-4 использовался в качестве летающего крана.
На вертолетах МИ-4 было установлено 7 мировых рекордов. В 1958 году на Всемирной выставке в Брюсселе творческий труд создателей вертолета был отмечен Золотой Медалью.