Почему вертолет умеет летать вперед. Как летает вертолет

Введение

Лопасти является важнейшим элементом конструкции вертолета, поскольку именно они формирует несущую силу, приводящую весь вертолет в движение. Их прочность во многом определяет безопасность полета и должна быть обеспечена в первую очередь.

На первых этапах конструирования и строительства вертолетов самых разных моделей использовались балочные схемы описания напряженно-деформированного состояния несущих лопастей. Однако технический прогресс и бурное развитие информационных технологий привели к возможности использования более точных математических моделей для описания процесса деформирования этих элементов конструкций. В частности, использовали модели тонкостенных балок (схема Власова) и многослойных балок.

В настоящей работе предложено использование наиболее точной трехмерной модели для анизотропного тела. Последнее обстоятельство связано с тем, что предполагаемая конструкция состоит из композитных материалов, образованных из ортотропных стеклотканей, уложенных определенным образом, и сотового заполнителя специальной структуры.

Принцип полета вертолета и основные конструктивные отличия его от самолета

Тяга несущего винта

Вертолет - летательный аппарат тяжелее воздуха.

Подъемная сила и тяга для поступательного движения у вертолета создаются при помощи несущего винта. Этим он отличается от самолета и планера, у которых подъемная сила при движении в воздухе создается несущей поверхностью - крылом, жестко соединенным с фюзеляжем, а тяга - воздушным винтом или реактивным двигателем.

В принципе полета самолета и вертолета можно провести аналогию. В том и другом случае подъемная сила создается за счет взаимодействия двух тел: воздуха и летательного аппарата (самолета или вертолета).

По закону равенства действия и противодействия следует, что с какой силой летательный аппарат действует на воздух (вес или земное притяжение), с такой же силой воздух действует на летательный аппарат.

Тяга и крутящий момент лопасти

Полная аэродинамическая сила лопасти может быть выражена следующей зависимостью:

где - коэффициент аэродинамической силы; - осредненный угол атаки лопасти; - площадь лопасти; - осредненная величина скорости воздушного потока.

Отсюда видно, что аэродинамическая сила прямо пропорциональна углу атаки и второй степени скорости. здесь имеются в виду осредненные значения угла атаки лопасти () и скорости потока по лопасти, ибо, как известно, скорость, и угол атаки для различных сечений лопасти неодинаковы. Рассмотрим составляющие полной аэродинамической силы, направленные параллельно оси винта и параллельно плоскости вращения. Первая составляющая есть не что иное, как тяга одной лопасти, вторая составляющая - сила сопротивления вращению. Так как воздушный поток встречает большую часть лопасти под небольшими углами, а углы установки лопасти так же невелики (не более), то без большой ошибки можно считать, что тяга лопасти и подъемная сила по величине одинаковы, т.е.

ВЕРТОЛЁТЫ

Рис. 1. К объяснению принципа полёта вертолёта

Несущий винт (НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе.
При вращении в горизонтальной плоскости НВ создает тягу (Т), направленную вверх и т.о. выполняет роль создателя подъёмной силы (Y). Когда тяга НВ будет больше веса вертолета (G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги НВ вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу НВ сделать несколько меньше веса вертолета. Сила (P) для поступательного движения вертолета обеспечивается наклоном плоскости вращения НВ при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения НВ вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная - вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.

Рис. 2. Основные части вертолета:

1 – фюзеляж; 2 – авиадвигатели; 3 – несущий винт; 4 – трансмиссия;5 – хвостовой винт;
6 – концевая балка; 7 – стабилизатор; 8 – хвостовая балка; 9 – шасси

Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудо-вания. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения НВ, и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки – (МИ-24)). Силовая установка (двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несу-щего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.).
НВ служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей
и втулки НВ. Трансмиссия служит для передачи мощности от двигателя к несущему и рулевому винтам. Составными элементами трансмиссии являются валы, редукторы и муфты. Рулевой винт (РВ) (бывает тянущий и толкающий) служит для уравновешивания реактив-ного момента, возникающего при вращении НВ, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги РВ создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент от НВ. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги РВ. РВ так же состоит из лопастей и втулки.

Система управления (СиУпр) вертолета состоят из ручного и ножного управления. Они включают командные рычаги (ручку управления, рычаг «шаг-газ» и педали) и системы проводки к НВ и РВ. Управление НВ-ом производится при помощи специального устрой-ства, называемого автоматом перекоса. Управление РВ производится от педалей.

Взлетно-посадочные устройства (ВПУ) служат опорой вертолета при стоянке и обеспе-чивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж.

Рис. 3. Общий вид конструкции вертолёта (на примере боевого вертолёта МИ-24П).

Б. РУДЕНКО. По материалам журнала "Хобби для всех".

ВЗРОСЛЫЕ ИГРЫ

Наука и жизнь // Иллюстрации

Так выглядит автомат перекоса одной из серийных моделей вертолета.

Схема автомата перекоса: 1 - несущий ротор; 2 - неподвижное кольцо; 3 - подвижное кольцо; 4 - тяги управления лопастями; 5 - тяги управления кольцом; a - угол наклона автомата перекоса.

Реактивный момент несущего ротора вертолета компенсируется тяговым усилием хвостового ротора (F).

Автомат перекоса заставил вертолет накрениться на нос: задняя половина диска ротора создает бo"льшую подъемную силу, чем передняя.

Вертолет движется вперед. Вертикальная составляющая подъемной силы компенсирует вес, горизонтальная - обеспечивает движение.

Гироскопическая прецессия. С помощью автомата перекоса пилот обеспечил максимальный угол атаки лопасти в точке А. Однако реакция винта проявится лишь в точке Б, что заставляет вертолет накрениться вперед.

Электрический микровертолет Hornet CP весит всего 300 г. Тем не менее его винт при наборе высоты вращается со скоростью 2000 об/мин, что позволяет модели выполнять "петли", "бочки" и некоторые другие фигуры пилотажа.

У знаменитого польского писателя-фантаста Станислава Лема был макет железной дороги, с которым он до глубокой старости самозабвенно играл в свободное время, в чем признавался без малейшего смущения. Многие великие полководцы в разные века столь же самозабвенно разыгрывали битвы с игрушечными армиями, почитая такие игры вполне достойным занятием в часы отдыха.

Период игр не заканчивается вместе с детством. Очень многим людям свойственно играть всю жизнь. Одни играют в робинзонов и пржевальских, отправляясь в туристические походы по горам и рекам, другие предпочитают игрушки натуральные, механические или электронные. Индустрия игрушек для взрослых в последние десятилетия развивается весьма стремительно. Отрасль оказалась прибыльной. Управляемые модели автомобилей, кораблей и летательных аппаратов бороздят просторы планеты, множатся клубы любителей взрослых игр. Техническими видами спорта и моделированием, согласно анкетным опросам, увлекаются около трети читателей журнала "Наука и жизнь". А зачем, собственно, они играют? Стоит ли искать точный ответ? Потому что - хочется. Потому что - интересно! И еще потому что - игрушки того стоят. Например, радиоуправляемые модели вертолетов. За рубежом сейчас их выпускается великое множество. В бывшем СССР модели вертолетов тоже делали, но в сегодняшней России производство моделей отсутствует. И спортсмены-авиамоделисты, специализирующиеся в управлении вертолетными моделями, строят их самостоятельно. В авиамодельном спорте вертолеты выделены в отдельный класс F3C. (Подробнее о делении авиамоделей на классы см. "Наука и жизнь" № )

Модели вертолетов продаются в виде наборов деталей, из которых будущему пилоту предстоит самостоятельно собрать машину, руководствуясь подробной инструкцией, отладить, тщательно отрегулировать узлы и агрегаты. Теперь остается заправить топливный бак или зарядить аккумулятор, и можно приступать к полетам.

"Летать" на радиоуправляемой модели вертолета - занятие увлекательное, но отнюдь не простое. Аварии случаются часто, и не всякая ошибка пилота поправима. Разбить недешевую игрушку насовсем - дело нехитрое. Потому изготовители настоятельно предлагают начинать, так же как и на больших, настоящих вертолетах, с инструктором. Кстати, пока пилот не научится управлять моделью, на нее устанавливают дополнительное тренировочное шасси - широкие гибкие опоры, страхующие от необратимых повреждений.

Обучают пилотированию не за час и не за день. Вот, например, одна из рекомендаций: "Поднимаем и завешиваем модель в воздухе. Если вы сможете удержать модель в течение двух минут без посадок и резких перемещений, ваши навыки достаточны для продолжения. Иначе - потренируйтесь в висении еще пару недель…"

Это действительно непросто, особенно если тренировка происходит на открытом воздухе. Пилоту мешает не только отсутствие навыка, но и ветер. Далее пилот учится удерживать вертолет в положении боком к себе, разворачивать его на любой угол, тренируется в скольжении над самой землей. Потом наступает черед пилотажных фигур. Первая - "восьмерка".

Вертолет может летать в любом направлении - носом, боком и хвостом вперед, поэтому первая "восьмерка" начинающего пилота называется "ленивой" - машина медленно и аккуратно проходит всю траекторию, оставаясь повернутой хвостом к пилоту, и только после освоения этого упражнения пилот начинает ориентировать вертолет носом строго по курсу. После освоения этой фигуры наступает черед очередных - "круги", "квадраты" и далее вплоть до фигур высшего пилотажа. Понятно, что полный курс тренинга отнимет у пилота достаточно много времени. Сделаться асом, способным выполнять "мертвую петлю", удастся далеко не сразу.

А тем, кто начинает играть, не будет лишним вспомнить, что вообще позволяет вертолету держаться в воздухе и совершать сложные эволюции.

КАК ЛЕТАЕТ ВЕРТОЛЕТ

Вертолет - замечательное изобретение хотя бы тем, что, подробно изучая принципы его полета, придется познакомиться с теоретической механикой, аэродинамикой, теорией машин и механизмов и еще с десятком технических дисциплин. Так глубоко забираться мы не будем, но основ все же коснемся. Итак, подъемную силу вертолету сообщает большой винт - несущий ротор. Изменяя угол наклона лопасти к плоскости вращения ротора, мы увеличиваем или уменьшаем подъемную силу, заставляя вертолет подниматься или опускаться. Чтобы компенсировать реактивный момент несущего ротора, который заставляет корпус разворачиваться, вертолет снабжен хвостовым или же соосным винтом, вращающимся в противоположную сторону (в наших примерах мы будем рассматривать вертолет с хвостовым винтом). Изменяя угол атаки лопастей хвостового винта, пилот заставляет машину вращаться вокруг вертикальной оси в любую сторону.

Вертолет взлетел и завис. Сила тяги ротора равна весу машины. Чтобы вертолет начал двигаться горизонтально, он должен наклониться в нужном направлении. Тогда баланс действующих на вертолет сил нарушается: появляется горизонтальная составляющая. Но как же его заставить это сделать?

В 1911 году российский ученый, аэродинамик Б.Н. Юрьев изобрел автомат перекоса, который и по сей день остался неизменным узлом в конструкции практически любого вертолета. Кстати, он же, Юрьев, в 1912 году построил первую действующую модель геликоптера, которую продемонстрировал на 2-й Международной выставке по воздухоплаванию в Москве, удостоившись золотой медали. Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из двух колец, подвешенных на карданном шарнире к неподвижной опоре. Кольца соединены с тягами управления. Под действием тяг внутреннее кольцо автомата наклоняется, заставляя угол установки лопастей синусоидально изменяться при вращении.

Представим окружность, описываемую ротором, в виде сплошного диска и разделим общую подъемную силу надвое, приложив каждую к одной из половинок диска. При включенном автомате перекоса угол атаки лопастей в одной половине диска окажется больше, чем в другой, а следовательно, там возрастет подъемная сила. Она и накренит вертолет. Теперь у несущего ротора появится и горизонтальная составляющая, которая вызовет скольжение в нужном направлении.

В последнее время появляются машины, использующие иные способы управления полетом. Например, воздушные рули, изменяющие направление потока воздуха от несущего ротора (см. "Наука и жизнь" № ).

Накренить машину автомат перекоса позволяет в любом направлении - вот почему вертолет может двигаться и прямо, и назад, и вбок. Но тут присутствует один очень интересный момент, вызванный проявлением гироскопической прецессии. Что это такое?

Вращающийся ротор представляет собой, по сути, гироскоп. Чтобы изменить положение его оси вращения, требуется приложить дополнительную силу. Прецессия гироскопа - реакция на прилагаемое усилие. На практике она проявляется запаздыванием примерно на 90 о поворота лопастей. А это означает, что для того чтобы заставить вертолет накрениться, к примеру, вперед, пилот с помощью автомата перекоса словно бы пытается наклонить его вправо: минимальный и максимальный углы атаки лопасти имеют, находясь перпендикулярно к продольной оси машины.

Когда вертолет начинает двигаться горизонтально, подъемная сила несущего ротора увеличивается за счет набегающего на лопасти потока воздуха. Поэтому, чем быстрее движется вертолет, тем лучше его летные качества, проще управление.

Еще одно полезное свойство вертолета - авторотация: если двигатель машины заглох в полете, ротор вращается за счет набегающего на лопасти потока воздуха. Это позволяет вертолету сохранять управляемость при снижении и существенно замедляет его вертикальную скорость, обеспечивая безопасность. Конечно же вертолеты тоже падают и разбиваются, но, используя авторотацию, пилот всегда имеет немалые шансы сохранить машину от разрушения, а свою жизнь и жизнь пассажиров - от гибели. Для этого в трансмиссии вертолета имеется специальная обгонная муфта, срабатывающая при аварийном отключении двигателя и позволяющая винту свободно вращаться.

МОДЕЛИ НА ЛЮБОЙ ВКУС

Модели бывают самые разные: с двигателями внутреннего сгорания, с электродвигателями на аккумуляторных батареях, вертолеты для полетов в закрытых помещениях и на открытом воздухе, совсем маленькие и побольше. Бензиновые модели в зависимости от объема двигателя разделяются на классы. Наиболее распространенными являются вертолеты 30, 40 и 60-го классов. На вертолеты 30-го класса устанавливают двигатели объемом 0,32 - 0,35 куб. дюйма; 40-го класса - 0,45 - 0,50 куб. дюйма; 60-го класса - около 1 куб. дюйма.

Каждый класс обладает своими достоинствами и недостатками: маленькие вертолеты дешевле, проще в эксплуатации и обслуживании, зато большие имеют бo, льшую стабильность в полете и соответственно меньшую восприимчивость к порывам ветра. Семейство моделей конечно же названными классами не ограничивается. Существуют, например, "комнатные" микровертолеты - как с электрическим, так и с бензиновым двигателем, весящие всего 280 - 300 г. Они боятся даже слабенького ветерка, но в закрытых помещениях или в полный штиль способны исполнять практически весь набор фигур высшего пилотажа, поэтому рекомендуются начинающим пилотам для тренировки в управлении.

20.06.2015

Принцип полета самолета и вертолета

Всякое тело, движущееся в воздухе, непрерывно испытывает со стороны последнего противодействие своему движению. Поэтому, чтобы продвинуть тело, нужно преодолеть сопротивление, приложить некоторую силу. Сила сопротивления воздуха, которую встречает движущееся в нем тело, прямо пропорциональна плотности воздуха, площади тела, квадрату скорости движения и зависит от формы тела, его гладкости и положения в воздушном потоке.
На основании этого основного закона аэродинамики можно установить, что если телам различной формы и размеров, помещенным в различную среду, придать одну и ту же силу, то скорость продвижения их будет различной.
Если в поток воздуха поместить тела различной формы - пластинку, тело с угловатыми формами и каплевидное тело, то окажется, что чем больше разница давлений спереди и сзади их, тем больше область завихрения, меньше скорость продвижения тел в воздухе и больше сила сопротивления. Эта сила, направленная прямо против движения тел, называется силой лобового сопротивления, или лобовым сопротивлением.
При обтекании тела с угловатыми формами поток тормозится меньше, чем при обтекании пластинки, следовательно, меньшими будут и область пониженного давления, и лобовое сопротивление (рис. 1).

Если же в поток воздуха поместить каплевидное тело, имеющее более совершенную аэродинамическую форму, то давление впереди и сзади этого тела будет незначительным, так как струйки воздуха плотно обтекают его и почти не образуют завихрений. При наличии таких тел для преодоления лобового сопротивления потребуется наименьшая сила. Из сказанного становится понятным, что в авиации решающее значение имеют обтекаемые формы тел, создающие возможно малое сопротивление и не вызывающие завихрений. К таким телам прежде
всего относятся каплевидные и крылообразные тела. Крылья в самолете являются его основными частями. Они создают подъемную силу и делают возможным полет.
Рассмотрим в общих чертах причины возникновения подъемной силы (рис. 2). Пусть крыло движется в воздухе под некоторым углом атаки. Частицы воздуха, ударяясь о летящее крыло, будут огибать как верхнюю, выпуклую, так и нижнюю, плоскую или слегка вогнутую, поверхность крыла. В одно и то же время струйкам, обтекающим крыло сверху, приходится пройти больший путь, чем струйкам, обтекающим крыло снизу. Значит верхние струйки будут двигаться с большей скоростью, чем нижние.

Из закона Бернулли следует, что чем больше скорость потока, тем меньше в нем давление. Поэтому над крылом создается меньшее давление, чем под крылом. В результате разности давлений крыло, с одной стороны, как бы подсасывается вверх за счет пониженного давления, а с другой - подпирается тоже вверх за счет повышенного давления. Вследствие этого и возникает подъемная сила, действующая снизу вверх и направленная перпендикулярно потоку воздуха. На этом свойстве крыла и основан полет самолета и вертолета как аппаратов тяжелее воздуха.
Подъемная сила у самолета появляется только в том случае, если он движется с достаточной скоростью. Чтобы самолет мог оторваться от земли, подъемная сила его крыла должна быть больше веса самолета.
Для того чтобы самолет мог двигаться в воздухе с определенной скоростью, он должен все время преодолевать сопротивление воздуха, а при разбеге во время взлета еще и трение колес о землю. Силой, преодолевающей сопротивление воздуха и придающей поступательную скорость самолету, является сила тяги воздушного винта, вращаемого мотором.

Устройство самолета

К числу основных частей самолета относятся крылья, корпус, органы устойчивости и управления, органы для передвижения и посадки, винтомоторная группа (рис. 3).
Крылья являются одной из наиболее важных частей самолета. От формы в плане и в поперечном сечении, а также от размеров крыльев зависят лётные качества самолета.
Самолет типа моноплан имеет одно крыло, а типа биплан - два крыла. Верхние и нижние крылья связаны между собой стойками. К верхним и нижним крыльям подвешены на шарнирах элероны. В плане крыло самолета с элероном чаще всего имеет прямоугольную форму с эллиптическим закруглением концов.

Корпус самолета (фюзеляж) является основной частью конструкции, с которой соединяются центроплан, крылья, моторная установка, шасси и хвостовое оперение. Кроме того, он служит для размещения полезной нагрузки самолета (пассажиров, грузов и т. п.).
Органы устойчивости и управления самолетом состоят из элеронов и хвостового оперения.
Элероны являются частью крыла и представляют собой подвижные небольшие крылышки, расположенные по концам крыльев самолета. Элероны служат для сохранения самолетом поперечной устойчивости и для наклона его при поворотах вокруг продольной оси.
Хвост самолета состоит из горизонтального и вертикального оперений. При их помощи самолет сохраняет в воздухе продольную устойчивость, поднимается вверх, снижается и изменяет направление полета.
Горизонтальное оперение состоит из стабилизатора - неподвижной части, обеспечивающей самолету продольную устойчивость в полете (в вертикальном направлении), и подвижной части - рулей высоты. Они являются органами управления самолетом в вертикальной плоскости и служат для перевода его на подъем или снижение.
Вертикальное оперение состоит из киля, неподвижно соединенного с хвостовой частью фюзеляжа и служащего для придания устойчивости самолету в полете (в горизонтальном направлении), подвижной части - руля направления, являющегося органом путевой устойчивости и управляемости. При его помощи можно изменить направление полета самолета вправо и влево, т. е. в горизонтальной плоскости.
Органы для передвижения и посадки - это шасси с хвостовым или передним колесом. Шасси самолета является взлетно-посадочным приспособлением, необходимым для разбега при взлете, смягчения удара при посадке и улучшения управляемости при рулении на земле. В зимних условиях для предохранения от зарывания в снег устанавливается хвостовая лыжа (лыжонок).
Посадка самолета происходит на три точки, например на два передних колеса и одно хвостовое.
Управление самолетом осуществляется при помощи рулей высоты, руля направления и элеронов, Основным требованием, предъявляемым к самолету в полете, является устойчивость и управляемость относительно трех осей (рис. 4), проходящих через центр тяжести самолета - продольной оси ХХ1, поперечной оси УУ1 и вертикальной оси ZZ1, перпендикулярной этим осям. Управляемость самолетом вокруг продольной оси достигается элеронами, поперечной оси - рулями высоты, вертикальной оси - рулем направления. Для управления самолетом служат штурвал и ножные педали. Штурвал соединяется с рулями высоты и элеронами, а ножные педали - с рулем направления и хвостовым колесом. При отклонении штурвала влево поднимаются элероны левых крыльев и опускаются элероны правых крыльев; при этом самолет получает левый крен. При взятии штурвала на себя поднимаются рули высоты и самолет идет на подъем. При подаче штурвала от себя самолет пойдет на снижение.

Управление рулем направления осуществляется путем нажатия ногой педали. Например, при нажатии правой ногой руль повернется направо и самолет развернется вправо.
Винтомоторная группа состоит из мотора, воздушного винта, моторной рамы, системы бензо- и маслопитания и управления мотором. Воздушный винт самолета имеет несколько лопастей правого вращения (по часовой стрелке).

Применяемые самолеты и требования к ним

К самолетам, применяемым для аэрофотосъемки лесов и в лесном хозяйстве, предъявляются различные требования.
В лесном хозяйстве для охраны лесов от пожаров, их тушения, аэротаксации лесов, авиахимической борьбы с вредными насекомыми и других работ наибольшее применение получили самолеты ЯК-12 и АН-2. Самолет ПО-2 снят с производства.
Самолет ЯК-12 - моноплан, с закрытой, но хорошо остекленной кабиной, вмещает четырех человек, включая летчика. Удобен для аэровизуальных наблюдений, имеет хороший обзор и небольшую скорость полета - 90-150 км/ч. Крупно- и среднемасштабная аэрофотосъемка с него возможна только для лесохозяйственных целей при условии невысоких требований в отношении строгого соблюдения высоты полета и угла наклона аэроснимков.
Самолет АН-2 широко используется для авиационной охраны лесов от пожаров, их тушения, авиахимической борьбы с вредными насекомыми, транспорта людей и грузов, а также для аэрофотосъемки. В кабине его свободно размещаются два аэрофотоаппарата, специальное к ним оборудование, в том числе радиовысотомер, статоскоп, и другие приборы, и экипаж до б человек. Это позволяет одновременно производить аэровизуальные наблюдения над лесными массивами. При хорошей устойчивости в воздухе, крейсерской скорости 130-210 км/ч пригоден для средне- и крупномасштабной аэрофотосъемки. Обзор у него для аэровизуальных наблюдений хуже, чем у ЯК-12.
Самолеты ЛИ-2 и ИЛ-12 оборудованы наиболее совершенными пилотажными и аэронавигационными приборами, обладают большой грузоподъемностью и скоростью полета (230-400 км/ч), практической высотой полета до 5000 м, что позволяет применять их для мелко- и среднемасштабной аэрофотосъемки.
К числу специфических требований к аэрофотосъемочным самолетам следует отнести:
1. Необходимость иметь достаточные размеры кабины, позволяющие разместить аэрофотоаппараты и все оборудование к ним (радиовысотомеры, статоскопы и контрольные приборы) и создавать возможность управления ими в полете и устранения мелких неисправностей.
2. Возможность хорошего обзора для аэросъемщика вперед, в стороны и вниз.
3. Способность быстро набирать высоту до 6000 м, обладать крейсерской скоростью до 350 км/ч, иметь запас горючего на 6-8 ч полета.
4. На заданном режиме горизонтального полета самолет должен обладать хорошей продольной, поперечной и путевой устойчивостью, чтобы обеспечить требования, предъявляемые к геометрическому качеству фотографического изображения местности.
Для авиационного обслуживания лесного хозяйства необходимо иметь самолеты как легкого типа, удобные для аэровизуальных наблюдений, с большим диапазоном скорости - от 80 до 200 км/ч, позволяющие производить полеты на низкой высоте, так и тяжелые самолеты с грузоподъемностью в несколько тонн, способные перевозить грузы, рабочих, парашютистов, разные механизмы и вместе с тем пригодные для посадки и взлета с небольших площадей.

Устройство вертолета

Вертолет - летательный аппарат тяжелее воздуха. Иностранное название его - «геликоптер», происходящее от греческих слов hélicos (винт) и pteron (крыло), т. е. винтокрылый. Русское название «вертолет» указывает на основную особенность этого летательного аппарата - «вертикальный полет».
Вертолет способен взлетать вертикально, прямо с места, садиться также вертикально, без пробега. В воздухе он может двигаться в любом направлении, может неподвижно висеть как над пологом леса, так и на высоте нескольких сот метров. Вертолет может производить посадку на поляну среди леса, на сухое безлесное болото и т. д. Взлетные и посадочные скорости, длина разбега и пробега равны нулю, поэтому вертолет не нуждается в специальных аэродромах, он является представителем безаэродромной авиации. Вертолет имеет большой диапазон скоростей - от 0 до 150-200 км/ч. Благодаря этим свойствам он является незаменимым средством связи, транспорта, для выполнения различных заданий при исследовании малодоступных мест в необжитых условиях Севера и Сибири.
К основным частям вертолета относятся; несущий винт, корпус, двигатель, трансмиссия, система управления вертолетом, рулевой (хвостовой) винт и шасси (рис. 5).

Несущий винт у вертолета играет роль крыла. Он приводится во вращение двигателем и служит для создания подъемной силы и тяги. Кроме того, несущий винт является органом управления вертолетом. На вертолетах применяются несущие винты с тремя-четырьмя длинными и узкими (диаметром 15-20 л и более) лопастями. Лопасти несущего винта могут поворачиваться относительно своей оси в осевом шарнире.
Управление движением вертолета по вертикали осуществляется путем изменения оборотов несущего винта или угла установки лопастей. При увеличении скорости вращения винта или угла установки лопастей подъемная сила возрастает и вертолет поднимается. Если обороты винта падают или уменьшается угол установки, то убывает подъемная сила и вертолет снижается. Когда подъемная сила полностью уравновешивается полетным весом вертолета, то он «висит» в воздухе, не снижаясь и не поднимаясь. Как только подъемная сила превысит вес вертолета, он поднимается. Вращаясь, несущий винт стремится повернуть вертолет в сторону, противоположную вращению винта, т. е. создается реактивный момент. Для уравновешивания его используется рулевой винт, который при вращении создает тягу и уравновешивает кручение.
Корпус вертолета выполняет те же функции, что и у самолета. Он связывает все части в одно целое. В нем размещаются двигатель, система управления, специальное оборудование, механизм трансмиссии, кабина для пилота и груза.
Силовая установка и трансмиссия. На современных вертолетах применяются обычные поршневые двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, авиационные газовые турбины и турбореактивные двигатели.
Для того чтобы передать мощность двигателя на несущий и хвостовой винты, применяют специальный механизм, называемый трансмиссией.
Управление, например одновинтовым вертолетом, состоит из трех систем; управления несущим винтом, управления рулевым винтом и управления газом двигателя.
Управление несущим винтом осуществляется ручкой управления обычного самолетного типа при помощи автомата-перекоса и рычагом «шаг-газ». Управление рулевым винтом осуществляется обычными педалями ножного управления. Управление двигателем выполняется тем же рычагом «шаг-газ», которым управляется и несущий винт.
Рычаг «шаг-газ» называется так потому, что при его перемещении одновременно изменяются шаг винта и мощность (газ) двигателя. Например, при движении рычага «шаг-газ» вниз установочные углы или шаг лопасти несущего винта будут уменьшаться, уменьшится при этом и мощность двигателя. Следовательно, вертолет начнет снижаться.
Хвостовой винт устанавливается только на одновинтовых вертолетах. Он уравновешивает реактивный момент несущего винта и осуществляет путевое управление, т. е. используется для выполнения поворота.
Шасси служит для погашения возможных ударов, толчков при приземлении и опорой при стоянке. Шасси бывает колесное, поплавковое и полозковое.
На легких вертолетах обычно бывает три колеса, а на тяжелых - четыре.

Классификация вертолетов

Вертолеты различаются по количеству несущих винтов, их расположению, способу привода вращения. В соответствии с этими признаками вертолеты бывают одновинтовыми с рулевым винтом, с двумя несущими винтами, расположенными соосно, с двумя продольно расположенными винтами, с двумя поперечно расположенными несущими винтами, с реактивным приводом несущего винта и др. (рис. 6).
Наиболее распространенными являются одновинтовые вертолеты с рулевым винтом конструкции М.Л, Миля (МИ-1, МИ-4, МИ-6, В-2, В-8 и др.). Они просты по конструкции и в управлении. Недостатками их являются длинный хвост (большие габариты) и значительная потеря мощности (до 10%) на работу рулевого винта.

У вертолетов соосной конструкции оба винта находятся на одной оси, один под другим. Вал верхнего винта проходит внутри полого вала нижнего винта. За счет вращения несущих винтов в противоположных направлениях погашается реактивный момент. Эти вертолеты имеют небольшие размеры, малый вес, хорошую управляемость и маневренность,
К недостаткам соосных вертолетов относятся потеря мощности нижним несущим винтом, работающим в струе воздуха, отброшенного верхним винтом, и трудность расчета при конструировании.
По этой схеме создаются легкие вертолеты Н.И. Камовым: одноместные КА-10, двухместные КА-15 и четырехместные КА-18.
У вертолетов с двумя продольно расположенными несущими винтами один винт находится над носовой частью фюзеляжа, а другой - над хвостовой. Винты вращаются в противоположные стороны для взаимного погашения реактивного момента. Недостатком их является то, что задний винт работает в воздушной среде, предварительно возмущенной передним винтом, а это уменьшает коэффициент его полезного действия.
Винты у вертолетов с двумя поперечно расположенными несущими винтами укреплены на специальных балках по бокам фюзеляжа. Вращаясь в противоположных направлениях, они создают хорошую поперечную устойчивость.

Все правильно. Только хочу разделить два важнейших явления. 1. Несущий винт создает подъемную силу за счет вращения лопастей, повернутых под некотрым углом атаки. Чем больше угол атаки, тем больше величина подъемной силы. Если лопасти абсолютно гоизонтальны, то подъемной силы винт не создает и вертолет не взлетит. Имеется некоторое критическое значение угла атаки лопастей, при котором создается подъемгная сила, достаточная только для того, чтобюы удерживать массу вертолета в воздухе неподвижно. После взлета и набора высоты 25-30 метров, пилот вертлоета по стандартам переводит лопасти несущего винта в это предельное положение, и вертолет осуществляет так называемое "контрольное висение" - он должен оставться неподвижным без изменнеия оборотов двигателя на определенной высоты над землей некоторое время. Если контрольное висение проходит удачно. возможен дальнейший полет. 2. Взлет и посадка понятны элементарны: изменение углда атаки лопастей. Горазлдо сложнее понять, как заставить вертолет двигаеться в том или ином направлении? В олтлдичие он некоторых предыдущих ответчиков, я скажу, что ось несущего винта вертолета ВСЕГДА строго вертикальна, то есть ротор его вращается ВСЕГДА только в ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ плоскости. Если бы управление ротором заключалось лишь в одновременном изменении угла атаки лорпастей, то вектор тяги всегда был бы направлен строго по оси винта, то есть вертолет мог бы лететь либо вверх, либо вниз. Управлять вертолетом позволяет АВТОМАТ ПЕРЕКОСА ЛОПАСТЕЙ - именно ЛОПАСТЕЙ. а отнюдь не наклона оси ротора. Схематично его стуройство можно объяснить на пальцах. Представьте себе обычнй шарикополшипники, надетый на ось несущего винта. Каждая из лопастей может поворачиваться относительно своего нейтрального положения, т. е. принимать тот или иной угол атаки, с помощью рычага, прикрепленного к ее оси. Концы всмех этих рычагов прикреплены к внутренней обойме шарикоподшипника - они вращаются вместе с лпастями. Когда подшипник располоджен горизонтально, то все рычанги имеют одно положение и лопасти имеют один уго атаки. Сам подшипник на к есу не прикреплен, но к внешней его обойме прикреплен рычаг - ручка управления автоматом пересоса. Если этот рычаг наклонит подшипник вперед, то получится, что у внутренней обоймы передняя часть окажется ниже, чем задняя. То есть рычаги управления лопастями. пробегая внутеннюю обойму в таком полодении, будут уходить вниз при достижении переднего полодения, а при достижении залднего - подниматься вверх. Иными словами. угол атаки лопасти плавно менячется по мере совершения ею поного оболрота вокруг оси винта. И несмотря на то. что ось винта строго вертикальна, "передние" лопасти будут создавать более значительную подъемную силу, нежели "задние" - за счет большего угла атаки. В итоге общий вектор подъемной силы винта сместится из вертикального положения и наклонится вперед - то етсь винт придаст вертолету не только подъемную силу, но и тягу. направленную вперед. Точно так же, отклоняя рычагом наружную обойму шарикоподшипника, можно смсещать вектор тяги в любую столрону. Это механическое устройство кажется неевроятно простым, однако общий принцип атомата перекоса лопастей используется в вертолетах по сей день без оосбых изменений.

Возможно, будет полезно почитать: