Koaksiale rotorer

Koaksialt skema  - et skema til konstruktion af en helikopter (eller flypropeller ), hvor et par propeller installeret parallelt roterer i modsatte retninger omkring en fælles geometrisk akse .

På rotorfartøjer tillader det gensidigt at kompensere de reaktive momenter af et par rotorer , samtidig med at det mest tætte arrangement af drev opretholdes.

Denne konfiguration er mest repræsenteret i masseproducerede Kamov -helikoptere .

Beskrivelse

Koaksiale rotorer gør det muligt at opnå den nødvendige trykkraft med en relativt lille diameter af bæresystemet (bladene), da det fejede område er godt brugt , og den nederste rotor suger ekstra luft ind fra siden. En helikopter med koaksiale rotorer har relativt små dimensioner og er ret kompakt, hvilket forenkler dens vedligeholdelse, opbevaring, transport og udvider dens omfang. Små dimensioner, der reducerer masseforskellen, skaber små inertimomenter , derfor har helikopteren høje vinkelhastigheder og høj manøvredygtighed .

Det symmetriske layout med minimal propelafstand forenkler pilotering i vindstød, hvilket især er værdifuldt, når du arbejder fra skibe eller i bjergrigt terræn. Fraværet af en omfangsrig halebom letter pilotering i lave højder, forbedrer flyvesikkerheden over ujævnt terræn og forenkler tvangslandinger. Det forenkler overgangen til selvrotation af hovedrotorerne og træning i helikopterflyvninger.

Elimineringen af ​​halerotorens drivtab gør det muligt at reducere diameteren af ​​hovedrotorerne, da brugen af ​​motorkraft forbedres. Reduktion af længden af ​​propelbladene fører til et fald i vægten af ​​helikopterstrukturen og en stigning i vægtreturkoefficienten (forholdet mellem nyttelast og flyvevægt). I princippet er det på en koaksial helikopter muligt at give et lavere vibrationsniveau , hvis belastningerne fra propellerne er modsat i fase. Reduktionen af ​​vibrationsniveauet lettes også af den mindre diameter af rotorerne, det større antal vinger og fraværet af kraftaksler, der passerer gennem hele skroget .

Sammenlignet med det klassiske halerotorskema er koaksialsystemet dog meget mere teknisk og strukturelt mere komplekst. Tilstedeværelsen af ​​to koaksiale aksler, der passerer den ene ind i den anden, og implementeringen af ​​styringen af ​​skruernes cykliske stigning komplicerer transmissionens design , øger omkostningerne ved dens produktion og drift. For sikker drift af koaksiale helikoptere bør blade ikke støde sammen under nogen manøvrer, men en stor propelafstand gør desuden strukturen tungere og øger helikopterens højde betydeligt, hvilket er særligt bemærkelsesværdigt ved brug af propeller med hængslede blade.

Med en høj placering af bæresystemet, helikopterens tyngdepunkt , propellens elastiske aksel og den hængslede fastgørelse af bladene bliver løsningen af ​​problemet med jordresonans mere kompliceret .

Bladenes flagren har også nogle funktioner . På koaksiale helikoptere er det svært at eliminere omvendte vibrationer. Den nedre rotor, der arbejder i strømmen af ​​den øvre rotor, har mindre effektivitet. [en]

Fordele og ulemper

Fordele ved koaksialsystemet:

• minimum overordnede dimensioner, da bladene på koaksiale propeller er kortere end hovedbladene på helikoptere med en halerotor af en lignende klasse. Kræver en minimumsbane sammenlignet med andre ordninger;
• transmissionens kompakthed . Stort set hele transmissionen er placeret langs en enkelt aksel ;
• forholdsvis let ledelse. Alle kontroller er placeret ved siden af ​​transmissionen, og når man udfører manøvrer, forbruges der ikke ekstra kraft fra motorerne;
• bedre stabilitet under retlinet bevægelse ved høj hastighed på grund af reduceret vibration;
• et mindre antal kritisk sårbare komponenter, såsom halebommen og halerotoren på enkeltrotorhelikoptere;
• større tryk -til-vægt-forhold sammenlignet med den traditionelle ordning  - mindst 20% i hover-tilstand. Der er ingen effekttab på halerotoren , desuden virker den nederste skrue ikke helt i luftstrømmen af ​​den øverste skrue, men suger ekstra luft ind;
• aerodynamisk symmetri af ordningen. En koaksial enhed kan flyve i alle retninger med næsten samme effektivitet;
• reduktion af vibrationer, hvilket lettes af de mindre dimensioner af rotorerne;
• sikkerhed for driftspersonalet. Fraværet af en halerotor reducerer risikoen for skader.

Fejl:

• forringelse af rotorens effektivitet på grund af deres gensidige indflydelse i forskellige flyvetilstande sammenlignet med de langsgående og tværgående skemaer;
• den relativt store højde af helikopteren på grund af den store afstand mellem skruerne, dette øger igen det aerodynamiske luftmodstand , hvilket negativt påvirker den maksimale horisontale hastighed;
• sandsynligheden for vingeoverlapning i kritiske flyvetilstande (selvom overlapning kan forekomme i omtrent de samme flyvetilstande som for en hovedrotor med en halebom i det klassiske skema);
• lidt højere glidehastighed i autorotationstilstand , det vil sige selvrotation af rotorerne under påvirkning af den modkørende luftstrøm;
• vanskeligere at sikre retningsstabilitet på grund af den iboende korte skrogplan, så de fleste koaksiale helikoptere har en udviklet lodret hale ;
• kompleksiteten af ​​produktion, reparation og vedligeholdelse [2]

I helikopterteknik

Koaksialrotoren var kendt længe før ideen om at skabe en helikopter med en halerotor: for eksempel i 1754 foreslog "faderen til russisk videnskab" Mikhail Lomonosov at bruge en mekanisme med en koaksial skrue til at løfte en meteorologisk sonde , blev mekanismen drevet af en viklingsfjeder.

• Det første patent på det koaksiale arrangement af et flys rotorer blev udstedt i 1859 til englænderen Henry Bright.
• I Frankrig byggede Poton de Amercourt en koaksial helikoptermodel med en dampmaskine i 1860 . [3]
• Igor Sikorsky tog sine første skridt i helikopterindustrien i 1900 med prototyper af ubemandede helikoptere med en koaksial propel. [fire]
• I 1914 tegnede danskeren Jacob Ellehammer sin koaksiale helikopter.
• I Østrig byggede Stefan Petrozi flere koaksiale ubemandede helikoptere med elektriske motorer i løbet af 1917-1920  . Helikopteren kunne kun være i svævetilstand.
• Argentinske Raul Pescara  byggede en koaksial helikopter i 1919-1920 ; Helikopteren havde 4 skruer, par skruer forbundet som en biplan roteret i modsatte retninger [5] . I begyndelsen af ​​1920'erne arbejdede Raul Peteras-Pescara på en koaksial helikopter, hvor han først brugte en swashplate til at styre en helikopter .
• I 1930 byggede den italienske Corradino d'Ascanio en koaksial helikopter styret af servoblade, en lignende løsning bruges på Kaman HH-43 Huskie .
• I årene 1930-1936 blev den første koaksiale helikopter med swashplates bygget, den blev bygget af franskmændene Louis Breguet og René Doran. Den første fuldt kontrollerede helikopter var Laboratory Gyroplane bygget af Charles Breguet og René Doran i 1936 [6]7] .

• Amerikaneren Stanley Hiller byggede i en alder af 18 den første koaksiale helikopter XH-44 med ultra-stive stålblade i helmetal. Hiller foretog den første flyvning på denne helikopter i 1944. Designet viste sig at være så vellykket, at Hiller selv ofte demonstrerede dets stabilitet ved at slippe betjeningsgrebene og stikke armene ud af vinduerne. [otte]
• I løbet af 1945-1946. det amerikanske firma Bendix Helicopters [9] har bygget flere prototyper (Model K, L og J) [10] , som koaksialt tillod at flyve uden halebom og empennage.

I Sovjetunionen tog Yakovlev-holdet for første gang emnet koaksiale helikoptere op i 1944; lidt senere, i 1945, tog et team af entusiaster ledet af N. I. Kamov arbejdet op (det er værd at bemærke, at tilbage i det russiske imperium, de første to prototyper af helikopteren af ​​Igor Sikorsky (skaberen af ​​den første succesrige helikopter af det klassiske V-300-skema) blev afsluttet (1900) i henhold til koaksialskemaet [6] ). Yakovlevs " Joke "-helikopter gik første gang i luften den 20. december 1947 [11] , og Kamov Ka-8-helikopteren - lidt tidligere, den 12. november 1947 [12] . Det var dog for Kamov-designbureauet, at koaksialordningen blev den vigtigste; den dag i dag er Kamov-helikoptere de eneste masseproducerede helikoptere med en koaksial-ordning i verden.

I Sovjetunionen blev den første andenpilot bygget på Yakovlev Design Bureau, den blev kaldt "Product Sh" eller "Joke", den første flyvning fandt sted i 1947 .

• Den første helikopter Kamov Ka-8 "Irkutian" kom i luften også i 1947;
• Ka-10 "Irkutian" - videreudvikling af Ka-8 (1949);
• Ka-15  - den første koaksiale helikopter produceret i en stor serie (1953);
• Ka-18 "Baby" (1956);
• Ka-27  - anti-ubåd helikopter (1956);
• Ka-25 (1961);
• Ka-26 (1965);
• Sikorsky S-69 / XH-59 (1973);
• Ka-29 (1976);
• Ka-32 (1980);
• Ka-28 (1982);
• Ka-50 "Black Shark" (1982);
• Ka-126 (1988);
• Ka-37 (1993);
• Ka-32A1 (1995);
• Ka-52 "Alligator" (1997);
• Ka-226 (modernisering af Ka-26; 1997);
• Ka-115 "Moskvichka" (projekt midt i 90'erne );
• Ka-137 "Pepelats" (1999);
• Berkut-VL (projekt fra 2000'erne)
• Breguet Aviation : en: Breguet-Dorand Gyroplane Laboratoire  - koaksial helikopter prototype, 30'erne;
• Sikorsky X2 (første flyvning - 2008; projekt lukket i 2011);
• Sikorsky S-97 Raider (første flyvning - 2015)

• Ka-50

• Gyroplan Laboratorium

• Gyroplan QH-50 DASH

• Ka-27

• Berkut-VL

I flykonstruktion

• Tu-95  - sovjetisk og russisk turboprop strategisk bombefly - missilfartøj . På grund af kraftenhedens enorme kraft , der blev overført til propellen , blev konceptet med et koaksialt modroterende sprængstof vedtaget (ellers ville propeldiameteren overstige 7 meter, hvilket var uacceptabelt af layoutmæssige årsager).
• An-22  er et sovjetisk tungt turboprop - transportfly , verdens største turboprop-fly.
• Fairey Gannet - britisk luftfartsselskab -baserede anti-ubådsfly og AWACS-fly fra 50'erne  - 70'erne .
• Westland Wyvern var et britisk luftfartsselskab- baseret multirolle kampfly brugt fra 1950 til 1958 .
• Douglas A2D-1 Skyshark ( Skyshark ) - Amerikansk erfaren luftfartsselskab- baseret angrebsfly , udviklet fra 1945 til 1950 . I udseende og struktur af propelgruppen ligner den det britiske Westland Wyvern.
• Arsenal VB 10  er en fransk eksperimentel tomotoret jagerfly udviklet før og nogen tid efter Anden Verdenskrig. Interessant placering af begge motorer i skroget , med den første foran cockpittet , den anden bag den (på samme måde som P-39 Airacobra )

Koaksialt skema i flymodellering

Det forenklede koaksiale skema er meget udbredt i de enkleste og mindste helikoptermodeller. I denne model er propellerne uafhængigt styret af rotationshastighed, hvilket sikrer stabilisering af modellen i rotation og rotation. Frem-tilbage flyvning leveres oftest af en lille tredje vandret halerotor, der justerer stigningen.

Denne type model er meget mere stabil end det klassiske mønster, hvilket gør den ideel til begyndere og/eller indendørs flyvning. Men denne ordning har ulemper:

• de fleste af disse modeller har et fast trin, hvilket i høj grad forenkler modellen, men forværrer modellens kontrollerbarhed langs med forløbet;
• manglende evne til at flyve udendørs i blæsevejr.

Noter

1. ↑ K. N. Laletin. Praktisk aerodynamik af ka-26 helikopteren, tutorial Arkiv kopi af 11. oktober 2016 på Wayback Machine  - Moskva, " Transport ", 1974
2. ↑ Praktisk aerodynamik af Ka-26 helikopteren / K.N. Laletin. - M . : "Transport", 1974. Arkivkopi af 11. oktober 2016 på Wayback Machine
3. ↑ Tidlig helikopterteknologi arkiveret 21. august 2011.
4. ↑ A History of Helicopter Flight Arkiveret 13. juli 2014.
5. ↑ Alle helikoptere i verden . Hentet 12. november 2011. Arkiveret fra originalen 17. januar 2017. (ubestemt)
6. ↑ 12 Gyroplan Laboratoire . http://www.aviastar.org.+ Hentet 4. april 2012. Arkiveret fra originalen 10. juni 2012. (Russisk)
7. ↑ A History of Helicopter Flight  (eng.)  (utilgængeligt link) . Hentet 4. september 2012. Arkiveret fra originalen 19. juni 2012.
8. ↑ Helikopter Hiller Xh-44-r . http://www.aviastar.org.+ Hentet 4. april 2012. Arkiveret fra originalen 20. november 2012. (Russisk)
9. ↑ Bendix Model K Helikopter - udviklingshistorie, fotos, tegninger, tekniske data . www.aviastar.org . Hentet 31. maj 2022. Arkiveret fra originalen 31. maj 2022. (ubestemt)
10. ↑ Bendix Model J helikopter - udviklingshistorie, fotos, tekniske data . www.aviastar.org . Hentet 31. maj 2022. Arkiveret fra originalen 19. april 2021. (ubestemt)
11. ↑ Yakovlev EG . Hentet 8. juni 2018. Arkiveret fra originalen 13. oktober 2016. (ubestemt)
12. ↑ Ka-8 helikopter . http://www.aviastar.org.+ Hentet 4. april 2012. Arkiveret fra originalen 16. marts 2012. (Russisk)

Links

• AERODYNAMISK OPTIMERING AF EN COAXIAL PROPROTOR Arkiveret 23. september 2016 på Wayback Machine 
•  En undersøgelse af teoretisk og eksperimentel koaksialrotor aerodynamisk forskning