Летательные аппараты нетрадиционных схем

Если говорить об отдельном агрегате, который более, чем какие-либо другие, способен сделать летательный аппарат необычным, так это несущий винт. Схема такого устройства, принцип действия которого первоначально представляли как движение посредством «ввинчивания в воздушную среду», была разработана Леонардо да Винчи около 1500 г. (рис. 5.1). Однако, подобно другим идеям механического полета, потребовалось несколько столетий для появления необходимой для ее реализации технической базы.

Рис. 5.1.Эскиз вертолета Леонардо да Винчи (около 1500 г.).

Первые потенциально работоспособные конфигурации вертолета появились в 1907–1909 гг., после чего начинает развиваться экспериментальное вертолетостроение. В следующие десятилетия лишь очень небольшому числу экспериментальных вертолетов удавалось оторваться от земли и на непродолжительное время зависать в воздухе. Вплоть до 1937 г. ни одному из построенных вертолетов не удалось преодолеть влияние земли или совершить действительно управляемый полет[11]. Появление в 1940 г. принципиально нового проекта вертолета VS-300 Игоря Сикорского (который начал работать над вертолетами в 1907 г.), дало толчок быстрому развитию этого направления авиационной техники. В настоящее время вертолеты различных конфигураций стали широко распространенными летательными аппаратами.

ДОСТОИНСТВА

Основным достоинством несущего винта является то, что он создает подъемную силу, которая не зависит от поступательного движения летательного аппарата. Величина мощности на единицу массы (тяговооруженность) для вертолета остается приблизительно такой же, как и для обычного самолета. Удельная нагрузка на крыло вертолета не определяется площадью крыла (роль которого в данном случае играют лопасти) и зависит от удельной нагрузки на ометаемую винтом площадь. Эта величина равна массе летательного аппарата, отнесенной к площади, ометаемой винтом.

Следующим важным достоинством вертолета является его способность неподвижно висеть над выбранной точкой местности, что имеет важное значение при наблюдении, загрузке или разгрузке в таких местах, где самолеты не могут совершать посадку и т. п. О специфике применения вертолетов можно написать целые книги.

Не требуя поступательной скорости на взлете и некоторых режимах полета, вертолет обычно не имеет крыла и поверхностей управления. Управление полетом осуществляется при помощи несущего винта или нескольких винтов, которые отклоняются в требуемом направлении по командам пилота.

НЕДОСТАТКИ

Как и при любом специализированном применении, достоинства несущего винта сопровождаются существенными недостатками. Основным недостатком винта являются сложность его конструкции и, следовательно, высокая стоимость разработки и эксплуатации. Несущий винт вертолета не связан непосредственно с двигателем, как это имеет место у самолетов, а приводится через сложную систему редукторов и валов. Лопасти винта крепятся к валу с помощью сложного шарнира, обеспечивающего свободное движение ротора относительно вала в вертикальном, боковом и осевом направлениях для изменения шага.

Ресурс основных подвижных узлов вертолета значительно меньше, чем у аналогичных узлов самолетов. Стоимость 1 ч эксплуатации вертолета настолько высока, что небольшие коммерческие вертолеты обычно доставляются к месту работы со своих баз при помощи грузовиков, а не перегоняются по воздуху.

Другим специфическим недостатком вертолетов, с которым столкнулись уже первые разработчики, является тенденция фюзеляжа вращаться (в схеме с одним несущим винтом). Для парирования этого эффекта уже на первых экспериментальных вертолетах использовалось четное число винтов с противоположным направлением вращения.

Конструктивно решить эту проблему можно двумя путями: применением двух расположенных на некотором расстоянии несущих винтов с противоположным направлением вращения (иногда они располагаются с взаимным перекрытием или зазором) или противоположным вращением двух винтов, расположенных на одной оси (соосная схема). Недостатками обеих схем являются повышенные масса, стоимость и сложность конструкции.

Эта проблема оригинально была решена в вертолете Сикорского, построенном по схеме с одним несущим винтом, на котором он применил хвостовой рулевой винт с регулируемым шагом и поперечной горизонтальной осью, отклоняемой по тангажу относительно нейтрального положения. При этом винт работал подобно рулю направления самолета, создавая знакопеременную силу, которая не только парировала момент разворота корпуса вертолета, но и обеспечивала путевое управление. Основным недостатком схемы вертолета с хвостовым винтом является отдача части мощности силовой установки рулевому винту, тогда как на вертолетах с несколькими несущими винтами вся располагаемая мощность силовой установки расходуется на создание подъемной силы.

АВТОЖИР: БОКОВАЯ ЛИНИЯ РАЗВИТИЯ