Diagrama elicopterului descrie numărul de rotoare a elicopterului , precum și tipul de dispozitive utilizate pentru controlul elicopterului.
Forța de rotire a rotorului principal poate fi transmisă de la sistemul de propulsie prin arborele axial. În acest caz, conform celei de-a treia legi a lui Newton, apare un moment reactiv, răsucirea corpului elicopterului în direcția opusă rotației rotorului principal (la sol, o astfel de rotație este împiedicată de șasiul dispozitivului).
Există o serie de scheme de proiectare de bază pentru compensarea momentului de jet și controlul elicopterului folosind atât un singur rotor, cât și mai multe rotoare.
În cazurile în care rotorul principal este deztors fie de un flux de aer care se apropie ( autogire , elicoptere în modul de zbor cu autorotație ), fie cu ajutorul jeturilor situate la capetele palelor (elicopter cu reacție), momentul jetului nu apare și , în consecință, necesitatea de a compensa pentru aceasta lipsă.
În astfel de scheme, pentru a compensa cuplul reactiv, sunt utilizate dispozitive care creează tracțiune, care rotește elicopterul în direcția opusă cuplului reactiv. Avantajul unor astfel de scheme este simplitatea lor relativă, cu toate acestea, în acest caz, puterea centralei elicopterului este luată.
În această schemă, o elice cu diametru mic este situată pe brațul de coadă a elicopterului, la o anumită distanță de axa rotorului principal. Prin crearea de tracțiune într-un plan perpendicular pe axa verticală a elicopterului, rotorul de coadă compensează momentul de reacție. Schimbând forța rotorului de coadă, puteți controla rotația elicopterului în jurul axei verticale. Majoritatea elicopterelor moderne sunt fabricate după o schemă cu un singur rotor. [unu]
A fost brevetat pentru prima dată pe aeronava lui de către Boris Yuryev împreună cu o placă oscilantă în 1912 [2] . Cu toate acestea, primul astfel de model a fost propus în 1874 de designerul german Achenbach. [3]
Primul elicopter VS-300 de succes cu rotor de coadă a fost construit de Igor Sikorsky, elicopterul a decolat pe 13 mai 1940. Succesul acestui elicopter constă în faptul că, pe baza acestui model, elicopterul R-4 a fost produs în serie pentru armata americană .
Avantajul incontestabil al acestei scheme este simplitatea sistemului de proiectare și control, ceea ce duce la o reducere a costurilor de producție, reparații și întreținere.
În plus, sunt produse elicoptere, de exemplu Mi-28 , cu așa-numitul rotor de coadă cu patru pale în formă de X, ale căror pale au unghiuri de montare reciproce diferite pe butuc (cum ar fi litera X). O elice de acest tip prezintă avantaje față de una convențională (cu o distribuție uniformă a azimutului a palelor) în ceea ce privește nivelul de zgomot și o reducere a efectului advers asupra palelor corzilor vortex de capăt generate de palele adiacente.
Dezavantajele acestei scheme:
În construcția modernă a elicopterelor, un rotor de coadă cu palete multiple este uneori folosit în canalul inelar al chilei - fenestron (din latină fenestra - fereastră). Diametrul fenestronului este de peste două ori mai mic decât diametrul unui rotor de coadă convențional.
A fost folosit pentru prima dată pe elicopterele ușoare ale companiei franceze Aerospasial . Folosit în construcția de elicoptere ușoare și medii [4]
Acest design are mai multe avantaje semnificative:
Dezavantajele sunt:
Această schemă folosește elice situate pe aripile sau fermele unei aeronave - giratori . Mai mult, împingerea ambelor șuruburi este îndreptată înainte și pentru a compensa momentul reactiv în modul hover, unul dintre șuruburi oferă mai multă forță decât celălalt. În modul de zbor, aceste elice sunt folosite ca extractoare, ceea ce mărește viteza aeronavei, în timp ce rotorul principal intră în modul de autorotație . Primul aparat cu un astfel de principiu de compensare a momentului reactiv a fost propus și brevetat de B.N.Yuriev în 1910 [5] . Un exemplu de astfel de model este în prezent Eurocopter X3 .
Avantajul aeronavei poate fi considerat viteze mari de zbor, de neatins pentru schema clasică din cauza particularităților aerodinamicii. Așadar, de exemplu, compania cu giratori „Rotodine” „Fairy” în 1959 a atins o viteză de 307,22 km/h, [6] , iar Eurocopter X3 în 2010 - 430 km/h.
Dezavantajul unui astfel de sistem este pierderea unei puteri mai mari pentru a compensa momentul reactiv în modul hover în comparație cu rotorul de coadă.
Cu toate acestea, nu toate aeronavele folosesc această metodă de compensare. De exemplu, aeronava Ka -22 a folosit o pereche de șuruburi transversale pentru a contracara momentul jetului, iar Rotodyne a folosit rotația jetului a palelor.
Pentru a compensa momentul de reacție, se folosește un sistem de control al stratului limită pe brațul de coadă folosind efectul Coanda , împreună cu o duză cu jet la capătul fasciculului, sau doar o duză cu jet.
Forța de control a efectului Coanda apare din același motiv pentru care apare forța de ridicare a aripii - datorită fluxului asimetric în jurul profilului brațului de coadă de fluxul de aer în jos format de rotorul principal. Ventilatorul, situat la baza brațului de coadă, aspiră aer din orificiile situate în partea de sus a caroseriei elicopterului, creând suprapresiunea necesară în interiorul brațului de coadă. Pe partea dreaptă a brațului de coadă, cu ajutorul duzelor speciale, se stabilește un flux de aer mai rapid decât pe partea stângă. Astfel, datorită legii lui Bernoulli , presiunea aerului pe partea stângă va fi mai mare decât pe partea dreaptă, această diferență de presiune duce la apariția unei forțe îndreptate de la stânga la dreapta.
Notă : în diagramă, săgețile albastre arată fluxurile de aer care trec prin brațul de coadă, săgețile roșii - de-a lungul suprafeței brațului de coadă.
Cunoscut în Occident ca NOTAR, ing. No Ta il R otor - „fără rotor de coadă”. În Uniunea Sovietică, au fost efectuate experimente pe un elicopter Ka-26- SS. În serie, elicopterele care utilizează această schemă sunt produse de MD Helicopters.
Din cauza lipsei unui rotor de coadă, acest sistem este cel mai silentios și mai sigur.
În aceste scheme, din cauza absenței unei transmisii care transmite cuplul de la centrala electrică la rotorul principal, nu este necesară compensarea cuplului reactiv. Avantajul unor astfel de scheme este un design simplu, iar un dezavantaj comun poate fi considerat o viteză mică cu un consum semnificativ de combustibil. Pentru controlul rotației, pot fi utilizate un rotor de coadă, suprafețe deflectabile sau dispozitive reactive.
Există mai multe variante ale acestei scheme:
Primul elicopter cu reacție a fost proiectat și construit de designerul german Doblgof. [8] Elicoptere cu reacție experimentale au fost construite și în Polonia; în SUA, Hughes a fost angajat în dezvoltarea lor la ordinul armatei pentru o lungă perioadă de timp. Cu toate acestea, compania americană Hiller a obținut mai mult succes, care a produs elicopterele YH-32 Hornet și HJ-1 Hummingbird în serie mică pentru armată, marina și poliție [9] . În 1956, un american de origine rusă, Evgeny Glukharev , a decolat primul elicopter jetpack MEG-1X [10] . În prezent, elicopterele cu propulsie cu reacție nu sunt produse în serie.
Principalul avantaj al unei astfel de scheme este un design simplu și relativ ușor, eliminând o transmisie complexă.
Principalele dezavantaje ale acestui aranjament sunt:
Pentru varianta cu motoare cu reacție, în plus:
Momentele reactive din astfel de scheme sunt compensate reciproc prin rotația multidirecțională sincronă a două șuruburi. Planurile de rotație ale elicelor pot avea grade diferite de suprapunere atunci când numărul de palete este mai mic de patru.
Avantajul comun al unor astfel de circuite este absența pierderilor de putere pentru compensarea cuplului reactiv, cu toate acestea, astfel de circuite au o complexitate complexă:
Schema longitudinală constă din două șuruburi orizontale situate unul în spatele celuilalt și care se rotesc în direcții diferite. Elicea din spate este ridicată deasupra elicei din față pentru a reduce efectul negativ al jetului de aer de la elicea din față. Această schemă este utilizată în principal la elicopterele de transport greu. Elicopterele cu o schemă longitudinală sunt uneori numite „mașini zburătoare”. [unsprezece]
Pionierul în crearea unui elicopter de-a lungul schemei longitudinale a fost inginerul francez Paul Cornu . În 1907, aparatul său a reușit să iasă din sol timp de 20 de secunde . În timpul primului test, dispozitivul a decolat de la sol, mai întâi cu 0,3 m (greutate brută 260 kg ), apoi cu 1,5 m (greutate brută 328 kg ) [12] .
În anii 1930, dezvoltarea elicopterelor longitudinale a fost realizată în Belgia de emigrantul rus Nikolai Florin , care a construit 3 modele de elicoptere, dintre care unul (Florin-2) a stabilit o serie de recorduri de durată a zborului. Americanul Frank Piasecki a preluat dezvoltarea ulterioară a acestui design , lansând un elicopter pentru armata SUA în 1945 , care, datorită formei sale, a fost numit „ banana zburătoare ”.
În Uniunea Sovietică s-a lucrat și în această direcție. În 1952, sub conducerea lui Igor Aleksandrovich Erlikh [13] , după nouă luni de la începutul proiectării, a avut loc primul zbor al Yak-24 , care la acea vreme a depășit toate modelele străine. [paisprezece]
Aspectele pozitive ale acestei scheme de elicopter sunt:
Dezavantajele schemei longitudinale a elicopterului includ:
La capetele aripilor sunt instalate șuruburi transversale sau suporturi speciale (ferme) pe părțile laterale ale corpului elicopterului. Unele convertiplane în modul elicopter pot fi, de asemenea, atribuite schemei transversale , de exemplu Bell V-22 Osprey , Bell Eagle Eye .
În 1921, inginerul american Henry Berliner, împreună cu tatăl său Emil Berliner, au proiectat un elicopter transversal. El a plasat două elice mici de patru metri pe părțile laterale ale fuselajului aeronavei și o elice de direcție cu o axă de rotație verticală pe coadă - a trebuit să „ridică” coada aparatului, astfel încât elicele să aibă o elice orizontală. componentă de tracțiune pentru a deplasa elicopterul înainte. Pentru a controla elicopterul, s-au folosit suprafețe deflectabile, cum ar fi elerone , precum și axe înclinate ale rotorului. [16]
Primul elicopter transversal de succes a fost germanul Focke-Wulf Fw 61 , care a stabilit o serie de recorduri de distanță și viteză în 1937. În Uniunea Sovietică, primul elicopter transversal a fost proiectul Omega din 1941.
Avantaje:
Dezavantajele acestei scheme includ:
Schema coaxială este o pereche de șuruburi situate unul deasupra celuilalt pe arbori coaxiali care se rotesc în direcții opuse, datorită cărora momentele reactive care decurg din fiecare dintre șuruburi sunt compensate.
Primul brevet pentru aranjarea coaxială a rotoarelor unei aeronave a fost eliberat în 1859 englezului Henry Bright.
Primul elicopter complet controlat a fost Laboratory Gyroplane de Charles Breguet și René Doran în 1936.
Primul zbor al unui elicopter coaxial cu pale din metal a fost realizat de americanul Stanley Hiller în 1944; designul a fost atât de reușit încât Hiller însuși și-a demonstrat adesea stabilitatea eliberând comenzile și scoțând mâinile pe ferestre [17] .
În Imperiul Rus, două prototipuri ale elicopterului de Igor Sikorsky (creatorul primului elicopter de serie Sikorsky R-4 , care avea o schemă clasică) au fost realizate conform unei scheme coaxiale [18] . În Uniunea Sovietică , subiectul elicopterelor coaxiale a fost abordat pentru prima dată de echipa Yakovlev în 1944, iar în 1945 de o echipă de entuziaști condusă de Nikolai Ilici Kamov .
Elicopterul Kamov Ka-8 a zburat pe 12 noiembrie 1947 [19] , iar elicopterul Yakovlev „Joke” a zburat pe 20 decembrie 1947 [20] . Pentru biroul de proiectare Kamov, schema coaxială a devenit cea principală. Acum, elicopterele Kamov sunt singurele elicoptere coaxiale cu pilot din lume care sunt produse în serie.
Avantajele schemei coaxiale:
Defecte:
Rotoarele sunt amplasate pe părțile laterale ale fuselajului cu o suprapunere semnificativă, iar axele lor sunt înclinate spre exterior într-un unghi unul față de celălalt, eliminând astfel posibilitatea suprapunerii. De fapt, o astfel de schemă este un caz special al unei scheme transversale cu suprapunerea maximă posibilă a rotoarelor, în același timp are proprietățile unei scheme coaxiale. Datorită înclinării șuruburilor, momentele reactive sunt echilibrate doar în jurul axei verticale, iar proiecțiile lor în jurul axei transversale se adaugă, formând un moment de tanșare . [22]
Primele elicoptere în serie ale acestei scheme Flettner FI 282 „Hummingbird” au apărut în Germania în 1942. În prezent, singurul producător de serie al unor astfel de elicoptere este compania americană Kaman Aircraft . O caracteristică distinctivă a acestei companii este utilizarea clapetelor servo montate pe lame în sistemul de control al elicopterului, al căror principiu de funcționare este similar cu eleronul unei aeronave.
Avantaje:
Defecte:
Practic, elicopterele cu acest design folosesc patru elice, dintre care o pereche este situată în modelul longitudinal, iar cealaltă în modelul transversal, deși există modele cu trei rotoare ( Mi-32 , Cierva Air Horse), și cu un număr mare de elice ( Multicopter).
Se distinge printr-o greutate mare, dar, în același timp, ușurință de control, deoarece o astfel de schemă nu necesită un platou oscilant , iar direcția de zbor este setată prin controlul separat al puterii fiecărei elice.
În prezent, devine din ce în ce mai popular în elicopterele controlate radio .
Schema a fost prezentată inițial în prototipuri de la începutul secolului al XX-lea, în zorii aviației.
Elicopterele unei astfel de scheme includ quadrocopterul lui Georgy Botezat, un fost profesor la Institutul de Tehnologie din Petrograd, care a emigrat în America; Elicopterul lui Etienne
Emishen , care , pe lângă 4 rotoare, avea 6 elice mici pentru a menține echilibrul și 2 elice pentru zborul orizontal [ 23 ] TiltRotor (proiect).