A helikopter diagram leírja a helikopter forgórészeinek számát , valamint a helikopter irányításához használt eszközök típusát.
A főrotor forgatásához szükséges erő a meghajtórendszerből az axiális tengelyen keresztül továbbítható. Ebben az esetben Newton harmadik törvénye szerint reaktív nyomaték keletkezik, amely a helikopter testét a főrotor forgásával ellentétes irányba csavarja (a talajon az ilyen forgást a készülék alváza akadályozza meg).
Számos alapvető tervezési séma létezik a sugárnyomaték-kompenzációhoz és a helikoptervezérléshez, egy és több rotorral egyaránt.
Abban az esetben, ha a főrotort akár szembejövő légáramlat ( giroplánok , helikopterek autorotációs repülési módban ), akár a lapátok végén elhelyezett fúvókák segítségével (jethelikopter) elcsavarja, a sugárnyomaték nem jön létre, és , ennek megfelelően hiányzik a kompenzáció szükségessége.
Az ilyen sémákban a reaktív nyomaték kompenzálására olyan eszközöket használnak, amelyek tolóerőt hoznak létre, amely a helikoptert a reaktív nyomatékkal ellenkező irányba forgatja. Az ilyen sémák előnye viszonylagos egyszerűségük, azonban ebben az esetben a helikopter erőmű teljesítménye lekerül.
Ebben a sémában egy kis átmérőjű légcsavar található a helikopter farokgémén bizonyos távolságra a fő rotor tengelyétől. Azáltal, hogy a helikopter függőleges tengelyére merőleges síkban tolóerőt hoz létre, a farokrotor kompenzálja a reakciónyomatékot. A farokrotor tolóerejének megváltoztatásával szabályozhatja a helikopter forgását a függőleges tengely körül. A legtöbb modern helikopter egy rotoros séma szerint készül. [egy]
Ezt először Borisz Jurjev szabadalmaztatta repülőgépén 1912-ben egy csappal együtt [2] . Az első ilyen modellt azonban 1874-ben Achenbach német tervező javasolta. [3]
Az első sikeres farokrotoros VS-300- as helikoptert Igor Sikorsky építette, a helikopter 1940. május 13-án szállt fel. Ennek a helikopternek a sikere abban rejlik, hogy ennek a modellnek az alapján az R-4 helikoptert sorozatban gyártották az amerikai hadsereg számára .
Ennek a rendszernek vitathatatlan előnye a tervezési és vezérlési rendszer egyszerűsége, amely a gyártási, javítási és karbantartási költségek csökkenéséhez vezet.
Ezenkívül gyártanak helikoptereket, például a Mi-28 -ast, úgynevezett X alakú, négylapátos farokrotorral, amelyek lapátjai eltérő kölcsönös rögzítési szöggel rendelkeznek az agyon (mint az X betű). Az ilyen típusú propeller a hagyományoshoz képest (a lapátok egyenletes irányszögeloszlásával) rendelkezik előnyökkel a zajszint és a szomszédos lapátok által keltett örvényvégzsinórok lapátjaira gyakorolt káros hatások csökkentésében.
Ennek a rendszernek a hátrányai:
A modern helikopter-építésben a gerinc gyűrű alakú csatornájában - fenestron (a latin fenestra - ablak) néha több lapátos farokrotort használnak. A fenestron átmérője több mint kétszer kisebb, mint egy hagyományos farokrotor átmérője.
Először a francia Aerospasial cég könnyű helikopterein használták . Könnyű és közepes helikopterek építésénél használják [4]
Ennek a kialakításnak számos jelentős előnye van:
A hátrányok a következők:
Ez a rendszer légcsavarokat használ , amelyek a repülőgép- forgószárnyas repülőgép szárnyain vagy rácsos tartójain helyezkednek el . Ezenkívül mindkét csavar tolóereje előre van irányítva, és a lebegési módban a reaktív nyomaték kompenzálására az egyik csavar nagyobb tolóerőt biztosít, mint a másik. Repülési módban ezeket a légcsavarokat húzóként használják, ami növeli a forgószárnyas jármű sebességét, míg a főrotor autorotációs módba kerül . Az első ilyen reaktív nyomaték-kompenzációs elvű készüléket B. N. Jurjev javasolta és szabadalmaztatta 1910-ben [5] . Ilyen modellre példa jelenleg az Eurocopter X3 .
A forgószárnyas repülőgép előnye a nagy repülési sebesség tekinthető, amely az aerodinamikai sajátosságok miatt a klasszikus séma számára elérhetetlen. Így például a „Rotodine” forgószárnyas „Fairy” cég 1959-ben 307,22 km/h sebességet ért el [6] , az Eurocopter X3 pedig 2010-ben – 430 km/h-t.
Egy ilyen rendszer hátránya, hogy a farokrotorhoz képest nagyobb teljesítmény veszteség a lebegési módban a reaktív momentum kompenzálására.
Azonban nem minden forgószárnyas használja ezt a kompenzációs módszert. Például a Ka-22 forgószárnyas egy pár keresztirányú csavart használt a sugárnyomaték ellensúlyozására, a Rotodyne pedig a lapátok sugárforgatását.
A reakciónyomaték kompenzálására a farok gémjén a Coanda-effektust használó határréteg-vezérlő rendszert alkalmaznak , a gerenda végén lévő sugárfúvókával együtt, vagy csak egy sugárfúvókát.
A Coanda-effektus vezérlőereje ugyanabból az okból jön létre, mint a szárny emelőereje - a főrotor által alkotott lefelé irányuló légáramlás miatt a farokgém profilja körüli aszimmetrikus áramlás miatt. A farok gém tövében található ventilátor szívja a levegőt a helikopter karosszériájának tetején található lyukakból, így a szükséges túlnyomást hozza létre a farok gém belsejében. A farok gém jobb oldalán speciális fúvókák segítségével gyorsabb légáramlás jön létre, mint a bal oldalon. Így a Bernoulli-törvény miatt a bal oldalon a légnyomás nagyobb lesz, mint a jobb oldalon, ez a nyomáskülönbség balról jobbra irányított erő megjelenéséhez vezet.
Megjegyzés : az ábrán a kék nyilak a farokkereten áthaladó levegőáramot mutatják, a piros nyilak pedig a farokkeret felületén.
Nyugaton NOTAR néven ismert, eng. No Ta il R otor - "farokrotor nélkül". A Szovjetunióban egy Ka-26- SS helikopteren végeztek kísérleteket . Sorozatban az ezt a sémát használó helikoptereket az MD Helicopters gyártja.
A farokrotor hiánya miatt ez a rendszer a legcsendesebb és legbiztonságosabb.
Ezekben a sémákban, mivel nincs olyan sebességváltó, amely nyomatékot továbbít az erőműről a fő rotorra, nincs szükség reaktív nyomaték kompenzációra. Az ilyen rendszerek előnye az egyszerű kialakítás, és közös hátránynak tekinthető az alacsony sebesség és jelentős üzemanyag-fogyasztás. Az elfordulás szabályozásához farokrotor, elhajtható felületek vagy reaktív eszközök használhatók.
Ennek a sémának számos változata létezik:
A legelső sugárhajtású helikoptert Doblgof német tervező tervezte és építette. [8] Lengyelországban is készültek kísérleti sugárhajtású helikopterek, az USA-ban a Hughes katonai parancsra hosszú ideig fejlesztésükkel foglalkozott. Nagyobb sikereket ért el azonban az amerikai Hiller cég, amely kis szériában gyártotta az YH-32 Hornet és HJ-1 Hummingbird helikoptereket a hadsereg, a haditengerészet és a rendőrség számára [9] . 1956-ban egy orosz származású amerikai, Jevgenyij Glukharev felszállta az első MEG-1X jetpack helikoptert [10] . Jelenleg a sugárhajtású helikoptereket nem gyártják tömegesen.
Az ilyen rendszer fő előnye az egyszerű és viszonylag könnyű kialakítás, amely kiküszöböli a bonyolult sebességváltót.
Ennek az elrendezésnek a fő hátrányai:
A sugárhajtóműves változathoz még:
Az ilyen sémák reaktív nyomatékait két csavar szinkron többirányú elforgatásával kompenzálják. A légcsavarok forgássíkjai különböző mértékű átfedéssel rendelkezhetnek, ha a lapátok száma kevesebb, mint négy.
Az ilyen áramkörök közös előnye, hogy nincs teljesítményveszteség a reaktív nyomatékkompenzációhoz, azonban az ilyen áramkörök összetettek:
A hosszanti séma két, egymás mögött elhelyezett és különböző irányokba forgó vízszintes csavarból áll. A hátsó légcsavar az első propeller fölé van emelve, hogy csökkentse az első légcsavar negatív hatását. Ezt a sémát főként nehéz emelőhelikoptereknél használják. A hosszanti elrendezésű helikoptereket néha "repülő autóknak" nevezik. [tizenegy]
A hosszanti séma mentén egy helikopter létrehozásának úttörője Paul Cornu francia mérnök volt . 1907-ben a készüléke 20 másodpercre fel tudott emelkedni a földről . Az első teszt során a készülék először 0,3 m-rel (bruttó tömeg 260 kg ), majd 1,5 m-rel (bruttó tömeg 328 kg ) emelkedett fel [12] .
Az 1930-as években a longitudinális helikopterek fejlesztését Belgiumban az orosz emigráns Nikolai Florin végezte , aki 3 helikoptermodellt épített, amelyek közül az egyik (Florin-2) számos repülési időtartam rekordot döntött. Az amerikai Frank Piasecki vállalta ennek a tervnek a továbbfejlesztését , miután 1945 -ben kiadott egy helikoptert az amerikai hadsereg számára , amelyet alakja miatt „ repülő banánnak ” neveztek.
A Szovjetunióban is ebbe az irányba folyt a munka. 1952-ben Igor Alekszandrovics Erlikh [13] vezetésével a tervezés kezdetétől számított kilenc hónap elteltével megtörtént a Yak-24 első repülése , amely akkoriban minden külföldi modellt felülmúlt. [tizennégy]
Ennek a helikopterrendszernek a pozitívumai a következők:
A helikopter hosszanti sémájának hátrányai a következők:
Keresztirányú csavarokat kell felszerelni a szárnyak vagy speciális támasztékok (tartók) végeire a helikopter testének oldalain. Néhány helikopter üzemmódban lévő átalakító repülőgép a keresztirányú sémának is tulajdonítható , például a Bell V-22 Osprey , a Bell Eagle Eye .
1921-ben Henry Berliner amerikai mérnök apjával, Emil Berlinerrel közösen keresztirányú helikoptert tervezett. Két kicsi, négyméteres légcsavart helyezett el a repülőgép törzsének oldalain, a farokra pedig egy függőleges forgástengelyű kormánycsavart - fel kellett „emelnie” a készülék farkát, hogy a légcsavarok vízszintesek legyenek. a tolóerő összetevője a helikopter előremozdításához. A helikopter irányításához elhajtható felületeket, például csűrőket , valamint megdöntött rotortengelyeket használtak. [16]
Az első sikeres keresztirányú helikopter a német Focke-Wulf Fw 61 volt , amely 1937-ben számos távolság- és sebességrekordot döntött. A Szovjetunióban az első keresztirányú helikopter az 1941-es Omega projekt volt.
Előnyök:
Ennek a rendszernek a hátrányai a következők:
A koaxiális séma egy olyan csavarpár, amelyek egymás felett helyezkednek el a koaxiális tengelyeken, amelyek egymással ellentétes irányban forognak, amelyeknek köszönhetően az egyes csavarokból származó reaktív nyomatékok kompenzálódnak.
A repülőgép rotorjainak koaxiális elrendezésére vonatkozó első szabadalmat 1859-ben az angol Henry Bright adta ki.
Az első teljesen irányított helikopter a Laboratory Gyroplane amelyet Charles Breguet és René Doran 1936-ban. A teljesen fém pengékkel ellátott koaxiális helikopter első repülését az amerikai Stanley Hiller készítette 1944-ben; a tervezés annyira sikeres volt, hogy Hiller maga is gyakran bizonyította stabilitását a kezelőszervek elengedésével és a kezét az ablakokon való kinyújtásával [17] .
Az Orosz Birodalomban Igor Sikorsky (az első sorozatos Sikorsky R-4 helikopter megalkotója , amelynek klasszikus sémája volt) két prototípusa koaxiális séma szerint készült [18] . A Szovjetunióban a koaxiális helikopterek témájával először a Jakovlev csapat foglalkozott 1944-ben, majd 1945-ben a Nyikolaj Iljics Kamov vezette lelkes csapat .
A Kamov Ka-8 helikopter 1947. november 12-én [19] , a Jakovlev "Joke" helikopter 1947. december 20-án [20] . A Kamov tervezőiroda számára a koaxiális séma lett a fő. Jelenleg a Kamov helikopterek az egyetlen emberes koaxiális helikopterek a világon, amelyeket tömegesen gyártanak.
A koaxiális séma előnyei:
Hibák:
A rotorok a törzs oldalain helyezkednek el jelentős átfedéssel, tengelyeik pedig egymáshoz képest szögben kifelé dőlnek, így kiküszöbölhető az átfedés lehetősége. Valójában egy ilyen séma a rotorok lehető legnagyobb átfedésével rendelkező keresztirányú séma speciális esete, ugyanakkor a koaxiális séma tulajdonságaival is rendelkezik. A csavarok dőlésszögéből adódóan a reaktív nyomatékok csak a függőleges tengely körül egyensúlyoznak ki, és a kereszttengely körüli vetületeik összeadódnak, dőlési nyomatékot képezve . [22]
Ennek a rendszernek az első soros helikopterei, a Flettner FI 282 "Hummingbird" 1942-ben jelentek meg Németországban. Jelenleg az ilyen helikopterek egyetlen sorozatgyártója az amerikai Kaman Aircraft cég . Ennek a cégnek a megkülönböztető jellemzője a helikopter vezérlőrendszerében a lapátokra szerelt szervo szárnyak használata, amelyek működési elve hasonló a repülőgép csűrőjéhez .
Előnyök:
Hibák:
Alapvetően az ilyen típusú helikopterek négy légcsavart használnak, amelyek közül az egyik pár hosszanti, a másik keresztirányú mintázatban helyezkedik el, bár vannak három rotoros kivitelek is ( Mi-32 , Cierva Air Horse), és nagyszámú légcsavarral ( Multicopter).
Megkülönbözteti a nagy súlyt, de ugyanakkor a könnyű irányíthatóságot, mivel egy ilyen rendszerhez nincs szükség lengőlemezre , és a repülési irányt az egyes légcsavarok teljesítményének külön vezérlésével állítják be.
Jelenleg egyre népszerűbb a rádióvezérlésű helikopterekben .
A sémát eredetileg a huszadik század eleji prototípusokban mutatták be a repülés hajnalán.
Az ilyen rendszer helikopterei közé tartozik Georgij Botezat, a Petrogradi Műszaki Intézet egykori professzorának kvadrokopterje, aki Amerikába emigrált; Etienne
Emishen helikoptere , amely a 4 rotoron kívül 6 kis légcsavarral rendelkezett az egyensúly fenntartására és 2 légcsavarral a vízszintes repüléshez [ 23 ] TiltRotor (projekt).