Вертолет, 2002 № 03

Борис ГУБАРЕВ, заместитель главного конструктора, кандидат технических наук

Особенности аэродинамики вертолета соосной схемы

Сегодня в мировом вертолетостроении используются, в основном, три схемы вертолетов: одновинтовая, соосная и продольная, причем подавляющее большинство винтокрылых машин построено по одновинтовой схеме. Пионеры вертолетостроения хорошо знали принципиальные преимущества соосной схемы летательного аппарата. Однако зарубежным конструкторам удалось довести до массового производства и широкой эксплуатации только вертолеты одновинтовой схемы с рулевым винтом. Эта схема и стала называться классической. В России одновинтовые вертолеты также получили широкое распространение.

В 1947 году Николай Ильич Камов начал работы по практическому созданию вертолетов соосной схемы. За прошедшие 50 с лишним лет коллектив фирмы КАМОВ создал и внедрил в серийное производство целый ряд соосных вертолетов: Ка-10, Ка-15, Ка-18, Ка-25, Ка-26, Ка-27, Ка-29 и всемирно известные Ка-32 и Ка-50.

Области применения соосных вертолетов определялись их характерными особенностями – малыми габаритами, высокими тяговооруженностью и маневренностью, аэродинамической симметрией. Эти особенности обеспечили им удобное базирование на малоразмерных взлетно-посадочных площадках кораблей различного назначения. В условиях взлета и посадки на качающуюся палубу и полета над морем ярко проявились уникальные качества соосных вертолетов. На кораблях Военно-Морского Флота нашли применение вертолеты Ка-25 и Ка-27. В гражданской авиации эксплуатировались Ка-26 и Ка-32. Эти вертолеты по достоинству оценены и за рубежом за высокую эффективность их работы.

В начале 80-х годов фирма КАМОВ создала новый современный вертолет соосной схемы Ка-50, спроектированный в интересах армейской авиации для выполнения боевых задач. Летные испытания подтвердили высокие летно-технические и маневренные характеристики летательного аппарата и показали его преимущества по сравнению с боевыми вертолетами, построенными по одновинтовой схеме. О соосных вертолетах фирмы КАМОВ заговорили в мире, вокруг них разгорелись острые споры и дискуссии.

В свете этого особенно важно провести объективный сравнительный анализ особенностей вертолетов соосной и классической одновинтовой схемы.

Компенсация реактивных моментов соосных несущих винтов

Особенности соосных вертолетов связаны с реализацией принципиально нового способа компенсации реактивного момента несущих винтов по сравнению с одновинтовыми вертолетами. Реактивные моменты винтов соосного вертолета взаимно уравновешиваются непосредственно на оси их вращения. На вертолете одновинтовой схемы для компенсации реактивного момента несущего винта необходимо создание боковой силы рулевого винта, приложенной к фюзеляжу.

Конструкторами соосных вертолетов, по существу, был создан новый тип несущей системы без реактивного момента. Реактивные моменты на винтах компенсируются автоматически на протяжении всего полета без всякого вмешательства летчика. В силу этого изменение мощности на винтах соосного вертолета не приводит к разбалансировке вертолета в путевом отношении. В установившемся полете верхний и нижний винты соосного вертолета имеют нулевой суммарный реактивный момент. При перемещении педалей возникает разница реактивных моментов, благодаря которой осуществляется управление вертолетом по курсу.

Способ компенсации реактивного момента, используемый на одновинтовом вертолете, требует в полете постоянного внимания летчика и регулирования тяги рулевого винта в целях балансировки вертолета.

Рис. 1. Аэродинамическое совершенства соосных и одновинтовых вертолетов на висеиии

Энергетические возможности

С энергетической точки зрения оптимальными для летательного аппарата являются такие решения, при которых мощность силовой установки идет преимущественно на полезные нужды. Для вертолета это – создание необходимых подъемной и пропульсивной сил на заданном режиме полета.

На одновинтовом вертолете часть мощности расходуется на привод рулевого винта, который создает силу тяги, потребную для компенсации крутящего момента несущего винта. Эти затраты составляют до 10- 12% от мощности, приходящей на вал несущего винта, и являются чистыми потерями.