Rotoare coaxiale

Schemă coaxială  - o schemă pentru construirea unui elicopter (sau a elicelor de aeronave ), în care o pereche de elice instalate în paralel se rotește în direcții opuse în jurul unei axe geometrice comune .

Pe aeronavă, permite compensarea reciprocă a momentelor reactive ale unei perechi de rotoare , menținând în același timp cel mai dens aranjament de antrenare.

Această configurație este cea mai larg reprezentată în elicopterele Kamov produse în masă .

Descriere

Rotoarele coaxiale fac posibilă obținerea forței de împingere necesare cu un diametru relativ mic al sistemului purtător (lame), deoarece zona măturată este bine utilizată , iar șurubul inferior aspiră aer suplimentar din lateral. Un elicopter cu rotoare coaxiale are dimensiuni relativ mici și este destul de compact, ceea ce îi simplifică întreținerea, depozitarea, transportul și extinde domeniul de aplicare. Dimensiunile mici, reducând diferența de masă, creează momente mici de inerție , prin urmare, elicopterul are viteze unghiulare mari de rotație și manevrabilitate ridicată .

Dispunerea simetrică cu o distanță minimă între elice simplifică pilotarea în condiții de vânt puternic, ceea ce este deosebit de valoros atunci când se lucrează de pe nave sau pe teren montan. Absența unui braț de coadă voluminos facilitează pilotarea la altitudini joase, îmbunătățește siguranța zborului pe teren accidentat și simplifică aterizările forțate. Simplifică trecerea la modul de auto -rotație a rotoarelor principale și antrenamentul în zborurile cu elicopterul.

Eliminarea pierderilor de antrenare a rotorului de coadă face posibilă reducerea diametrului rotoarelor principale, deoarece utilizarea puterii motorului este îmbunătățită. Reducerea lungimii palelor elicei duce la o scădere a greutății structurii elicopterului și la o creștere a coeficientului de revenire a greutății (raportul dintre sarcina utilă și greutatea de zbor). În principiu, pe un elicopter coaxial, este posibil să se asigure un nivel mai scăzut de vibrație dacă sarcinile de la elice sunt opuse în fază. Reducerea nivelului de vibrații este facilitată și de diametrul mai mic al rotoarelor, numărul mai mare de pale și absența arborilor de putere care trec prin întregul fuzelaj .

Cu toate acestea, în comparație cu schema clasică a rotorului de coadă , schema coaxială este mult mai complexă din punct de vedere tehnic și structural. Prezența a doi arbori coaxiali care trec unul în celălalt și implementarea controlului pasului ciclic al șuruburilor complică proiectarea transmisiei , crește costul producției și funcționării acesteia. Pentru funcționarea în siguranță a elicopterelor coaxiale, palele nu ar trebui să se ciocnească în timpul oricărei manevre, dar o distanță mare dintre elice în plus face structura mai grea și crește semnificativ înălțimea elicopterului, ceea ce este vizibil mai ales atunci când se utilizează elice cu pale articulate.

Cu o locație ridicată a sistemului de transport, centrul de greutate al elicopterului, arborele elastic al elicei și fixarea cu balamale a palelor, soluția problemei rezonanței pământului devine mai complicată .

Fluturarea lamelor are, de asemenea, unele caracteristici . La elicopterele coaxiale, este dificil să se elimine vibrațiile inverse. Rotorul inferior care funcționează în fluxul rotorului superior are o eficiență mai mică. [unu]

Avantaje și dezavantaje

Avantajele schemei coaxiale:

• dimensiuni minime de gabarit, deoarece palele elicelor coaxiale sunt mai scurte decât palele principale ale elicopterelor cu un rotor de coadă de o clasă similară. Necesită o pistă minimă în comparație cu alte scheme;
• compactitatea transmisiei . Practic, întreaga transmisie este situată de-a lungul unui singur arbore ;
• ușurință comparativă de gestionare. Toate comenzile sunt situate lângă transmisie, iar la efectuarea manevrelor, puterea suplimentară de la motoare nu este consumată;
• stabilitate mai bună în timpul mișcării rectilinie la viteză mare datorită vibrațiilor reduse;
• un număr mai mic de componente critice vulnerabile, cum ar fi brațul de coadă și rotorul de coadă al elicopterelor cu un singur rotor;
• raport mai mare tracțiune -greutate în comparație cu schema tradițională  - cel puțin 20% în modul hover. Nu există pierderi de putere pe rotorul de coadă , în plus, șurubul inferior nu funcționează complet în fluxul de aer al șurubului superior, dar aspiră aer suplimentar;
• simetria aerodinamică a schemei. Un dispozitiv coaxial poate zbura în orice direcție cu aproape aceeași eficiență;
• reducerea vibrațiilor, care este facilitată de dimensiunile mai mici ale rotoarelor;
• siguranța personalului de exploatare. Absența unui rotor de coadă reduce șansa de rănire.

Defecte:

• deteriorarea eficienței rotoarelor datorită influenței lor reciproce în diferite moduri de zbor în comparație cu schemele longitudinale și transversale;
• înălțimea relativ mare a elicopterului datorită distanței mari dintre șuruburi, aceasta la rândul său crește rezistența aerodinamică , ceea ce afectează negativ viteza maximă orizontală;
• probabilitatea suprapunerii palelor în modurile de zbor critice (deși suprapunerea poate apărea în aproximativ aceleași moduri de zbor ca și pentru un rotor principal cu braț de coadă din schema clasică);
• viteză de alunecare puțin mai mare în modul de autorotație , adică autorotația rotoarelor sub acțiunea fluxului de aer care se apropie;
• mai dificil de asigurat stabilitatea direcțională din cauza schemei inerente de fuzelaj scurt, astfel încât majoritatea elicopterelor coaxiale au o coadă verticală dezvoltată ;
• complexitatea producției, reparațiilor și întreținerii [2]

În ingineria elicopterelor

Rotorul coaxial era cunoscut cu mult înainte de ideea creării unui elicopter cu rotor de coadă: de exemplu, în 1754, „părintele științei ruse” Mihail Lomonosov a propus utilizarea unui mecanism cu șurub coaxial pentru a ridica o sondă meteorologică . , mecanismul era acţionat de un arc de înfăşurare.

• Primul brevet pentru aranjarea coaxială a rotoarelor unei aeronave a fost eliberat în 1859 englezului Henry Bright.
• În Franța, Poton de Amercourt a construit un model de elicopter coaxial cu motor cu abur în 1860 . [3]
• Igor Sikorsky a făcut primii pași în industria elicopterelor în 1900 cu prototipuri de elicoptere fără pilot cu elice coaxiale. [patru]
• În 1914, danezul Jacob Ellehammer și-a proiectat elicopterul coaxial.
• În Austria, Stefan Petrozi a construit mai multe elicoptere coaxiale fără pilot cu motoare electrice în perioada 1917-1920  . Elicopterul putea fi doar în modul hover.
• Argentinianul Raul Pescara a construit un elicopter coaxial în 1919 - 1920  ; elicopterul avea 4 șuruburi, perechi de șuruburi legate ca un biplan rotite în direcții opuse [5] . La începutul anilor 1920, Raul Peteras-Pescara a lucrat la un elicopter coaxial, în care a folosit pentru prima dată o placă oscilantă pentru a controla un elicopter .
• În 1930, italianul Corradino d'Ascanio a construit un elicopter coaxial controlat de lame servo, o soluție similară este folosită pe Kaman HH-43 Huskie .
• În anii 1930-1936 a fost construit primul elicopter coaxial cu plăci oscilătoare, construit de francezii Louis Breguet și René Doran. Primul elicopter complet controlat a fost Laboratory Gyroplane construit de Charles Breguet și René Doran în 1936 [6]7] .

• Americanul Stanley Hiller , la vârsta de 18 ani, a construit primul elicopter coaxial XH-44 cu lame din oțel ultra-rigide din metal. Hiller a făcut primul zbor cu acest elicopter în 1944. Designul sa dovedit atât de reușit încât Hiller însuși și-a demonstrat adesea stabilitatea eliberând comenzile și scoțând brațele pe ferestre. [opt]
• În perioada 1945-1946. compania americană Bendix Helicopters [9] a construit mai multe prototipuri (Modelul K, L și J) [10] , a căror schemă coaxială a permis să zboare fără braț de coadă și tăbăvire.

În Uniunea Sovietică , echipa Yakovlev a abordat pentru prima dată subiectul elicopterelor coaxiale în 1944; Puțin mai târziu, în 1945, o echipă de entuziaști condusă de N. I. Kamov s-a apucat de lucru (de remarcat că în Imperiul Rus, primele două prototipuri ale elicopterului de Igor Sikorsky (creatorul primului elicopter de succes al schema clasică V-300) au fost finalizate (1900) conform schemei coaxiale [6] ). Elicopterul „ Joke ” al lui Yakovlev a ieșit pentru prima dată în aer pe 20 decembrie 1947 [11] , iar elicopterul Kamov Ka-8 - puțin mai devreme, pe 12 noiembrie 1947 [12] . Cu toate acestea, pentru biroul de proiectare Kamov, schema coaxială a devenit cea principală; până în prezent, elicopterele Kamov sunt singurele elicoptere produse în masă cu o schemă coaxială din lume.

În Uniunea Sovietică, primul copilot a fost construit la Yakovlev Design Bureau, a fost numit „Product Sh” sau „Joke”, primul zbor a avut loc în 1947 .

• Primul elicopter Kamov Ka-8 „Irkutian” a ieșit în aer tot în 1947;
• Ka-10 „Irkutian” - dezvoltarea ulterioară a Ka-8 (1949);
• Ka-15  - primul elicopter coaxial produs într-o serie mare (1953);
• Ka-18 „Bebe” (1956);
• Ka-27  - elicopter antisubmarin (1956);
• Ka-25 (1961);
• Ka-26 (1965);
• Sikorsky S-69 / XH-59 (1973);
• Ka-29 (1976);
• Ka-32 (1980);
• Ka-28 (1982);
• Ka-50 „Rechinul negru” (1982);
• Ka-126 (1988);
• Ka-37 (1993);
• Ka-32A1 (1995);
• Ka-52 „Aligator” (1997);
• Ka-226 (modernizarea lui Ka-26; 1997);
• Ka-115 "Moskvichka" (proiect la mijlocul anilor '90 );
• Ka-137 „Pepelats” (1999);
• Berkut-VL (proiect din anii 2000)
• Breguet Aviation : ro: Breguet-Dorand Gyroplane Laboratoire  - prototip de elicopter coaxial, anii 30;
• Sikorsky X2 (primul zbor - 2008; proiect închis în 2011);
• Sikorsky S-97 Raider (primul zbor - 2015)

• Ka-50

• Laboratorul de autogire

• Autogir QH-50 DASH

• Ka-27

• Berkut-VL

În construcția de avioane

• Tu-95 - bombardier strategic  cu turbopropulsor sovietic și rusesc - purtătorul de rachete . Datorită puterii uriașe a unității de putere transmisă elicei , a fost adoptat conceptul de explozibil coaxial contrarotativ (altfel diametrul elicei ar depăși 7 metri, ceea ce era inacceptabil din motive de amenajare).
• An-22  este un avion sovietic de transport cu turbopropulsoare greu , cel mai mare avion cu turbopropulsor din lume.
• Fairey Gannet - avioane anti-submarine de transport britanic și avioane AWACS din anii 50-70  .
• Westland Wyvern a fost o aeronavă britanică de luptă multirol, folosită între 1950 și 1958 .
• Douglas A2D-1 Skyshark ( Skyshark ) - avion de atac american cu experiență pe bază de transportator , dezvoltat între 1945 și 1950 . În aspectul și structura grupului de elice, este similar cu cel britanic Westland Wyvern.
• Arsenal VB 10 este un avion de luptă  experimental francez cu două motoare dezvoltat înainte și cu ceva timp după al Doilea Război Mondial. Amplasarea interesantă a ambelor motoare în fuzelaj , cu primul în fața cockpitului , al doilea în spatele acestuia (în maniera P-39 Airacobra )

Schema coaxială în modelarea aeronavei

Schema coaxială simplificată este utilizată pe scară largă în cele mai simple și mai mici modele de elicoptere. La acest model, elicele sunt controlate independent de viteza de rotație, ceea ce asigură stabilizarea modelului în rotație și rotație. Zborul înainte-înapoi este asigurat cel mai adesea de un al treilea rotor de coadă orizontal mic care ajustează pasul.

Acest tip de model este mult mai stabil decât modelul clasic, făcându-l ideal pentru începători și/sau zbor în interior. Dar această schemă are dezavantaje:

• cele mai multe dintre aceste modele au o treaptă fixă, ceea ce simplifică foarte mult modelul, dar înrăutățește controlabilitatea modelului de-a lungul cursului;
• incapacitatea de a zbura în aer liber pe vreme cu vânt.

Note

1. ↑ K. N. Laletin. Aerodinamica practică a elicopterului ka-26, Tutorial copie de arhivă din 11 octombrie 2016 la Wayback Machine  - Moscova, „ Transport ”, 1974
2. ↑ Aerodinamica practică a elicopterului Ka-26 / K.N. Laletin. - M . : „Transport”, 1974. Copie de arhivă din 11 octombrie 2016 la Wayback Machine
3. ↑ Early Helicopter Technology Arhivat 21 august 2011.
4. ↑ A History of Helicopter Flight Arhivat 13 iulie 2014.
5. ↑ Toate elicopterele din lume . Consultat la 12 noiembrie 2011. Arhivat din original la 17 ianuarie 2017. (nedefinit)
6. ↑ 12 Laboratorul de autogire . http://www.aviastar.org.+ Consultat la 4 aprilie 2012. Arhivat din original la 10 iunie 2012. (Rusă)
7. ↑ A History of Helicopter Flight  (ing.)  (link indisponibil) . Consultat la 4 septembrie 2012. Arhivat din original pe 19 iunie 2012.
8. ↑ Elicopter Hiller Xh-44-r . http://www.aviastar.org.+ Consultat la 4 aprilie 2012. Arhivat din original pe 20 noiembrie 2012. (Rusă)
9. ↑ Elicopter Bendix Model K - Istoricul dezvoltării, Fotografii, Desene, Date tehnice . www.aviastar.org . Preluat la 31 mai 2022. Arhivat din original la 31 mai 2022. (nedefinit)
10. ↑ Elicopter Bendix Model J - istoric de dezvoltare, fotografii, date tehnice . www.aviastar.org . Preluat la 31 mai 2022. Arhivat din original la 19 aprilie 2021. (nedefinit)
11. ↑ Yakovlev EG . Preluat la 8 iunie 2018. Arhivat din original la 13 octombrie 2016. (nedefinit)
12. ↑ Elicopter Ka-8 . http://www.aviastar.org.+ Consultat la 4 aprilie 2012. Arhivat din original pe 16 martie 2012. (Rusă)

Link -uri

• OPTIMIZAREA AERODINAMICĂ A UNUI PROPROTOR COAXIAL Arhivat 23 septembrie 2016 la Wayback Machine 
•  Un studiu de cercetare aerodinamică teoretică și experimentală a rotorului coaxial