Helikopterdiagrammet beskriver antallet af helikopterrotorer , samt typen af enheder, der bruges til at styre helikopteren .
Kraften til at dreje hovedrotoren kan overføres fra fremdriftssystemet gennem aksialakslen. I dette tilfælde opstår der ifølge Newtons tredje lov et reaktivt moment, der vrider helikopterkroppen i den modsatte retning fra rotationen af hovedrotoren (på jorden forhindres en sådan rotation af enhedens chassis).
Der er en række grundlæggende designskemaer for jet-momentkompensation og helikopterkontrol ved brug af både en enkelt og flere rotorer.
I tilfælde, hvor hovedrotoren er løsnet enten af en modgående luftstrøm ( gyrofly , helikoptere i autorotationsflyvetilstand ), eller ved hjælp af jetfly placeret i enderne af vingerne (jethelikopter), opstår jetmomentet ikke, og , følgelig behovet for at kompensere for det manglende.
I sådanne ordninger, for at kompensere for det reaktive drejningsmoment, bruges enheder, der skaber fremdrift, som roterer helikopteren i den modsatte retning af det reaktive drejningsmoment. Fordelen ved sådanne ordninger er deres relative enkelhed, men i dette tilfælde fjernes kraften fra helikopterkraftværket.
I denne ordning er en propel med lille diameter placeret på helikopterens halebom i nogen afstand fra hovedrotorens akse. Ved at skabe fremdrift i et plan vinkelret på helikopterens lodrette akse kompenserer halerotoren for reaktionsmomentet. Ved at ændre halerotorens trækkraft kan du styre helikopterens rotation om den lodrette akse. De fleste moderne helikoptere er lavet efter en enkelt-rotor-ordning. [en]
Det blev første gang patenteret på hans fly af Boris Yuryev sammen med en swashplate i 1912 [2] . Imidlertid blev den første sådan model foreslået i 1874 af den tyske designer Achenbach. [3]
Den første succesrige VS-300 helikopter med en halerotor blev bygget af Igor Sikorsky, helikopteren lettede den 13. maj 1940. Succesen med denne helikopter ligger i det faktum, at R-4 helikopteren, baseret på denne model, blev masseproduceret til den amerikanske hær .
Den ubestridelige fordel ved denne ordning er enkelheden i design- og kontrolsystemet, hvilket fører til en reduktion i omkostningerne til produktion, reparation og vedligeholdelse.
Derudover produceres helikoptere, for eksempel Mi-28 , med den såkaldte X-formede, firebladede halerotor, hvis vinger har forskellige indbyrdes monteringsvinkler på navet (som bogstavet X). En propel af denne type har fordele i forhold til en konventionel (med en ensartet azimutfordeling af bladene) med hensyn til støjniveau og en reduktion i den ugunstige effekt på bladene af endehvirvelsnorene genereret af tilstødende blade.
Ulemperne ved denne ordning:
I moderne helikopterkonstruktion bruges en flerbladet halerotor undertiden i den ringformede kanal af kølen - fenestron (fra latin fenestra - vindue). Fenestronens diameter er mere end to gange mindre end diameteren af en konventionel halerotor.
Det blev først brugt på lette helikoptere fra det franske firma Aerospasial . Anvendes til konstruktion af lette og mellemstore helikoptere [4]
Dette design har flere væsentlige fordele:
Ulemperne er:
Denne ordning bruger propeller placeret på vingerne eller spærene af et fly- rotorfartøj . Ydermere er trykket af begge skruer rettet fremad, og for at kompensere for det reaktive moment i svævetilstanden, giver den ene af skruerne mere tryk end den anden. I flytilstand bruges disse propeller som trækkere, hvilket øger rotorfartøjets hastighed, mens hovedrotoren går i autorotationstilstand . Det første apparat med et sådant princip om reaktiv momentkompensation blev foreslået og patenteret af B.N. Yuryev i 1910 [5] . Et eksempel på en sådan model er i øjeblikket Eurocopter X3 .
Fordelen ved rotorfartøjet kan betragtes som høje flyvehastigheder, uopnåelige for den klassiske ordning på grund af aerodynamikkens ejendommeligheder. Så for eksempel nåede rotorfartøjet "Rotodine" selskabet "Fairy" i 1959 en hastighed på 307,22 km/t, [6] , og Eurocopter X3 i 2010 - 430 km/t.
Ulempen ved et sådant system er tabet af mere kraft for at kompensere for det reaktive moment i svævetilstand sammenlignet med halerotoren.
Det er dog ikke alle rotorfartøjer, der bruger denne kompensationsmetode. For eksempel brugte Ka-22- rotorfartøjet et par tværgående skruer til at modvirke jet-momentet, og Rotodyne brugte jet-rotationen af vingerne.
For at kompensere for reaktionsmomentet anvendes et grænselagskontrolsystem på halebommen ved hjælp af Coanda-effekten , sammen med en jetdyse for enden af strålen, eller blot en jetdyse.
Styrekraften af Coanda-effekten opstår af samme grund, som vingens løftekraft opstår - på grund af den asymmetriske strømning omkring halebomsprofilen af den nedadgående luftstrøm, der dannes af hovedrotoren. Ventilatoren, der er placeret i bunden af halebommen, suger luft fra hullerne placeret i toppen af helikopterkroppen, hvilket skaber det nødvendige overtryk inde i halebommen. På højre side af halebommen etableres der ved hjælp af specielle dyser en hurtigere luftstrøm end i venstre side. På grund af Bernoullis lov vil lufttrykket på venstre side således være større end på højre, denne trykforskel fører til fremkomsten af en kraft rettet fra venstre mod højre.
Bemærk : i diagrammet viser de blå pile luftstrømmene, der passerer gennem halebommen, de røde pile - langs overfladen af halebommen.
Kendt i Vesten som NOTAR, eng. Ingen halerotor - " uden halerotor ." I Sovjetunionen blev der udført eksperimenter på en Ka-26- SS helikopter. Serielt er helikoptere, der bruger denne ordning, produceret af MD Helicopters.
På grund af manglen på en halerotor er dette system det mest støjsvage og sikreste.
I disse ordninger, på grund af fraværet af en transmission, der overfører drejningsmoment fra kraftværket til hovedrotoren, er reaktiv drejningsmomentkompensation ikke påkrævet. Fordelen ved sådanne ordninger er et simpelt design, og en fælles ulempe kan betragtes som en lav hastighed med et betydeligt brændstofforbrug. Til krøjekontrol kan en halerotor, afbøjelige overflader eller reaktive enheder bruges.
Der er forskellige varianter af denne ordning:
Den allerførste jethelikopter blev designet og bygget af den tyske designer Doblgof. [8] Eksperimentelle jethelikoptere blev også bygget i Polen; i USA var Hughes i lang tid engageret i deres udvikling efter ordre fra militæret. Det amerikanske firma Hiller opnåede dog mere succes, som producerede YH-32 Hornet og HJ-1 Hummingbird helikopterne i små serier til hæren, flåden og politiet [9] . I 1956 lettede en amerikaner af russisk oprindelse, Evgeny Glukharev , den første jetpack-helikopter MEG-1X [10] . I øjeblikket er jetdrevne helikoptere ikke masseproducerede.
Den største fordel ved et sådant skema er et enkelt og relativt let design, der eliminerer en kompleks transmission.
De vigtigste ulemper ved dette arrangement er:
For varianten med jetmotorer, desuden:
De reaktive momenter i sådanne skemaer kompenseres gensidigt ved synkron multidirektionel rotation af to skruer. Propellernes rotationsplaner kan have forskellige grader af overlapning, når antallet af blade er mindre end fire.
Den fælles fordel ved sådanne kredsløb er fraværet af effekttab til reaktiv drejningsmomentkompensation, men sådanne kredsløb har en kompleks kompleksitet:
Det langsgående skema består af to vandrette skruer placeret bag hinanden og roterer i forskellige retninger. Den bagerste propel er hævet over den forreste propel for at reducere den negative effekt af luftstrålen fra den forreste propel. Denne ordning bruges hovedsageligt i heavy-lift helikoptere. Helikoptre med et langsgående skema kaldes nogle gange "flyvende biler". [elleve]
Pioneren i skabelsen af en helikopter langs den langsgående plan var den franske ingeniør Paul Cornu . I 1907 var hans apparat i stand til at komme op af jorden i 20 sekunder . Under den første test lettede enheden fra jorden, først med 0,3 m (bruttovægt 260 kg ), derefter med 1,5 m (bruttovægt 328 kg ) [12] .
I 1930'erne blev udviklingen af langsgående helikoptere udført i Belgien af den russiske emigrant Nikolai Florin , som byggede 3 modeller af helikoptere, hvoraf den ene (Florin-2) satte en række flyvevarighedsrekorder. Amerikaneren Frank Piasecki tog fat på den videre udvikling af dette design efter at have frigivet en helikopter til den amerikanske hær i 1945 , som på grund af sin form blev kaldt den " flyvende banan ".
I Sovjetunionen blev der også arbejdet i denne retning. I 1952, under ledelse af Igor Aleksandrovich Erlikh [13] , efter ni måneder fra starten af designet, fandt den første flyvning af Yak-24 sted , som på det tidspunkt overgik alle udenlandske modeller. [fjorten]
De positive aspekter ved denne helikopterordning er:
Ulemperne ved helikopterens langsgående skema omfatter:
Tværgående skruer er installeret i enderne af vingerne eller specielle understøtninger (trusses) på siderne af helikopterkroppen. Nogle konvertiplaner i helikoptertilstand kan også tilskrives det tværgående skema , for eksempel Bell V-22 Osprey , Bell Eagle Eye .
I 1921 tegnede den amerikanske ingeniør Henry Berliner sammen med sin far Emil Berliner en tværgående helikopter. Han placerede to små fire meter store propeller på siderne af flyets skrog og en styrepropel med en lodret omdrejningsakse på halen - han skulle "løfte op" halen af apparatet, så propellerne havde en vandret komponent af tryk for at flytte helikopteren fremad. Til at styre helikopteren blev der brugt bøjelige overflader, såsom rulleroer , samt vippede rotorakser. [16]
Den første succesrige tværgående helikopter var den tyske Focke-Wulf Fw 61 , som satte en række distance- og hastighedsrekorder i 1937. I Sovjetunionen var den første tværgående helikopter Omega-projektet i 1941.
Fordele:
Ulemperne ved denne ordning omfatter:
Koaksialskemaet er et par skruer placeret over hinanden på koaksiale aksler, der roterer i modsatte retninger, på grund af hvilke de reaktive momenter , der opstår fra hver af skruerne, kompenseres.
Det første patent på det koaksiale arrangement af et flys rotorer blev udstedt i 1859 til englænderen Henry Bright.
Den første fuldt kontrollerede helikopter var Laboratory Gyroplane af Charles Breguet og René Doran i 1936.
Den første flyvning af en koaksial helikopter med helmetalblade blev foretaget af amerikaneren Stanley Hiller i 1944; designet var så vellykket, at Hiller selv ofte demonstrerede dets stabilitet ved at slippe betjeningsknapperne og stikke hænderne ud af vinduerne [17] .
I det russiske imperium blev to prototyper af helikopteren af Igor Sikorsky (skaberen af den første seriel Sikorsky R-4 helikopter , som havde et klassisk skema) lavet i henhold til et koaksialt skema [18] . I Sovjetunionen blev emnet koaksiale helikoptere først taget op af Yakovlev-holdet i 1944 og i 1945 af et hold entusiaster ledet af Nikolai Ilyich Kamov .
Kamov Ka-8 helikopteren fløj den 12. november 1947 [19] , og Yakovlev "Joke" helikopteren fløj den 20. december 1947 [20] . For Kamov-designbureauet er koaksialordningen blevet den vigtigste. Nu er Kamov-helikoptere de eneste bemandede koaksiale helikoptere i verden, der er masseproducerede.
Fordele ved koaksialsystemet:
Fejl:
Rotorerne er placeret på siderne af skroget med en betydelig overlapning, og deres akser vippes udad i en vinkel i forhold til hinanden, hvilket eliminerer muligheden for overlapning. Faktisk er et sådant skema et særligt tilfælde af et tværgående skema med den maksimalt mulige overlapning af rotorerne, samtidig med at den har egenskaberne af et koaksialt skema. På grund af skruernes hældning er de reaktive momenter kun afbalanceret omkring den lodrette akse, og deres fremspring omkring den tværgående akse tilføjes, hvilket danner et pitching- moment . [22]
De første serielle helikoptere af denne ordning Flettner FI 282 "Hummingbird" dukkede op i Tyskland i 1942. I øjeblikket er den eneste serieproducent af sådanne helikoptere det amerikanske selskab Kaman Aircraft . Et karakteristisk træk ved dette firma er brugen af servoklapper monteret på bladene i helikopterkontrolsystemet, hvis funktionsprincip ligner et flys aileron .
Fordele:
Fejl:
Dybest set bruger helikoptere af dette design fire propeller, hvoraf det ene par er placeret i det langsgående mønster og det andet i det tværgående mønster, selvom der er design med tre rotorer ( Mi-32 , Cierva Air Horse), og med et stort antal propeller ( Multicopter).
Det er kendetegnet ved en stor vægt, men samtidig let kontrol, da en sådan ordning ikke kræver en swashplate , og flyvningsretningen indstilles ved at styre kraften på hver af propellerne separat.
I øjeblikket bliver det mere og mere populært i radiostyrede helikoptere .
Ordningen blev oprindeligt præsenteret i prototyper fra det tidlige tyvende århundrede ved luftfartens begyndelse.
Helikoptre af en sådan ordning omfatter quadrocopteren af Georgy Botezat, en tidligere professor ved Petrograd Institute of Technology, som emigrerede til Amerika; Etienne
Emishens helikopter , som udover 4 rotorer havde 6 små propeller til at holde balancen og 2 propeller til horisontal flyvning [ 23 ] TiltRotor (projekt).