Вертолет

Вертолет, летательный аппарат тяжелее воздуха с верти- кальными взлетом и посадкой, подъемная сила в котором соз- дается одним или несколькими чаще двумя несущими винтами. Слово вертолет введено вместо иностранного геликоптер. Вертолет взлетает вертикально вверх без разбега и совер- шает вертикальную посадку без пробега, неподвижно висит над одним местом, допуская поворот вокруг вертикальной оси в лю- бую сторону, производит полет

в любом направлении со скорос- тями от нуля до максимальной. При вынужденной остановке дви- гателей в полете вертолет может совершить планирующий спуск и посадку, используя самовращение авторотацию несущих вин- тов. Во избежание срыва потока с лопастей и для увеличения скорости полета некоторые вертолеты имеют небольшое крыло, разгружающее несущие винты. В зависимости от способа уравновешивания реактивного мо- мента несущего

винта различают вертолеты одновинтовые с хвостовым винтом или с реактивным приводом несущего винта, двухвинтовые соосные продольной схемы с перекрещивающими- ся осями несущих винтов с поперечным расположением несущих винтов, или поперечной схемой и многовинтовые. Из них полу- чили распространение вертолеты одновинтовые с хвостовым винтом без крыла и с крылом двухвинтовые соосные и верто- леты продольной схемы. Вертолеты любой схемы состоят из планера аналогичного са- молетному

фюзеляж, шасси, органы управления, электро ра- дио- и навигационное оборудование и т.д винтовой несущей системы несущих винтов, двигательной силовой установки, трансмиссии привода. Одновинтовые вертолеты с механичес- ким приводом, кроме того, имеют хвостовой винт и систему уп- равления им. Подавляющее большинство конструкций несущих винтов верто- летов выполнено с шарнирной подвеской лопастей. Такая под- веска дает возможность лопастям совершать маховое движение, обеспечивающее балансировку

вертолета во всем диапазоне ско- ростей полета. В то же время маховое движение лопастей ста- вит предел увеличению скорости полета вертолета свыше 350-370 кмчас из-за срыва потока на них. В 1965 году появи- лись вертолеты американской фирмы Локхид с безшарнирными полужесткими винтами, у которых маховое движение концов ло- пастей осуществляется вследствие упругого изгиба лопастей. А в 60-е годы

ХХ века начались разработки конструкций жестких винтов, у которых практически устранено маховое движение. Такие винты могут быть применены только в двухвинтовой соос- ной системе, обеспечивающей балансировку и управление верто- лета. Жесткие соосные винты не имея срыва потока позволят довести скорость полета до 500-600 кмчас. Основные три ти- па конструктивного выполнения лопастей - смешанная конструк- ция со стальным трубчатым лонжероном цельнометаллическая конструкция с прессованным из алюминиевого сплава

лонжеро- ном цельностеклопластиковая лопасть. Аэродинамическая ком- пановка лопастей зависит от назначения вертолета и опреде- ляется условиями взлета, значением максимальной скорости конца лопасти при максимальной скорости полета. Управление несущими винтами состоит из двух систем цикли- ческого управления шагом лопастей и управления общим шагом лопастей. Циклическое управление шагом лопастей выполняется автоматом перекоса, изобретенным Б.Н.Юрьевым в 1911 году. Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из

двух колец, подвешенных на кардане к неподвижной опоре. Внутрен- нее кольцо соединено с тягами продольного и поперечного уп- равления внешнее кольцо - с тягами управляющими лопастями. Под действием тяг управления внутреннее кольцо автомата пе- рекоса наклоняется, вызывая синусоидальное изменение углов установки лопастей в осевом шарнире и появлением горизон- тально составляющей тяги несущего винта, которая вызывает поступательное движение вертолета и наклоняет его

в сторону движения. Управление общим шагом лопастей осуществляется од- новременным поворотом их в осевом шарнире относительно про- дольной оси лопасти посредством рычагов и тяг и служат для изменения вертикального режима полета при одновременном увеличении угла установки всех лопастей вертолет поднимает- ся при одновременном уменьшении углов - опускается. Про- дольное и поперечное управление вертолетом осуществляется через автоматы перекоса путевое управление - изменением ша- га лопастей хвостового винта на одновинтовых вертолетах

или одновременным изменением общего шага лопастей в противо- положных направлениях на соосных вертолетах. При переходе на режим безмоторного планирования режим самовращения несу- щих винтов опусканием рычага общего шага уменьшают угол ус- тановки лопастей до 3-5 градусов. Наибольшего развития вертолетостроение достигло в России научно-конструкторские коллективы под руководством

М.Л.Ми- ля и Н.И.Камова, в США фирмы Сикорский, Боинг, Белль, Каман. Франции Сюд-авиасьен, Англии Уэс- тленд и Италии Агуста. Вертолеты широко применяются в народном хозяйстве, на работах по борьбе с сельскохозяй- ственными вредителями и болезнями садов, виноградников и ценных технических культур, а также по подкормке посевов для транспортных и пассажирских перевозок, при проведении геологоразведочных работ, для гравеметрической

съемки, для разведки ледовой обстановки, для патрулирования линий высо- кого напряжения, газо- и нефтепроводов, для перевозки и мон- тажа крупногабаритного обородувания, установки мачт и других монтажных работ, для санитарных и спасательных работ и т.д. лв-бвагваб оа . п л б 1947 г. нвг а в аи а вг ав в в вм а в . ал в авв л л 1948 г. гби ла в- л бг абвл блв п и еаи б , абваа лбго абвм гва- вмго гбвзбвм. 1950 г з бм байное произ- водство первого в стране вертолета, который получил назва- ние

МИ-1. И уже в следующем году на воздушном параде, прохо- дившем на Московском аэродроме в Тушино, участвовала группа этих машин. Представляет определенный интерес заявление,сделанное в то время английским пилотом Дж.Фрикером, который сравнивал МИ-1 с аналогичными западными вертолетами S-51 и Сикамор МИ-1 по сравнению с Сикамором располагает полезным из- бытком мощности, обеспечивающим

хорошие летные показатели в тропических условиях и на больших высотах полета. Сикамор всегда считался одним из лучших вертолетов из-за небольших вибрация6 но пожалуй, МИ-1 даже лучше его и не имеет ни од- ной из обычно наблюдающихся форм вибраций малых амплитуд МИ-1 также приятен относительно небольшим уровнем шума нес- лышно скрежета трансмииссий и, в отличие от многих вертоле- тов, его двигатель работает мягче.

Второй полет на вертоле- те подтвердил эти первоначальные впечатления о грамотном ин- женерном решении конструкции и о разумном его выполнении. В своей категории МИ-1 не уступает ни одной из западных машин по летным характеристикам. Airplane, 1956, N 2346. Вертолет МИ-1 сразу нашел широкое применение в народном хозяйстве для сельскохозяйственных авиахимических работ, разведки с палуб ледокольных и китобойных судов, подсчета запасов леса, обслуживания

геологических партий, спасения рыбаков и т.д. Зарубежным заказчикам было поставлено несколько сот ма- шин этого типа. С 1957 года их начали строить по советской лицензии в Польской народной республике. ФАИ официально утверждено 23 мировых рекорда установлен- ных на МИ-1 советскими и польскими вертолетчиками. В 1951 году ОКБ получило задание создать вертолет, кото- рый по своим данным, в частности по грузоподъенмности и

по- толку, превосходил бы лучшие аналоги того времени. В самые сжатые сроки коллектив ОКБ разработал новый вертолет и в конце 1952 года началась подготовка его к серийному произ- водству. Это был получивший широкую известность транспор- тный вертолет МИ-4, оснащенный поршневым двигателем АШ-82В - вертолетным вариантом известного двигателя конструкции А.Д.Швецова. После успешного завершения государственных ис- пытаний

МИ-4 был принят в эксплуатацию. МИ-4 был первым вертолетом с задним погрузочным люком и трапом для погрузки в фюзеляж различной колесной техники. В настоящее время такое компановочное решение, впервые тогда предложенное в ОКБ, стало общепринятым для транспортных ма- шин. В процесе разработки МИ-4 был сделан значительный шаг впе- ред в развитии конструкции основных агрегатов. Впервые в систему управления вертолетом были включены гидробустеры.

В частности, это был первый летательный аппарат с полностью необратимым бустерным управлением. Наиболее трудной проблемой было создание надежных лопас- тей несущего винта. После проработки множества вариантов ре- сурс лопастей был доведен со 150 до 2000-2500 часов с однов- ременным повышением их надежности. Проводились также иссле- дования по повышению ресурса других основных жизненно важ- ных агрегатов машины. МИ-4 стал одним из самых надежных вер- толетов в мире.

В ходе доводки и при эксплуатации МИ-4 пришлось стол- кнуться с явлениями флаттера и земного резонанса. Под руко- водством и при личном участии М.Л.Миля эти проблемы были ре- шены. Широкую известность получили теоретические работы по этим вопросам его учеников А.В.Некрасова и Л.Н.Гротко. Раз- работка теории флаттера и земного резонанса помогла исклю- чить возможность их возникновения в последующих конструк- циях вертолетов.

Кроме основного транспортного, появились пассажирский, санитарный и сельскохозяйственный варианты. Одна из модифи- каций вертолета оборудована поплавковым шасси. Со спе- циальной наружней подвеской МИ-4 использовался в качестве летающего крана. На вертолетах МИ-4 было установлено 7 мировых рекордов. В 1958 году на Всемирной выставке в Брюсселе творческий труд создателей вертолета был отмечен

Золотой Медалью. В 1953 году ОКБ приступило к разработке транспортного вертолета для перевозки 6 тонн груза на расстояние до 600 км. Первый полет нового вертолета одновинтовой схемы МИ-6 с двумя турбовинтовыми двигателями состоялся в 1957 году. В том же году во время испытательного полета был установлен первый мировой рекорд - поднят груз 12 тонн. В 1962 году - груз весом 20,1 тонны. С 1959 по 1964 г.г. на

МИ-6 серийно- го производства установлено еще 12 мировых рекордов. Применение автопилота, дополнительного навигационного обо- рудования, электротепловой, антиобледенительной системы, введение в состав экипажа штурмана позволили использовать МИ-6 практически в любое время дня и ночи и в любую погоду. По сути дела он стал первым всепогодным вертолетом и с 1964 года успешно эксплуатируется в народном

хозяйстве нашей страны. В 1965 году МИ-6 вместе с вертолетом-краном МИ-10 впер- вые демонстрировался на авиационной выставке в Париже. Зару- бежная пресса оценивая успех советского вертолетостроения, констатировало, что при создании МИ-6 и МИ-10 были реше- ны такие инженерные проблемы, к которым до сих пор не осме- ливаются приблизиться конструкторы западных фирм Interavia, 1965 год, N 8.

Напомним, что это писалось спустя 8 лет после первого полета МИ-6. Значение этой маши- ны не исчерпывается ее большой грузоподъемностью и размерами. МИ-6 - первый в мире вертолет перешагнувший рубеж скорос- ти 320 кмчас, который, как считалось одно время, никогда не будет достигнут аппаратами этого типа. МИ-6 - первый в мире вертолет серийного производства, ос- нащенный двумя турбовинтовыми двигателями

со свободной тур- биной. Его компановочная схема признана классической. В июне 1960 года МИ-10 совершил первый полет. В процессе испытаний было установлено, что вертолет может транспорти- ровать грузы длиной до 20 метров, высотой до 3,5 метров, шириной до 5 метров при крестообразной форме груза - до 10 метров, весом 12 тонн на расстояние до 250 км и весом 15 тонн - на более короткие расстояния. В 1965 году на специально подготовленном вертолете

МИ-10 с шасси от МИ-6 установлено два мировых рекорда груз 25,1 тонны поднят на высоту 2840 метров, а груз 5 тонн - на 7150 метров. В последующие годы в ОКБ проводились плодотворные работы по созданию средних и легких вертолетов с турбинными двига- телями. В 1960 году началась работа над пасажирским вертоле- том с турбинной силовой установкой на базе МИ-4. Первый вариант вертолета имел один двигатель со свободной турбиной конструкции

ОКБ А.Г.Ивченко. В 1961 году эта машина уже участвовала в показе новой авиационной техники в Тушино. В дальнейшем было решено применить двухдвигательную сило- вую установку, обеспечивающую нормальное продолжение полета при выходе из строя одного из двигателей. Первый такой вер- толет - МИ-8 с двумя турбовинтовыми двигателями конструкции ОКБ С.П.Изотова в 1965 году поступил в серийное производ- ство.

В 1960 году ОКБ начало проектировать легкий вертолет на базе МИ-1 с двумя двигателями конструкции С.П.Изотова. Соз- дание такого вертолета - МИ-2, было шагом вперед в развитии машин такого класса. Двухтурбинная схема для легких вертоле- тов, впервые примененная для МИ-2, получила в настоящее вре- мя общее признание.

Он обладает значительными преимущества- ми перед МИ-1 как по грузоподъемности, так и по скорости. Эта машина как бы перешла по своим данным в класс МИ-4, ос- таваясь по размерам и взлетному весу в классе МИ-1. В 1967 году в воздух поднялся самый большой из когда-ли- бо существовавших вертолетов В-12. В одном из испытательных полетов он поднял груз весом более 40 тонн.

Вертолет был построен по поперечной схеме с крылом обратного сужения. По оценкам специалистов появление такого экспериментального вертолета подтвердило возможность перехода к созданию вин- токрылых аппаратов с взлетным весом 100 тонн. В дальнейшем были созданы многоцелевой вертолет МИ-17, с успехом использующийся в народном хозяйстве нашей страны, и вертолет МИ-26 - самый грузоподъемный серийный вертолет соз- дававшийся для выполнения

уникальных монтажных работ. аввл 1948 . гил а гиб наа, бп- йл о ги в . ав а в вм, аг вда ва а й вбп авв. в в, делает круг над аэродромом и снова садится на платформу. Создатель летающего мотоцикла как его назвали журналисты - Николай Ильич Камов, в течение многих лет конструировавший автожиры. Одноместный вертолет с мотоциклетным двигателем, с двумя соосными несущими винтами, вращающимися в

противоположных направлениях новая его конструкция. После успешной демонстрации вертолета создается опыт- но-конструкторское бюро во главе с главным конструктором Н.И.Камовым, которому поручается разработка одноместного ко- рабельного вертолета для разведки, связи и наблюдения. Но- вый вертолет КА-10 имел ту же принципиальную схему, что и летающий мотоцикл, но более мощный авиационный поршневой двигатель воздушного охлаждения

АИ-4Г с взлетной мощностью 55 л.с разработанный в ОКБ А.Г.Ивченко. Испытания КА-10 в 1949-1951 г.г. продемонстрировали свой- ственную вертолетам соосной схемы исключительную маневрен- ность и хорошую управляемость. На вертолете КА-10, а затем и на его модифицированном варианте КА-10А были отработаны та- кие принципиальные конструктивные решения, как система уп- равления соосными

несущими винтами и двухкилевое оперение, которые в дальнейшем легли в основу всех разработанных ОКБ вертолетов. С этого времени создание двухвинтовых соосных вертолетов самого разнообразного назначения и различных весовых кате- горий становится главным направлением творческой деятельнос- ти ОКБ Н.И.Камова. Следующий этап работы ОКБ - создание семейства 2-3-х мес- тных близких по характеристикам соосных вертолетов КА-15, КА-15М, КА-18. Эти многоцелевые вертолеты, имея общую несу- щую систему, редуктор

и двигатель, отличались друг от друга назначением и конструкцией фюзеляжа. Для них было спроекти- ровано различное съемное оборудование аппаратура для опыле- ния, опрыскивания, генерации аэрозолей, подвесные контейне- ры для грузов и почты, гондолы для перевозки больных, поп- лавковое шасси, второе управление в учебном варианте. В результате поиска новых более эффективных компановоч- ных и конструктивных решений в 1964 и 1965

годах был создан многоцелевой вертолет КА-26. На основе схемы летающего шас- си была достигнута высокая весовая отдача вертолета с дву- мя поршневыми двигателями. Комплект быстросъемного навесно- го оборудования пассажирская кабина, грузовая платформа, аппаратура для опрыскивания и внесения минеральных удобре- ний, присбособление для транспортировки грузов на внешней подвеске - позволяет бригаде из 3 человек за 1,5-2,0 часа переоборудовать вертолет из одного варианта

в другой. К конструктивным особенностям вертолета, кроме схемы ле- тающего шасси, двухдвигательной силовой установки и систе- мы создания избыточного давления в кабине пилота для защиты от химикатов на сельхозработах следует отнести и широкое применение стеклопластика. Из него на вертолете изготовлены не только различные обтекатели, капоты, пол кабины, бункер для химикатов, но и такие важнейшие элементы конструкции, как лопасти несущего винта.

По сравнению с дюралевыми такие лопасти практически не имеют ограничения ресурса по усло- виям усталостной прочности, исключается необходимость приме- нения сложной дорогостоящей оснастки и обработки на станках. Совместно с различными исследовательскими институтами в течение нескольких лет проводились эксперименты по подбору материала, клея, режимов прессования по отработке конструк- ции лопастей, по испытанию отсеков и натурных лопастей. В результате была разработана конструкция и технология серий- ного изготовления

стеклопластиковых лопастей, несущих вин- тов вертолета КА-15 диаметром 10 метров и вертолета КА-26 диаметром 13 метров и впервые в мировой практике вертоле- тостроения стеклопластиковые лопасти были внедрены в широ- кую эксплуатацию. Зарубежная пресса отмечала, что все специфические пробле- мы вертолетостроения в конструкции вертолета КА-26, который выполняет виражи с большим креном, трудноосуществимым на других винтокрылых машинах,

решены на высоком уровне. Пило- ты при управлении этой машины выявили редкие для вертолета устойчивость и легкость управления. Опыт эксплуатации показывает, что использование вертоле- тов КА-26 наиболее эффективно на агрохимических работах. Здесь в наибольшей степени подтверждается преимущество соос- ной схемы. С одной стороны - исключительная маневременность соосного вертолета позволяет совершать полеты в непосред-

ственной близости от обрабатываемых сельскохозяйственных угодий сложного рельефа. С другой стороны - кольцеобразные вихри, индуцируемые соосной несущей системой, способствуют проникновению химикатов в густую крону растений по всей их высоте. Благодаря этому КА-26 успешно используется на виног- радных плантациях, на полях пшеницы и хлопчатника, сахарной свеклы и риса, на горных пастбищах и в садах.

По заключе- ниям зарубежных специалистов, применение вертолета КА-26 для защиты растений обходится значительно дешевле, чем использо- вание любых наземных средств. ИЗFяF .FRM.MACffffя