Любой вертолет классической схемы состоит из следующих компонент, при этом некоторые из них могут быть объединены в одном устройстве:

• Голова;
• Вал ОР;
• Канопи (обьекатель);
• Рама;
• Хвостовая балка;
• Хвостовой ротор;
• Сервоприводы автомата перекоса;
• Сервопривод угла поворота лопастей ХР;
• Двигатель;
• Регулятор двигателя (если электрическая модель);
• Основная шестерня;
• Вал ХР или ремень ХР;
• Топливный бак или силовая батарея;
• Регулятор бортового питания;
• Аккомулятор бортового питания;
• Приемник;
• Гироскоп.

Теперь распишем каждый компонент поподробнее.

Голова

Голова - одна из важнейших частей вертолета, от её качества сборки их настройки на прямую зависят летные характеристики модели.

В голове современного вертолета используются как пластиковые, так и металлические части. При этом - далеко не всегда действует правило, что чем больше металла - тем лучше:) Тут дело в том - что производитель моделей разрабатывает их таким образом, что бы в случае аварии выходила из строя не вся голова, а только определенные части, которые относительно не дорого стоят и легко заменяются. Поэтому конечно металлическая голова хорошо и красиво - но далеко не всегда на много лучше пластиковой. Хотя тенденция последнего времени - поголовный переход на металл, сейчас практически не встретить серьезные вертолеты с пластиковыми головами.

Вал ОР

Передает вращающее усилие на голову. По большому счету - расходный материал, так как выходит из строя (гнется) практически при любом самом незначительном инциденте. Материал вала и его размеры специально так сделаны. Уж лучше погнется вал - чем другие, более дорогие детали.

Обтекатель (канопи)

Канопи - это защитный колпак, надеваемый на переднюю часть вертолета. Служит для защиты аккумулятора и электроники при неудачной встрече с землей, улучшает аэродинамику и внешний вид модели. Изготавливается из стекловолокна, иногда из пластика (на дешевых моделях). Поставляются в 3 вариантах:

Окрашенные;

Белые под покраску;

Белые в комплекте с наклейками.

Существует ряд небольших компаний, которые специализируются на эксклюзивных канопи под заказ, и стоят они очень даже не дешево:)

Рама

Рама - основной элемент вертолета,то, благодаря чему все компоненты вертолета соединяются вместе:) Основные задачи рамы:

• Соединить все компоненты вертолета;
• Защитить дорогую и хрупкую электронику в случае краша (от английского Crash - авария вертолета);
• Обеспечить удобное и грамотное размещение компонентов внутри рамы;
• Обеспечить грамотную и правильную разводку проводов;
• Обеспечить удобный и быстрый доступ к компонентам для настройки и обслуживания.

Рамы можно разделить по следующим признакам:

Материал изготовления

Карбон. Лучший материал на данный момент, дающий максимальную крепкость и минимальный вес. Из недостатков - если сломалась - то уже сломалась, выкидываем и покупаем новую, ну и конечно - высокая цена.

Карбон снаружи, внутри стеклотекстолит. Этим последнее время грешат многие производители, особенно часто встречается на недорогих клонах (Клон - подделка вертолета известного бренда, естественно, более низкой цены. Качество сильно варьируется, есть практически не отличимые от оригинала, есть и откровенный хлам). Такие рамы хоть и менее крепкие по сравнению с настоящими карбоновыми, но при этом зачастую гораздо дешевле их. На вид практически не отличимы от карбновых.

Алюминиевые рамы. Последнее время встречаются всё реже, вытесняемые карбоновыми и пластиковыми рамами.

Алюминий приятен тем – что в случае серьёзного краша он не ломается – а гнётся – есть шанс выправить и продолжить летать. Но по остальным параметрам он проигрывает карбновым рамам.Так же часто встречается на очень дешёвых китайских клонах. При покупке такого нужно учитывать, что первое, на чём начинают экономить китайцы – на материале. Алюминий в таких рамах очень плохого качества, мягкий и гнётся пальцами. Такая рама не защищает ни от чего.

Пластиковые рамы. Встречаются как на дешёвых китайских поделках, так и на серьёзных брендовых моделях.

Естественно, качество пластика там и там отличается в разы. Большой плюс пластика в том – что можно делать рамы практически любой формы, при этом не сильно себя ограничивая. Ещё неоспоримым преимуществом пластика является то – что он в отличии от карбона - одинаково крепок во всех плоскостях, а карбон – только в плоскостях волокон.

Конструкция рамы

Рама собирается из двух половинок.

Рама состоит из четырёх частей.

Такие рамы менее крепкие, чем цельные.

Хвостовая балка

Несущий элемент конструкции вертолета.

Для того, что бы получить быструю, четкую и мощную отработку хвоста - то есть управление вращением вертолета вокруг оси - хвостовой ротор выносят на определенное расстояние от центра масс вертолета. Внутри балки проходит привод вращения ХР (если модель использует для вращения ХР мощность основного двигателя) или провода питания (на небольших электрических моделях, которые для вращения ХР используют отдельный небольшой двигатель на хвосте).

В качестве привода на вертолетах используют ремень или вал. Каждая конструкция имеет как плюсы, так и минусы. Подробнее обсудим их позже:) Балки ХР изготавливаются из алюминия, хотя последнее время появляются карбоновые апгрейды.

Хвостовая балка является расходным материалом, при краше вероятность её повредить - максимальна.

Хвостовой ротор

Так же, как и голова, может быть полностью алюминиевым или пластиковым, или частично и тем и тем. Конструктивно похож на верхнюю часть головы, только без автомата перекоса.

Сервоприводы автомата перекоса

Основные управляющие элементы. С помощью них управляется автомат перекоса.

Используется три штуки. Побираются так, что бы они имели одинаковые характеристики, и очень желательно - одного производителя, ибо, кто их китайцев знает, напишут одно, положить другое, в результате легко можно получит не линейность работы головы - одна из серв будет обгонять другие или отклонятся на больший угол.

Сервоприводы разделяют:

По типу управления:

• Цифровые;
• Аналоговые.

Цифровые имеют ряд преимуществ, таких как:

• Большая точность
• Большая скорость
• Большее усилие

Так же они имеют один недостаток - большее энергопотребление, но достоинства цифровых сервомашинок с лихвой перевешивают этот небольшой недостаток.

По типу применяемых двигателей:

• Обычные;
• Безколлекторные.

Безколлекторные сервомашинки позволяют развить большее усилие, более надёжны и при этом потребляют меньше энергии. Но это пока новинка, стоят дорого:)

По материал применяемых в редукторе шестеренок:

• Полностью металлические редукторы;
• Полностью пластиковые редукторы;
• Карбоновые редукторы;
• Титановые редукторы;
• Редукторы, использующие разные материалы (например, половина шестреней пластик, другая половина - металл).

Металлические редукторы более надёжны и крепки, в случае краша меньше вероятность выходая сервы из строя. Но при этом - иногда проще перебрать машинку и поменять шестерни. При этом цена металлических машинок выше. В общем - вечный спор, каждый выбирает по своему вкусу и кошельку.

Сервопривод угла поворота лопастей ХР

Это дополнительный сервопривод. Обычно отличается от сервоприводов автомата перекоса. Подбирается более быстрая серва и с большим усилием, так как при выполнении фигур высшего пилотажа - на данную серву приходятся очень большие нагрузки. Если сервы автомата перкоса можно встретить как аналоговые, так и цифровые, то сервы управления хвостом сейчас ставят в основном цифровые.

Хвостовые сервы ставят как внутри рамы вертолёта

так и на хвостовую балку

Стоит подчеркнуть, что серва, убранная в раму - более предпочтительный вариант - так как в случае краша - меньше вероятность того, что эта серва будет повреждена (проводку сервы и саму серву защищает рама).

Двигатель

Главный элемент, без которого вертолёт не летает:)

Соответсвенно, двигатели бывают электрические, ДВС и турбины. Более подробную классификацию я давал в статье о классификации вертолётов. Все современные вертолёты используют бесколлекторные двигатели.

Регулятор двигателя

В радиоуправляемом вертолёте используются достаточно мощные двигатели, которые потребляют большие токи и требуют серьёзных напряжений. Как пример, вертолёты 600-го класса сейчас поголовно переходят на так называемое HV-питание (HighVolt) - это означает, что двигатель питается от 2-х LiPo батарей, общим напряжением в 44 вольта и при этом токи достигают 80 ампер. Вот и посчитайте, какая там мощность. Естественно, что бы регулировать такие токи, приходится использовать отдельный высокомощный контроллер питания, который так же ещё называют ESC (Electronic Speed Control).

Вообще, основная задача регулятора - получить управляющий сигнал с приёмника - и выдать на двигатель ровно столько мощности, сколько соответствует сигналу. Эта задача хоть и кажется не такой сложной на первый взгляд, на самом деле очень сложна. Ибо на двигатель в полёте постоянно действует переменная нагрузка, при этом во время работы аккумулятор просаживается, плюс надо учитывать, что под конец полёта аккумуляторы выдают меньшую мощность, чем в начале, а этот странный пилот не хочет ничего слышать и требует лишь того - что бы у него всегда обороты ротора были стабильны и строго соответствовали значению, которое он задал. А если учесть то, что на производителей регуляторов накладываются ещё и ограничения по масса-габаритным характеристикам - то вы сможете представить - на сколько это сложное и тонкое устройство. Так же при выборе регулятора необходимо учитывать и то, что часто некачественные регуляторы становятся причиной пожаров, и сэкономив на данном элементе вы можете получить прекрасный костёр, в котором сгорит много более дорогой электроники.

Основная шестерня с обгонным подшипником

Основная шестерня и пиньон двигателя (небольшая шестерня, одеваемая непосредственно на вал двигателя) - образуют своеобразный редуктор, который позволяет уменьшить скорость вращения ОР до разумных приделов и увеличить мощность вращающего момента.

Так же внутри этого блока смонтирован обгонный подшипник. Его задача - в случае отключения двигателя - позволить лопастям вращаться по инерции. Шестерни делают пластиковыми. Чаще всего зубцы на шестерни и пиньоне - прямые.

Последнее время появилась тенденция использовать косые зубцы. По заверению производителей они позволяют увеличить площадь зацепа зубьев и заодно уменьшить шум.

Вал ХР или ремень ХР

Для передачи вращающего момента на ХР в вертолётах используется 2 типа передачи:

• Передача с помощью вала;
• Ременная передача.

Каждая из этих передач имеет свои достоинства и недостатки.

Ременная передача

• Простота;
• Дешевизна;
• Стойкость к крашам.

• Необходимо постоянно поддерживать натяжение ремня;
• Возможно возникновение статического напряжения из за трения о стенки балки ХР;
• Высокая вибрация.

Передача с помощью вала

• Низкая вибрация (при использовании нормальных подшипников и отбалансированного вала);
• Отсутсвие статического напряжения;
• Нет необходимости натягивать и подтягивать, как ремень.

• Достаточно небольшого зацепа задними лопостями о землю - и выходят из строя шестерни.

Топливный бачок

Вмещает объем топлива, достаточный для полёта в течении 5-10 минут, в зависимости от модели. Конструкция бачка выполнена таким образом, что бы обеспечить непрерывное поступление топлива в двигатель вертолёта.

Аккумуляторные батареи

Существующие электрические модели вертолётов требуют очень мощных батарей для питания силовой установки и электронного оборудования (сервоприводов, гироскопов, приёмников и т.д.), установленных на вертолёт.

Сейчас используют два типа аккумуляторов:

• LiPo - литий-полимерные;
• LiFePo - литий-железо-фосфатные.

Самые распространённые - LiPo .

• Большая энергоёмкость;
• Неплохая токоотдача;
• Низкий саморозряд;
• Незначительный перепад напряжения по мере разряда.

• Пожароопасность при заряде/разряде;
• Плохо работают при отрицательных температурах;
• Небольшое количество циклов заряда-разряда (качественные выдерживают 200-300 циклов);
• Очень чувствительные к переразряду.

Напряжение на одной банке -3.7В. Часто объединяют несколько банок в один пак. Соответственно, напряжение увеличивается (напряжение пака = количество банок умноженное на 3,7В). При этом при заряде пака из нескольких банок необходимо балансировать их. То есть зарядить паки таким образом - что бы их напряжение было одинаково. Расбалансировка приводит к тому - что одна из банок разряжается быстрее - и в результате может произойти переразряд - что скорее всего приведёт к смерти всего пака.

LiFePo появились позже.

Обладают рядом преимуществ по сравнению с LiPo, но пока не получили широкого распространения в среде вертолётчиков.

Преимуещества:

• Меньший саморазряд;
• Большее количество циклов;
• Устойчивость к температурам;
• Устойчивость к переразряду/перезаряду;
• Больший ток разряда (порядка 30С постоянный, 100C импульсом);
• Больший ток заряда (можно зарядить за несколько минут).

Но есть и недостатки:

• Сами банки всегда имеют круглую форму (ограничение на толщину пака).

Регулятор бортового питания

Всё бортовое оборудование (окромя силовой части) - требует питающего напряжения в пределах от 4,5В до 7В. А напряжение, выдаваемое силовыми аккумуляторами - может составлять и 44В. Соответственно, что бы запитать бортовое оборудование - необходимо поставить специальный преобразователь, который будет выдавать требуемое напряжение.

Этот регулятор называется BEC (Battery Elimination Circuit). Часто BEC интегрируют сразу в ESC - регулятор двигателя. Но так же встречаются варианты с отдельным BEC, например, на вертолётах с ДВС, которые для бортового питания используют отдельную батарею, или на мощных вертолётах, в ESC которых BEC просто не предусмотрен.

Аккумулятор бортового питания

Встречаются конфигурации вертолётов, когда для питания аппаратуры используется помимо отдельного BEC ещё и отдельный аккумулятор.

Все эти ухищрения преследуют только одну цель - уменьшить вероятность краша. В полёте возможна ситуация, когда из строя выйдет ESC, или ещё какие проблемы с силовыми аккумуляторами - и что бы иметь шанс управлять вертолётом и всё же спасти его - ставят дополнительный небольшой аккумулятор, от которого через BEC и запитывают бортовое оборудование (приёмник, сервоприводы, гироскоп).

Приёмник

Основной управляющий элемент вертолёта. К приёмнику подключаются сервы, гироскоп, ESC. По сути - приёмник, это устройство, которое принимает команды по радиоканалу, расшифровывает их и передаёт в исполняющие устройства.

Вообще, современные радиомодели используют следующие диапазоны частот:

• 26МГц;
• 27МГц;
• 35МГц;
• 40МГц;
• 41МГц;
• 50МГц;
• 72МГц;
• 75МГц;
• 2,4ГГц.

Тенденция последнего времени - отказ от низких частот и переход на частоты диапазона 2,4ГГц. Это связанно с тем - что данный диапазон более помехозащищён, требует меньших по размеру передающей и приёмной части и т.д. В общем - 2,4 - лучше всего для вертолётов.

Понять, какой диапазон использует модель - довольно просто. Во первых - производитель обязан указывать, какой диапазон использует аппаратура, которую он продаёт, а во вторых - достаточно взглянуть на передатчик или приёмник. Если передатчик использует длинную выдвижную антенну на подобе удочки - а приёмник имеет длинную антенну в виде провода - то значит диапазон мегагерцовый.

Если антенна передатчика небольшая и напоминает антенну роутера, а приёмник имеет короткие усики - значит аппаратура 2,4ГГц.

Гироскоп

Последний по списку, но далеко не последний по важности и цене компонент вертолёта.

Задача гироскопа - удержать хвост вертолёта в том положении, в котором мы его оставили. Во время полёта хвост всё время стремится “уплыть”. Например, мы увеличили обороты двигателя, соответственно, и ХР начал вращаться быстрее и создавать большую силу при существующем угле положения лопастей ХР. Значит - хвост начнёт уходить в ту или иную сторону. Задача гироскопа - вовремя почувствовать этот эффект и скорректировать положение хвоста - уменьшив угол лопастей ХР. Гироскоп позволяет пилоту не подруливать всё время, пытаясь удержать хвост в нужном положении.

Уфф. Честно говоря - я сам не ожидал, что эта статья получится столь большой. Поэтому - принцип полёта модели вертолёта мы всё же рассмотрим в следующей статье:)

Хотите еще? Много интересного о вертолетах, теория и практика, обучение пилотажу и многое другое на...

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.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕРТОЛЕТА Ми-8Т

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕРТОЛЕТЕ

Вертолет Ми-8 предназначен для перевозки различных грузов внутри грузовой кабины и на внешней подвеске, почты, пассажиров, а также для проведения строительно-монтажных и других работ в труднодоступной мест­ности.

Рис. 1.1. Вертолет Ми-8 (общий вид)

Вертолет (рис. 1.1) спроектирован по одновинтовой схеме с пятилопастным несущим и трехлопастным рулевым винтами. На вертолете установле­ны два турбовинтовых двигателя ТВ2-117А со взлетной мощностью 1500 л.с. каждый, что обеспечивает высокую безопасность полетов, так как полет воз­можен и при отказе одного из двигателей.

Вертолет эксплуатируется в двух основных вариантах: пассажирском Ми-8П и транспортном Ми-8Т. Пассажирский вариант вертолета предназна­чен для межобластных и местных перевозок пассажиров, багажа, почты и малогабаритных грузов. Он рассчитан на перевозку 28 пассажиров. Тран­спортный вариант предусматривает перевозку грузов массой до 4000 кг или пассажиров в количестве 24 человек. По желанию заказчика пас­сажирский салон вертолета может быть переоборудован в салон с по­вышенным комфортом на 11 пассажиров.

Пассажирский и транспортный варианты вертолета могут быть переобо­рудованы в санитарный вариант и в вариант для работы с внешней подвеской.

Вертолет в санитарном варианте позволяет перевозить 12 лежачих боль­ных и сопровождающего медработника. В варианте для работы с внешней подвеской осуществляется перевозка крупногабаритных грузов массой до 3000 кг вне фюзеляжа.

Для перелетов вертолета на большие дальности предусмотрена установка в грузовой кабине одного или двух дополнительных топливных баков.

Существующие варианты вертолета снабжены электролебедкой, позво­ляющей с помощью бортовой стрелы производить подъем (спуск) на борт вер­толета грузов массой до 150 кг, а также при наличии полиспаста затягивать в грузовую кабину колесные грузы массой до 3000 кг.

Экипаж вертолета состоит из двух пилотов и бортмеханика.

При создании вертолета особое внимание было уделено высокой надежно­сти, экономичности, простоты в обслуживании и эксплуатации.

Безопасность полетов на вертолете Ми-8 обеспечивается:

Установкой на вертолете двух двигателей ТВ2-117А(АГ), надежностью работы этих двигателей и главного редуктора ВР-8А;

Возможностью совершать полет в случае отказа одного из двигателей, а также перейти на режим авторотации (самовращения несущего винта) при отказе обоих двигателей;

Наличием отсеков, изолирующих двигатели и главный редуктор с по­мощью противопожарных перегородок;

Установкой надежной противопожарной системы, обеспечивающей туше­ние пожара в случае его возникновения как одновременно во всех отсеках, так и в каждом отсеке в отдельности;

Установкой дублирующих агрегатов в основных системах я оборудовании вертолета;

Надежными и эффективными противообледенительными устройствами ло­пастей несущего и рулевого винтов, воздухозаборников двигателей и лобо­вых стекол кабины экипажа, что позволяет совершать полет в условиях об­леденения;

Установкой аппаратуры, обеспечивающей простое и надежное пилотиро­вание и посадку вертолета в различных метеорологических условиях;

Приводом основных агрегатов систем от главного редуктора, обеспечива­ющим работоспособность систем при отказе двигателя:

Возможностью быстрого покидания вертолета после его посадки пасса­жирами и экипажем в аварийных случаях.

2. ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ ВЕРТОЛЕТА

Летные данные

(транспортный и пассажирский варианты)

Взлетная масса (нормальная), кг.............. 11100

Максимальная скорость полета (по прибору), км/ч, 250

Статический потолок, м............................ 700

Крейсерская скорость полета по прибору на высоте
500 м, км/ч ………………………………………………220

Экономическая скорость полета (по прибору), км/ч. 120

топливом 1450 кг, км................................ 365

варианте с заправкой топливом 2160 кг, км. . .620

Дальность полета (на высоте 500 м) в перегоночном
варианте с заправкой топливом 2870 кг, км... 850

Дальность полета (на высоте 500 м) с заправкой
топливом 2025 кг (подвесные баки увеличенной
вместимости), км................................................ 575

Дальность полета (на высоте 500 м) в перегоночном
варианте с заправкой топливом 2735 кг (подвес­ные баки

увеличенной вместимости), км.... 805

Дальность полета (на высоте 500 м) в перегоночном
варианте с заправкой топливом 3445 кг (подвесные баки

увеличенной вместимости), км.... 1035

Примечание. Дальность полета рассчитана с учетом 30-минутного остатка топлива после посадки

Геометрические данные

Длина вертолета, м:

без несущего и рулевого винтов.................. 18,3

с вращающимися несущим и рулевым винтами …25,244

Высота вертолета, м:

без рулевого винта........................................ 4,73

с вращающимся рулевым винтом................ 5,654

Расстояние от конца лопасти несущего винта до ­
хвостовой балки на стоянке, м..................... 0,45

Расстояние от земли до нижней точки фюзеляжа

(клиренс), м................................................... 0,445

Площадь горизонтального оперения, м 2 ….. 2

Стояночный угол вертолета................. 3°42"

Фюзеляж

Длина грузовой кабины, м:

без грузовых створок............................ 5,34

с грузовыми створками на уровне 1 м от пола 7,82

Ширина грузовой кабины, м:

на полу................................................... 2,06

по коробам отопления........................... 2,14

максимальная......................................... 2,25

Высота грузовой кабины, м.................. 1,8

Расстояние между силовыми балками пола, м … 1,52

Размер аварийного люка, м…………………… 0,7 X1

Колея погрузочных трапов, м.............. 1,5±0,2

Длина пассажирской кабины, м............ 6,36

Ширина пассажирской кабины (по полу), м... 2,05

Высота пассажирской кабины, м 1,8

Шаг кресел, м.................................................. 0,74

Ширина прохода между креслами, м... 0,3

Размеры гардероба (ширина, высота, глубина), м 0,9 X1,8 X 0,7
» сдвижной двери (ширина, высота), м. . 0,8 X1.4
» проема, по заднюю входную дверь в пассажирском

варианте (ширина, высота), м.......... 0,8 X1>3

Размер аварийных люков в пассажирском

варианте, м............................................. 0,46 X0,7

Размер кабины экипажа, м.................... 2,15 X2,05 X1,7

Регулировочные данные

Угол установки лопастей несущего винта (по указа­телю шага винта):

минимальный................................................. 1°

максимальный........................................ 14°±30"

Угол отгиба триммерных пластин лопастей винта -2 ±3°

» установки лопастей рулевого винта (на r=0,7) *:

минимальный (левая педаль до упора) ................... 7"30"±30"

максимальный (правая педаль до упора)………….. +21°±25"

* r- относительный радиус

Весовые и центровочные данные

Взлетная масса, кг:

максимальная для транспортного варианта …….. 11100

» с грузом на внешней подвеске …………… 11100

транспортный вариант.......................... 4000

на внешней подвеске.............................. 3000

пассажирский вариант (человек).......... 28

Масса пустого вертолета, кг:

пассажирский вариант........................... 7370

транспортный »................................ 6835

Масса служебной нагрузки, в том числе:

масса экипажа, кг................................... 270

» масла, кг........................................................... 70

масса продуктов, кг.............................................. 10

» топлива, кг......................................................... 1450 - 3445

» коммерческой нагрузки, кг............................... 0 - 4000

Центровка пустого вертолета, мм:

транспортный вариант........................................... +133

пассажирский » ....................................... +20

Допустимые центровки для загруженного вертолета, мм:

передняя.................................................................. +370

задняя...................................................................... -95

3. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЕРТОЛЕТА

По аэродинамической схеме вертолет Ми-8 представляет собой фюзеляж с пятилопастным несущим, трехлопастным рулевым винтами и неубирающимися шасси.

Лопасти несущего винта прямоугольной формы в плане с хордой, равной 0,52 м. Прямоугольная форма в плане в аэродинамическом отношении счи­тается хуже других, но она проста в производстве. Наличие триммерных пластин на лопастях позволяет изменять их моментные характери­стики.

Профиль лопасти является важнейшей геометрической характеристикой несущего винта. На вертолете подобраны различные профили по длине ло­пасти, что заметно улучшает не только аэродинамические характеристики несущего винта, но и летные свойства вертолета. От 1-го до 3-го сечения при­менен профиль NACA-230-12, а от 4-го до 22-го - профиль NACA-230-12M (модифицированный) *. У профиля NACA-230-12M число Мкр = 0,72 при угле атаки нулевой подъемной силы. При увеличении углов атаки a°(рис. 1.2) Мкр уменьшается и при наивыгоднейшем угле атаки, при котором коэффициент подъемной силы С у = 0,6, Мкр = 0,64. В этом случае крити­ческая скорость в стандартной атмосфере над уровнем моря составит:

V KP == а Мкр = 341 0,64 = 218 м/с, где a- скорость звука.

Следовательно, на концах лопастей мож­но создавать скорость менее 218 м/с, при которой не будет появляться скачков уп­лотнения и волнового сопротивления. При оптимальной, частоте вращения несущего винта 192 об/мин окружная скорость кон­цов лопастей составит:

U = wr = 2 prn / 60 = 213,26 м/с, где w - угловая скорость;

r- радиус окруж­ности, описываемый концом лопасти.

Рис. 1.2. Изменение коэффициента подъемной силы С у от углов ата­ки a° и числа М профиля NACA-230-12M

Отсюда видно, что окружная скорость близка к критической, но не превышает ее. Лопасти несущего винта вертолета име­ют отрицательную геометрическую крутку, изменяющуюся по линейному закону от 5° у 4-го сечения до 0° у 22-го. На участке между 1-ми 4-м сечениями крутка отсутст­вует и установочный угол сечений лопасти на этом участке равен 5°. Крутка лопасти на такую большую величину существенно улучшила ее аэродинамические свойства и летные характеристики вертолета, в связи с чем более равномерно распределяется подъемная сила по длине лопасти.

* Отсек от 3-го до 4-го сечения является пе­реходным. Профиль лопасти несущего винта - смотри рис. 7.5.

Лопасти винта имеют переменную как абсолютную, так и относительную толщину профиля. Относительная толщина профиля с составляет в комле 13%, на участке от г=_0,23до 7=0,268- 12%, а на участке от г = 0,305 до конца лопасти- 11,38%. Уменьшение толщины лопасти к ее концу улучшает аэродинамические свойства вин­та в целом за счет увеличения критиче­ской скорости и Мкр концевых частей ло­пасти. Уменьшение толщины лопасти к концу приводит к уменьшению лобового сопротивления и снижению потребного кру­тящего момента.

Несущий винт вертолета имеет сравни­тельно большой коэффициент заполнения - 0,0777. Такой коэффициент дает возможность создать большую тягу при умеренном диаметре винта и тем самым удерживать в полете лопасти на небольших установочных углах, при которых углы атаки ближе к наивы­годнейшим на всех режимах полета. Это позволило увеличить к. п. д. винта и отодвинуть срыв потока на большие скорости.

Рис. 1.3. Поляра несущего винта вертолета на режиме висения: 1 - без влияния земли; 2 - с влиянием земли.

Аэродинамическая характеристика несущего винта вертолета представ­лена в виде его поляры (рис. 1.3), которая показывает зависимость коэффи­циента тяги Ср и коэффициента крутящего момента т кр от величины общего шага несущего винта <р. По поляре видно, что чем больше общий шаг несуще­го винта, тем больше коэффициент крутящего момента, а следовательно, больше коэффициент тяги. При наличии «воздушной подушки» тяга несущего винта будет больше, чем без нее при том же шаге винта и коэффициенте кру­тящего момента.

Лопасти рулевого винта прямоугольной формы в плане с профилем NACA-230M не имеют геометрической крутки. Наличие у втулки рулевого винта совмещенного горизонтального шарнира типа «кардан» и компенсатора взмаха позволяет обеспечить более ровное перераспределение подъемной си­лы по ометаемой винтом поверхности в полете.

Фюзеляж вертолета аэродинамически несимметричен. Это видно из кри­вых изменения коэффициентов подъемной силы фюзеляжа С 9ф и лобового сопротивления С в зависимости от углов атаки а ф (рис. 1.4). Коэффици­ент подъемной силы фюзеляжа равен нулю при угле атаки несколько больше 1 , поэтому и подъемная сила будет по­ложительной на углах атаки больше Г, а на углах атаки меньше 1 -отрицательной. Минимальное значение коэффициента лобо­вого сопротивления фюзеляжа С будет при угле атаки, равном нулю. Ввиду того что на углах атаки больше или меньше нуля ко­эффициент С ф увеличивается, выгодно со­вершать полет на углах атаки фюзеляжа, близких к нулю. С этой целью предусмот­рен угол наклона вала несущего винта впе­ред, составляющий 4,5°.

Фюзеляж без стабилизатора статически неустойчив, так как увеличение углов ата­ки фюзеляжа приводит к увеличению коэффициента продольного момента, а следовательно, и продольного момента, действующего на кабрирование и стремящегося к дальнейшему увеличению угла атаки фюзеляжа. Наличие стабилизатора на хвостовой балке фюзеля­жа обеспечивает продольную устойчивость последнему лишь на малых установочных углах от +5 до -5° и в диапазоне небольших углов атаки фюзеляжа от -15 до + 10°. На больших углах установки стабилизатора и больших углах атаки фюзеляжа, что соответствует полету на режиме авто­ротации, фюзеляж статически неустойчив. Это объясняется срывом потока со стабилизатора. В связи с наличием у вертолета хорошей управляемости и достаточных запасов управления на всех режимах полета на нем при­менен стабилизатор, не управляемый в полете с установочным углом - 6°.

Рис. 1.4. Зависимость коэффици­ента подъемной силы Суф и лобо­вогосопротивления Схф фюзеляжа от углов атаки a° фюзеляжа

В поперечном направлении фюзеляж устойчив лишь на больших отрица­тельных углах атаки -20° в диапазоне углов скольжения от -2 до + 6°. Это вызвано тем, что увеличение углов скольжения приводит к увеличению коэффициента момента крена, а следовательно, и поперечного момента, стре­мящегося и дальше увеличить угол скольжения.

В путевом отношении фюзеляж неустойчив практически на всех углах атаки при малых углах скольжения от -10 до +10°, на углах, больше указанных, характеристики устойчивости улучшаются. При углах сколь­жения 10° < b < - 10° фюзеляж нейтрален, а при скольжении больше 20° он приобретает путевую устойчивость.

Если рассматривать вертолет в целом, то хотя он и обладает достаточной динамической устойчивостью, но не вызывает больших затруднений при пилотировании даже без автопилота. Вертолет Ми-8 в общем оценен с удов­летворительными характеристиками устойчивости, а с включенными систе­мами автоматической стабилизации эти характеристики значительно улуч­шились, вертолету придана динамическая устойчивость по всем осям и по­этому пилотирование существенно облегчается.

4. КОМПОНОВКА ВЕРТОЛЕТА

Вертолет Ми-8 (рис. 1.5) состоит из следующих основных частей и систем: фюзеляжа, взлетно-посадочных устройств, силовой установки, трансмиссии, несущего и рулевого винтов, управления вертолетом, гидравлической систе­мы, авиационного и радиоэлектронного оборудования, системы отопления и вентиляции кабин, системы кондиционирования воздуха, воздушной и противообледенительной систем, устройства для внешней подвески грузов, такелажно-швартовочного и бытового оборудования. Фюзеляж вертолета включает носовую 2 и центральную 23 части, хвосто­вую 10 и концевую 12 балки. В носовой части, являющейся кабиной экипа­жа, размещены сиденья пилотов, приборные доски, электропульты, автопи­лот АП-34Б, командные рычаги управления. Остекление кабины экипажа обеспечивает хороший обзор; правый 3 и левый 24 блистеры снабжены меха­низмами аварийного сброса.

В носовой части фюзеляжа расположены ниши для установки контейне­ров с аккумуляторами, штепсельные разъемы аэродромного питания, труб­ки приемников воздушного давления, две рулежно-посадочные фары и люк с крышкой 4 для выхода к силовой установке. Носовая часть фюзеляжа от­делена от центральной части стыковочным шпангоутом № 5Н, в стенке которого имеется дверной проем. В проеме двери установлено откидное сиденье борт­механика. Спереди, на стенке шпангоута № 5Н, расположены этажерки ра­дио- и электрооборудования, сзади - контейнеры двух аккумуляторных батарей, коробка и пульт управления электролебедкой.

В центральной части фюзеляжа расположена грузовая кабина, для входа в которую слева имеется сдвижная дверь 22, снабженная механизмом ава­рийного сброса. У верхнего переднего угла проема сдвижной двери снару­жи крепится бортовая стрела. В грузовой кабине вдоль правого и левого бортов установлены откидные сиденья. На полу грузовой кабины располо­жены швартовочные узлы и электролебедка. Над грузовой кабиной разме­щены двигатели, вентилятор, главный редуктор с автоматом перекоса и не­сущим винтом, гидропанель и расходный топливный бак.

К узлам фюзеляжа снаружи крепятся амортизаторы и подкосы главных 6, 20 и передней / стоек шасси, подвесные топливные баки 7, 21. Впереди правого подвесного топливного бака расположен керосиновый обогреватель.

Грузовая кабина заканчивается задним отсеком с грузовыми створками. В верхней части заднего отсека расположен радиоотсек, в котором установ­лены панели под приборы радио- и электрооборудования. Для входа из гру­зовой кабины в радиоотсек и хвостовую балку имеется люк. Грузовые створ­ки закрывают проем в грузовой кабине, предназначенный для закатки и вы­катки колесной техники, погрузки и выгрузки крупногабаритных грузов.

В пассажирском варианте к специальным профилям, расположенным по полу центральной части фюзеляжа, крепятся 28 пассажирских кресел. По правому борту в задней части кабины расположен гардероб. Правая борто­вая панель имеет шесть прямоугольных окон, левая - пять. Задние борто­вые окна встроены в крышки аварийных люков. Грузовые створки в пасса­жирском варианте укороченные, на внутренней стороне левой створки рас­положено багажное отделение, а в правой створке размещены короба под контейнеры с аккумуляторами. В грузовых створках сделан проем под зад­нюю входную дверь, состоящую из створки и трапа.

Рис. 1.5 Компоновочная схема вертолета.

1-передняя нога шасси; 2-носовая часть фюзеляжа; 3, 24-сдвижные блистеры; 4-крышка люка выхода к двигателям; 5, 21-главные ноги шасси; 6-капот обогревателя КО-50; 7, 12-подвесные топливные баки; 8-капоты; 9-редук-торная рама; 10-центральная часть фюзеляжа; 11-крышка люка в правой грузовой створке; 12, 19-грузовые створки; 13-хвостовая балка; 14-стабилизатор; 15-концевая балка; 16-обтекатель; 17-хвостовая опора; 18-трапы; 20-щиток створки; 23-сдвижная дверь; 25-аварийный люк-окно.

К центральной части фюзеляжа пристыкована хвостовая балка, к узлам которой крепится хвостовая опора и неуправляемый стабилизатор. Внутри хвостовой балки в верхней ее части проходит хвостовой вал трансмиссии. К хвостовой балке пристыкована концевая балка, внутри которой установ­лен промежуточный редуктор и проходит концевая часть хвостового вала трансмиссии. Сверху к концевой балке крепится хвостовой редуктор, на ва­лу которого установлен рулевой винт.

Вертолет имеет неубирающееся шасси трехопорной схемы. Каждая стой­ка шасси снабжена жидкостно-газовыми амортизаторами. Колеса передней стойки самоориентирующиеся, колеса главных стоек снабжены колодочными тормозами, для управления которыми вертолет оборудован воздушной сис­темой.

Силовая установка включает два двигателя ТВ2-117А и системы, обеспечивающие их работу.

Для передачи мощности от двигателей к несущему и рулевому винтам, а также для привода ряда агрегатов используется трансмиссия, состоящая из главного, промежуточного и хвостового редукторов, хвостового вала, вала привода вентилятора и тормоза несущего винта. Каждый двигатель и главный редуктор имеют свою автономную маслосистему, выполненную по прямой одноконтурной замкнутой схеме с принудительной циркуляцией мас­ла. Для охлаждения маслорадиаторов двигателей и главного редуктора, стартер-генераторов, генераторов переменного тока, воздушного компрес­сора и гидронасосов на вертолете предусмотрена система охлаждения, со­стоящая из высоконапорного вентилятора и воздухопроводов.

Двигатели, главный редуктор, вентилятор и панель с гидроагрегатами закрыты капотом. При открытых крышках капота обеспечивается свобод­ный доступ к агрегатам силовой установки, трансмиссии и гидросистемы, при этом открытые крышки капота двигателей и главною редуктора являются рабочими площадками для выполнения технического обслуживания систем вертолета.

Вертолет оборудован средствами пассивной и активной защиты от пожара. Продольная и поперечная противопожарные перегородки делят под­капотное пространство на три отсека: левого двигателя, правого двигателя, главного редуктора. Активная противопожарная система обеспечивает пода­чу огнегасящего состава из четырех баллонов в горящий отсек.

Несущий винт вертолета состоит из втулки и пяти лопастей. Втулка имеет горизонтальные, вертикальные и осевые шарниры и снабжена гидравличес­кими демпферами и центробежными ограничителями свеса лопастей. Лопасти цельнометаллической конструкции имеют визуальную систему сигнали­зации повреждения лонжерона и электротепловое противообледенительное устройство.

Рулевой винт толкающий, изменяемого в полете шага. Он состоит из втулки карданного типа и трех цельнометаллических лопастей, снабженных электротепловым противообледенительным устройством.

Управление вертолетом сдвоенное состоит из продольно-поперечного уп­равления, путевого управления, объединенного управления «Шаг - газ» и управления тормозом несущего винта. Кроме того, имеется раздельное уп­равление мощностью двигателей и их остановом. Изменение общего шага не­сущего винта и продольно-поперечное управление вертолетом осуществляют­ся с помощью автомата перекоса.

Для обеспечения управления вертолетом в систему продольного, попе­речного, путевого управления и управления общим шагом включены по не­обратимой схеме гидроусилители, для питания которых на вертолете предус­мотрена основная и дублирующая гидросистемы.

Установленный на вертолете Ми-8 четырехканальный автопилот АП-34Б обеспечивает стабилизацию вертолета в полете по крену, курсу, тангажу и высоте.

Для поддержания в кабинах нормальных температурных условий и чис­тоты воздуха вертолет оборудован системой отопления и вентиляции, кото­рая обеспечивает подачу подогретого или холодного воздуха в кабины эки­пажа и пассажиров. При эксплуатации вертолета в районах с жарким клима­том вместо керосинового обогревателя могут быть установлены два борто­вых фреоновых кондиционера.

Противообледенительная система вертолета защищает от обледенения лопасти несущего и хвостового винтов, два передних стекла кабины экипа­жа и воздухозаборники двигателей.

Противообледенительное устройство лопастей винтов и стекол кабины экипажа - электротеплового, а воздухозаборников двигателей - воздушнотеплового действия.

Установленное на вертолете авиационное и радиоэлектронное оборудова­ние обеспечивает выполнение полетов днем и ночью в простых и сложных ме­теорологических условиях.

Лопасти несущего винта вертолета надо построить так, чтобы они, создавая необходимую подъемную силу, выдерживали все возникающие на них нагрузки. И не просто выдерживали, а имели бы еще запас прочности на всякие непредвиденные случаи, которые могут встретиться в полете и при техническом обслуживании вертолета на земле (например, резкий порыв ветра, восходящий поток воздуха, резкий маневр, обледенение лопастей, неумелая раскрутка винта после запуска двигателя и т. д.).

Одним из расчетных режимов для подбора несущего винта вертолета является режим вертикального набора на любой избранной для расчета высоте. На этом режиме из-за отсутствия поступательной скорости в плоскости вращения винта потребная мощность имеет большую величину.

Зная приблизительно вес конструируемого вертолета и задаваясь величиной полезной нагрузки, которую должен будет поднимать вертолет, приступают к подбору винта. Подбор винта сводится к тому, чтобы выбрать такой диаметр винта и такое число его оборотов в минуту, при которых бы расчетный груз мог быть поднят винтом отвесно вверх с наименьшей затратой мощности.

При этом известно, что тяга несущего винта пропорциональна четвертой степени его диаметра и только второй степени числа оборотов, т. е. тяга, развиваемая несущим винтом, более зависит от диаметра, чем от числа оборотов. Поэтому заданную тягу легче получить увеличением диаметра, чем увеличением числа оборотов. Так, например, увеличив диаметр в 2 раза, получим тягу в 24 = 16 раз большую, а увеличив число оборотов в два раза, получим тягу только в 22 = 4 раза большую.

Зная мощность двигателя, который будет установлен на вертолете для приведения во вращение несущего винта, сначала подбирают диаметр несущего винта. Для этого применяют следующее соотношение:

Лопасть несущего винта работает в очень тяжелых условиях. На нее действуют аэродинамические силы, которые ее изгибают, скручивают, разрывают, стремятся оторвать от нее обшивку. Чтобы «противостоять» такому действию аэродинамических сил, лопасть должна быть достаточно прочной.

При полетах в дождь, в снег или в облаках при условиях, способствующих обледенению, работа лопасти еще более усложняется. Капли дождя, попадая на лопасть с огромным» скоростями, сбивают с нее краску. При обледенении па лопастях образуются ледяные наросты, которые искажают ее профиль, мешают ее маховому движению, утяжеляют ее. При хранении вертолета на земле на лопасть разрушающе действуют резкие изменения температуры, влажность, солнечные лучи.

Значит, лопасть должна быть не только прочной, но она еще должна быть невосприимчивой к влиянию внешней среды. Но если бы только это! Тогда лопасть можно было бы сделать цельнометаллической, покрыв ее противо-коррозийным слоем, и задача была бы решена.

Но есть еще одно требование: лопасть, кроме этого, должна быть еще и легкой. Поэтому ее изготовляют полой За основу конструкции лопасти берут металлический лонжерон, чаще всего - стальную трубу переменного сечения, площадь которого постепенно или ступенчато уменьшается от корневой части к концу лопасти.

Лонжерон, как главный продольный силовой элемент лопасти, воспринимает перерезывающие силы и изгибающий момент. В этом отношении работа лонжерона лопасти схожа с работой лонжерона самолетного крыла. Однако на лонжерон лопасти действуют в результате вращения винта еще центробежные силы, чего нет у лонжерона крыла самолета. Под действием этих сил лонжерон лопасти подвергается растяжению.

К лонжерону привариваются или приклепываются стальные фланцы для крепления поперечного силового набора - нервюр лопасти. Каждая нервюра, которая может быть металлической или деревянной, состоит из стенок и полок. К металлическим полкам приклеивается или приваривается металлическая обшивка, а к деревянным полкам приклеивается фанерная или пришивается полотняная обшивка или к носку приклеивается фанерная обшивка, а к хвостику пришивается полотняная, как показано. В носовой части профиля полки нервюр крепятся к переднему стрингеру, а в хвостовой части - к заднему стрингеру. Стрингеры служат вспомогательными продольными силовыми элементами.

Обшивка, покрывающая полки нервюр, образует собой профиль лопасти в любом ее сечении. Наиболее легкой является полотняная обшивка. Однако во избежание искажения профиля в результате прогиба полотняной обшивки на участках между нервюрами, нервюры лопасти приходится ставить очень часто, примерно через 5-6 см одна от другой, что утяжеляет лопасть. Поверхность лопасти с плохо натянутой полотняной обшивкой выглядит ребристой и обладает низкими аэродинамическими качествами, так как ее лобовое сопротивление велико. В процессе одного оборота профиль такой лопасти меняется, что способствует появлению дополнительной вибрации вертолета. Поэтому полотняная обшивка пропитывается аэролаком, который по мере своего высыхания сильно натягивает полотно.

При изготовлении обшивки из фанеры жесткость лопасти увеличивается и расстояние между нервюрами может быть увеличено в 2,5 раза по сравнению с лопастями, обтянутыми полотном. Для того чтобы уменьшить сопротивление, поверхность фанеры гладко обрабатывается и полируется.

Хороших аэродинамических форм и большой прочности можно добиться, если изготовить полую цельнометаллическую лопасть. Трудность ее производства состоит в изготовлении переменного по сечению лонжерона, который образует носовую часть профиля. Хвостовая часть профиля лопасти изготовляется из листовой металлической обшивки, которую передними кромками заподлицо приваривают к лонжерону, а задние кромки склепывают между собой.

Профиль лопасти винта вертолета выбирается с таким расчетом, чтобы при увеличении угла атаки срыв обтекания возникал на возможно больших углах атаки. Это необходимо для того, чтобы избежать срыва обтекания на отступающей лопасти, где углы атаки особенно велики. Кроме того, во избежание вибраций профиль надо подобрать такой, у которого бы при изменении угла атаки не менялось положение центра давления.

Очень важным фактором для прочности и работы лопасти является взаимное расположение центра давления и центра тяжести профиля. Дело в том, что при совместном действии изгиба и кручения, лопасть подвержена самовозбуждающейся вибрации, т. е. вибрации со все возрастающей амплитудой (флаттеру). Во избежание вибрации лопасть должна балансироваться относительно хорды, т. е. должно быть обеспечено такое положение центра тяжести на хорде, которое исключало бы самовозрастание вибрации. Задача балансировки сводится к тому, чтобы у построенной лопасти центр тяжести профиля находился впереди центра давления.

Продолжая рассматривать тяжелые условия работы лопасти несущего винта, необходимо отметить, что повреждение деревянной обшивки лопасти каплями дождя может быть предотвращено, если вдоль ее передней кромки укрепить листовую металлическую окантовку.

Борьба же с обледенением лопастей представляет собой более сложную задачу. Если такие виды обледенения в полете, как иней и изморозь, большой опасности для вертолета не представляют, то стекловидный лед, постепенно и незаметно, но чрезвычайно прочно наращивающийся на лопасти, приводит к утяжелению лопасти, искажению ее профиля и, в конечном счете, к уменьшению подъемной силы, что приводит к резкой потере управляемости и устойчивости вертолета.

Существовавшая одно время теория о том, что лед вследствие машущего движения лопастей будет в полете скалываться, оказалась несостоятельной. Обледенение лопасти начинается раньше всего у корневой части, где изгиб лопасти при ее машущем движении невелик. В дальнейшем слой льда начинает распространяться все дальше к концу лопасти, постепенно сходя на нет. Известны случаи, когда толщина льда у корневой части достигала 6 мм, а у конца лопасти - 2 мм.

Предотвратить обледенение возможно двумя путями.

Первый путь - это тщательное изучение прогноза погоды в районе полетов, обход встретившихся по пути облаков и изменение высоты полета с целью выхода из воны обледенения, прекращение полета и т. д.

Второй путь - это оборудование лопастей противо-обледенительными устройствами.

Известен целый рад этих устройств для лопастей вертолета. Для удаления льда с лопастей несущего винта может

быть применен спиртовой противообледенитель, который разбрызгивает на передней кромке винта спирт. Последний, смешиваясь с водой, понижает температуру ее замерзания и препятствует образованию льда.

Скалывание льда с лопастей винта может быть осуществлено воздухом, который нагнетается в резиновую камеру, проложенную вдоль передней кромки несущего винта. Раздувающаяся камера надкалывает ледяную корку, отдельные куски которой затем сметаются с лопастей винта встречным потоком воздуха.

Если передняя кромка лопасти винта сделана из металла, то ее можно подогревать или электричеством, или теплым воздухом, пропускаемым через трубопровод, проложенный вдоль передней кромки несущего винта.

Будущее покажет, какой из этих способов найдет себе более широкое применение.

Для аэродинамических характеристик несущего винта большое значение имеют число лопастей несущего винта, и удельная нагрузка на ометаемую винтом площадь. Теоретически число лопастей винта может быть любым, от одной бесконечно большого их числа, настолько большого, что они в конечном счете сливаются в спиральную поверхность, как это предполагалось в проекте Леонардо да Винчи или в вертолете-велосипеде И. Быкова.

Однако есть какое-то наиболее выгодное число лопастей. Число лопастей не должно быть меньше трех, так как при двух лопастях возникают большие неуравновешенные силы и колебания тяги винта. Показано изменение тяги несущего винта около его среднего значения в течение одного оборота винта у однолопастного и двухлопастного винтов. Трехлопастной винт уже практически сохраняет среднее значение тяги в течение всего оборота.

Число лопастей винта не должно быть также очень большим, так как в этом случае каждая лопасть работает в потоке, возмущенном предыдущей лопастью, что снижает коэффициент полезного действия несущего винта.

Чем больше лопастей винта, тем большую часть площади ометаемого диска они занимают. В теорию несущего винта вертолета введено понятие коэффициента заполнения о, который подсчитывается как отношение суммарной площади

Для расчетного режима работы несущего винта вертолета (отвесный подъем) наивыгоднейшей величиной коэффициента заполнения является величина 0,05-0,08 (среднее значение 0,065).

Эта нагрузка является средней. Малой нагрузкой называют нагрузку в пределах 9-12 кг/м2. Вертолеты, имеющие такую нагрузку, маневренны и обладают большой крейсерской скоростью.

Вертолеты общего назначения имеют среднюю нагрузку в пределах от 12 до 20 кг/м2. И, наконец, большой нагрузкой, редко применяемой, является нагрузка от 20 до 30 кг/м2.

Дело в том, что хотя высокая удельная нагрузка на ометаемую площадь и обеспечивает большую полезную нагрузку вертолета, но при отказе двигателя такой вертолет на режиме самовращения будет снижаться быстро, что недопустимо, так как в этом случае нарушается безопасность снижения.

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).