2.2. Схемы вертолетов

Классифицировать вертолеты можно по различным признакам, например по виду привода несущего винта, числу винтов, их расположению или по методу компенсации реактивного момента несущего винта (НВ). Реактивный момент возникает при вращении НВ. Он поворачивает корпус вертолета в сторону, противоположную направлению вращения винта.

Реактивный момент:

М = 716.2 (N/n), (2.1)

где N – мощность двигателя, приводящего НВ во вращение; n – частота вращения винта, об/мин.

При одинаковой мощности двигателей реактивный момент у вертолета значительно больше, чем у самолета, так как НВ вертолета делает 200…350 об/мин, а винт самолета 2000…2500 об/мин. По способу компенсации реактивного момента НВ различают 6 основных схем вертолетов: одновинтовая с рулевым винтом, двухвинтовая соосная; двухвинтовая продольная; двухвинтовая поперечная; многовинтовая; с реактивными двигателями, установленными на лопастях НВ.

Одновинтовая схема с рулевым винтом (рис. 2.1).

Эта схема предложена Б.Н. Юрьевым в 1910 г. и в настоящее время имеет наибольшее распространение. Реактивный момент НВ компенсируется моментом от тяги, развиваемой винтом меньшего диаметра, который установлен в хвостовой части фюзеляжа. Хвостовой винт приводится во вращение тем же двигателем, который вращает и НВ, через трансмиссию.

Вертолеты соосной схемы (рис. 2.2) имеют два противоположно вращающихся на одной оси с одинаковой частотой винта, расположенных друг над другом. Поскольку геометрические размеры, форма лопастей, углы атаки и частоты вращения верхнего и нижнего винтов, одинаковы, то реактивные моменты их взаимно уравновешиваются. Путевое управление осуществляется дифференциальным изменением углов установки лопастей верхнего и нижнего винтов. На несущих винтах при этом возникает разность крутящих моментов, что приводит к повороту корпуса вертолета в требуемую сторону. Часто для улучшения путевого управления вертолет соосной схемы снабжают рулями поворота как на самолете.

Вертолеты продольной схемы (рис. 2.3) выполняются с двумя НВ, установленными на концах фюзеляжа (тандем). В полете они вращаются с одинаковой частотой в противоположные стороны, вследствие чего уравновешиваются их крутящие моменты. Для избежания при горизонтальном полете вредного влияния переднего винта на задний, плоскость вращения последнего располагается выше плоскости вращения переднего винта. Для предотвращения столкновения лопастей обязательна синхронизация вращения винтов.

Вертолеты двухвинтовой поперечной схемы (рис. 2.4) имеют два НВ, разнесенных по бокам фюзеляжа. Винты вращаются в противоположных направлениях с одинаковой частотой, вследствие чего уравновешиваются реактивные крутящие моменты. У вертолетов этой схемы рационально применять крыло, которое в полете с поступательной скоростью разгружают НВ. Для уменьшения поперечных размеров вертолета НВ иногда устанавливают на фюзеляже очень близко друг к другу. В этой схеме также должна быть обеспечена надежная синхронизация вращения винтов, полностью исключающая возможность столкновения лопастей.

Многовинтовая схема применяется на вертолетах с большой полетной массой. Сложность конструкции трансмиссии и управления ограничивают возможность создания вертолетов с числом несущих винтов более двух, но все же с определенной долей оптимизма можно ожидать в ближайшем будущем вертолеты с тремя-четырьмя НB, способными перевозить грузы массой 70…100 т на 100…200 км.

Вертолеты с реактивными двигателями (рис. 2.5, 2.6) имеют на лопастях НВ небольших размеров реактивные двигатели или сопла, к которым по трубопроводам, находящимся внутри лопастей, подходят либо продукты сгорания реактивного двигателя, расположенного в фюзеляже, либо сжатый воздух от компрессора. В результате при истечении продуктов сгорания или воздуха возникает реактивная тяга, которая вращает НВ. Вследствие того, что крутящий момент создается непосредственно на НВ, реактивный момент на корпус вертолета почти не передается. Каких либо устройств для уравновешивания реактивного крутящего момента не требуется, а поэтому реактивные вертолеты строятся по наиболее простой одновинтовой схеме. У таких вертолетов отпадает необходимость в установке сложной и громоздкой трансмиссии для передачи мощности на винт. При создании реактивных вертолетов возникают следующие трудности:

сложность создания малогабаритных реактивных двигателей, устойчиво работающих в поле больших центробежных сил;

большой расход топлива;

двигатели и сопла, установленные на лопастях, ухудшают аэродинамические характеристики НВ, что особенно сказывается в режиме авторотации;

сложность конструкции втулки и лопасти НВ с компрессорным приводом.