Тема 4. Особливості конструкції вертольота та ракети

4.1. Класифікація літальних апаратів з піднімальним повітряним гвинтом

До літальних апаратів, які для переміщення в повітрі використовують аеродинамічний принцип польоту, окрім ЛА з нерухомим крилом – літаків і планерів, відносяться ЛА з піднімальним повітряним гвинтом, а саме: автожири, вертольоти, гвинтокрили, конвертоплани.

Автожиром називається ЛА, у якого піднімальна сила створюється спеціальним гвинтом-ротором, що приводиться в обертання набігаючим потоком повітря при поступальному русі апарату. Поступальне переміщення здійснюється за допомогою двигуна зі звичайним для літака повітряним гвинтом (рис. 4.1). Хоча автожири не знайшли широкого застосування, але їх проектування слугувало доброю школою для створення вертольота.

Рис. 4.1. Автожир.

Основоположниками теорії розрахунку автожирів вважаються англійські вчені-аеродинаміки Глауерт і Локк. У тридцяті роки ХХ сторіччя російський вчений і конструктор Іван Павлович Братухін, одночасно з проектуванням вертольотів, вивчивши праці англійських учених та провівши власні теоретичні й експериментальні дослідження, підготував узагальнюючу роботу ”Автожири. Теорія і розрахунки ”. Ця робота після опублікування в 1934 р. стала на довгі роки основною допомогою з теорії гвинтокрилих літальних апаратів. В 1932 р. І.П.Братухін розробив автожир ЦАГИ 2-ЭА.

Цаги 2-эа

Вертольотом називається ЛА важчий за повітря, піднімальна сила якого створюється одним або декількома несучими гвинтами, що приводяться в обертання будь-якою силовою установкою (рис. 4.2). Несучий гвинт при своєму обертанні з деякою силою відкидає повітря вниз, а повітря з такою ж силою, яка направлена вгору, впливає на гвинт. Внаслідок цього вертоліт може підніматися вгору, висіти на місці та повільно вертикально опускатися.

Рис. 4.2. Вертоліт одногвинтової схеми з хвостовим гвинтом.

Гвинтокрилом або комбінованим вертольотом називається ЛА, що являє собою комбінацію вертольота та літака. Такий апарат має крило і силову установку, що створює горизонтальну тягу, як у літака, і несучий гвинт, як у вертольота (рис. 4.3). Злітає гвинтокрил так само, як і звичайний вертоліт за рахунок піднімальної сили несучого гвинта. Перехід у горизонтальний політ і розгін відбуваються як за допомогою несучих гвинтів, так і за допомогою гвинтів, що тягнуть. У міру росту швидкості крило, створюючи піднімальну силу, розвантажує несучий гвинт, завдяки чому більша частина потужності йде на гвинти, що тягнуть, для створення горизонтальної тяги.

Рис. 4.3. Одногвинтовий гвинтокрил.

У 1936 р. І.П.Братухін розробив гвинтокрил Братухін 11-ЭА, що має несучий гвинт на фюзеляжі та гвинти, що тягнуть, на обох кінцях крила.

Братухін 11-эа

На при кінці 1946 р. англійська фірма Fairey Aviation представила перший експериментальний гвинтокрил Дж. Беннета Gyrodyne FB-1 (Fairey Bennett-1), який 7 грудня 1946 р. здійснив перший політ. 28 червня 1948 р. льотчик - випробувач Б.Аркел на цьому гвинтокрилі піднявся на висоту 3 км і досягнув швидкості польоту 200 км/год. В тої час це був абсолютний світовий рекорд висоти та швидкості польоту.

Gyrodyne FB-1

Конвертоплан (вертоліт-літак) – це ЛА, що здійснює вертикальні зліт і посадку подібно вертольоту за допомогою несучих гвинтів, а горизонтальний політ – подібно літаку (рис. 4.4). Відбувається як би “перетворення” вертольота в літак. У зв'язку з тим, що гвинт конвертоплана повинен працювати під час польоту в двох зовсім різних режимах: вертолітному і літаковому, – надзвичайно важко підібрати гвинт, що однаково добре працює в обох режимах. Для вертолітного режиму гвинт повинен створювати більшу вертикальну тягу і мати великий діаметр, а в літаковому режимі гвинт створює горизонтальну тягу в (8-10) раз меншу, ніж вертикальна тяга, а отже, і гвинт повинен бути менших розмірів. Тому для одержання хороших характеристик на обох режимах, у конверторів застосовують гвинти меншого діаметра, ніж у вертольотів.