Вертолетостроение в РФ

СОДЕРЖАНИЕ:

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. ОСНОВНЫЕ КАЧЕСТВА ВЕРТОЛЕТА
1. Характеристика вертолетов ……………………………….…………..5

1.2 Основные  принципы вертолетостроения..……………………………8

2. БОЕВЫЕ ВЕРТОЛЕТЫ
1. Транспортно-боевой вертолет МИ-24…………………………...…..14
2. Боевой вертолет Ми – 28Н.…………………………………………..17
3. Боевой вертолет Ка-50…………………………………...…………. .19
4. Боевой вертолет Ка-52…………………………………...….. ………22

Заключение………………………………………………..……………………...30

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..…….……………….........32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Идея создания летательного аппарата тяжелее воздуха, у которого подъемная сила и поступательное движение обеспечиваются несущим винтом, принадлежит Леонардо да Винчи. С конца ХV века, когда была сформулирована эта идея, до начала 40-х годов ХХ века предпринимались многочисленные попытки реализовать эту идею на практике. Так, в 1754г. М. Ломоносов построил первую летающую модель такого аппарата.

К концу 30-х годов ХХ века вертолетостроение достигло больших успехов. Особенно ощутимые результаты были достигнуты в Германии. Демонстрация управляемости вертолета ошеломила даже скептиков: известная германская летчица Хана Райч летала на вертолете относительно небольшого выставочного павильона.

Ненамного от немецких инженеров отставали и американцы: эмигрировавший в годы революции в США русский инженер И. Сикорский разработал вертолет VS-300, на котором 15 апреля 1941г. был установлен «американский» рекорд продолжительности пребывания в воздухе - 1ч 5мин 14,5с, у немцев в 1939г. был установлен рекорд 1ч 20мин.

Во время второй мировой войны вертолеты стали использовать в военных целях. Германские вертолеты Fi 282 применялись для обеспечения связи, корректировки артиллерийского огня, а также при проводке конвоев в Средиземном и Эгейском морях.

Вооруженные силы США и Великобритании использовали вертолеты для борьбы с подводными лодками, использовать их как разведчиков, корректировать огонь артиллерии и т.д.

В СССР работы по созданию аналогичных летательных аппаратов были свернуты из-за начала Великой отечественной войны.

К началу 50-х годов отставание СССР от США в области вертолетостроения было велико, чтобы ликвидировать это отставание 23 сентября 1951г. в Кремле в кабинете Сталина было проведено совещание, на котором присутствовали известные советские авиаконструкторы А. Яковлев, А. Туполев и С. Ильюшин, а также конструкторы, занимавшиеся вертолетной тематикой М. Миль, Н. Камов и И. Братухин.

На следующий день после совещания Яковлеву и Милю вручили проект соответствующего постановления правительства, из которого они с изумлением узнали, что на проектирование, постройку и испытание двух вертолетов был установлен срок всего в один год. В те годы правительственные задания выполнялись, поэтому уже 30 апреля 1952г. специалисты ОКБ М. Миля приступили к летным испытаниям разработанного ими вертолета В-12 (Ми-4), а 1 июля того же года впервые поднялся в воздух Як-24 А. Яковлева. После доводки эти вертолеты строились серийно, составив наряду с Ми-1 основу первоначального вооружения советских вертолетных частей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОСНОВНЫЕ КАЧЕСТВА ВЕРТОЛЕТА

 

1.1 Характеристика вертолетов

 

Вертолет, летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальными взлетом и посадкой, подъемная сила в котором создается одним или несколькими (чаще двумя) несущими винтами.

Слово "вертолет" введено вместо иностранного "геликоптер". Вертолет взлетает вертикально вверх без разбега и совершает вертикальную посадку без пробега, неподвижно висит над одним местом, допуская поворот вокруг вертикальной оси в любую сторону, производит полет в любом направлении со скоростями от нуля до максимальной. При вынужденной остановке двигателей в полете вертолет может совершить планирующий спуск и посадку, используя самовращение (авторотацию) несущих винтов. Во избежание срыва потока с лопастей и для увеличения скорости полета некоторые вертолеты имеют небольшое крыло, разгружающее несущие винты.

В зависимости от способа уравновешивания реактивного момента несущего винта различают вертолеты: одновинтовые (с хвостовым винтом или с реактивным приводом несущего винта), двухвинтовые (соосные; продольной схемы; с перекрещивающимися осями несущих винтов; с поперечным расположением несущих винтов, или поперечной схемой) и многовинтовые. Из них получили распространение вертолеты: одновинтовые с хвостовым винтом (без крыла и с крылом); двухвинтовые соосные и вертолеты продольной схемы.

Вертолеты любой схемы состоят из планера аналогичного самолетному (фюзеляж, шасси, органы управления, электро-, радио- и навигационное оборудование и т.д.), винтовой несущей системы (несущих винтов), двигательной (силовой) установки, трансмиссии (привода). Одновинтовые вертолеты с механическим приводом, кроме того, имеют хвостовой винт и систему управления им.

Подавляющее большинство конструкций несущих винтов вертолетов выполнено с шарнирной подвеской лопастей. Такая подвеска дает возможность лопастям совершать маховое движение, обеспечивающее балансировку вертолета во всем диапазоне скоростей полета. В то же время маховое движение лопастей ставит предел увеличению скорости полета вертолета свыше 350-370 км/час из-за срыва потока на них. В 1965 году появились вертолеты американской фирмы "Локхид" с безшарнирными полужесткими винтами, у которых маховое движение концов лопастей осуществляется вследствие упругого изгиба лопастей. А в 60-е годы ХХ века начались разработки конструкций жестких винтов, у которых практически устранено маховое движение.

Такие винты могут быть применены только в двухвинтовой соосной системе, обеспечивающей балансировку и управление вертолета. Жесткие соосные винты не имея срыва потока позволят довести скорость полета до 500-600 км/час. Основные три типа конструктивного выполнения лопастей - смешанная конструкция со стальным трубчатым лонжероном; цельнометаллическая конструкция с прессованным из алюминиевого сплава лонжероном; цельностеклопластиковая лопасть. Аэродинамическая компоновка лопастей зависит от назначения вертолета и определяется условиями взлета, значением максимальной скорости конца лопасти при максимальной скорости полета.

Управление несущими винтами состоит из двух систем: циклического управления шагом лопастей и управления общим шагом лопастей. Циклическое управление шагом лопастей выполняется автоматом перекоса, изобретенным Б.Н.Юрьевым в 1911 году.

Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из двух колец, подвешенных на кардане к неподвижной опоре. Внутреннее кольцо соединено с тягами продольного и поперечного управления; внешнее кольцо - с тягами управляющими лопастями.

Под действием тяг управления внутреннее кольцо автомата перекоса наклоняется, вызывая синусоидальное изменение углов установки лопастей в осевом шарнире и появлением горизонтально составляющей тяги несущего винта, которая вызывает поступательное движение вертолета и наклоняет его в сторону движения. Управление общим шагом лопастей осуществляется одновременным поворотом их в осевом шарнире относительно продольной оси лопасти посредством рычагов и тяг и служат для изменения вертикального режима полета: при одновременном увеличении угла установки всех лопастей вертолет поднимается; при одновременном уменьшении углов - опускается. Продольное и поперечное управление вертолетом осуществляется через автоматы перекоса; путевое управление - изменением шага лопастей хвостового винта (на одновинтовых вертолетах) или одновременным изменением общего шага лопастей в противоположных направлениях (на соосных вертолетах). При переходе на режим безмоторного планирования (режим самовращения несущих винтов) опусканием рычага общего шага уменьшают угол установки лопастей до 3-5 градусов.

Наибольшего развития вертолетостроение достигло в России (научно-конструкторские коллективы под руководством М.Л. Миля и Н.И. Камова), в США (фирмы "Сикорский", "Боинг", "Белль", "Каман"). Франции ("Сюд-авиасьен"), Англии ("Уэстленд") и Италии ("Агуста"). Вертолеты широко применяются в народном хозяйстве, на работах по борьбе с сельскохозяйственными вредителями и болезнями садов, виноградников и ценных технических культур, а также по подкормке посевов; для транспортных и пассажирских перевозок, при проведении геологоразведочных работ, для гравеметрической съемки, для разведки ледовой обстановки, для патрулирования линий высокого напряжения, газо- и нефтепроводов, для перевозки и монтажа крупногабаритного оборудования, установки мачт и других монтажных работ, для санитарных и спасательных работ и т.д.

 

2. Основные принципы вертолетостроения

 

Самолёт способен летать благодаря специальной изогнутой форме крыла, которое движется в потоке набегающего воздуха. Подъёмная сила создаётся за счёт того, что путь, проходимый воздухом над крылом, больше пути потока воздуха под крылом, и, соответственно, скорость верхнего потока выше. Согласно закону Бернулли, на крыло начинает действовать сила, направленная в сторону потока с большей скоростью. Вертолёт использует тот же принцип, но роль крыльев у него играют лопасти несущего винта.

Вращение несущего винта создаёт подъёмную силу, но оно же создаёт вращательный (реактивный) момент, стремящийся закрутить фюзеляж вертолёта в обратном направлении. Чтобы компенсировать реактивный момент, обычно используется дополнительный вертикальный рулевой винт (схема с рулевым винтом). Поскольку ЛА такой схемы появились первыми, такая схема называется классической. Если рулевой винт выполнен в виде вентилятора, встроенного в вертикальное хвостовое оперение, то его называют фенестроном.

Другим вариантом компенсации реактивного момента является два несущих винта, вращающихся в противоположных направлениях на одной оси (соосная схема). Второй винт называется аэродинамически симметричным соосным несущим винтом. Этот вариант использован, например, в российском Ка-50. Вертолёты такой схемы обладают меньшей эффективностью, по сравнению с одновинтовыми схемами, за счет интерференции винтов. Но у вертолета с соосной схемой диаметр несущих винтов примерно в два раза меньше, чем у вертолета с классической схемой (при сравнимой механической мощности на валу). Это обусловило применение таких вертолетов в условиях стесненного пространстра, например, для палубной авиации. Нельзя забывать, что у соосной схемы есть неустранимый конструктивный порок — повышенная вероятность схлёстывания лопастей винтов при резком манёвре. Это связано с тем, что гироскопические моменты винтов разнонаправлены. Легко видеть, что при любом маневре (например, переводе вертолета Ка-50 из горизонтального полета в кабрирование), конус лопастей верхнего винта заваливается в правую сторону, а нижнего — в левую. При достаточно резком маневре лопасти перехлестываются.

Очень интересны вертолёты, которые для компенсации реактивного момента используют эффект Коанды. Эти вертолеты обходятся вообще без дополнительных винтов (проект NOTAR). Вкратце: эффект Коанды состоит в том, что струя жидкости или газа «прилипает» к обтекаемой твердой поверхности. На вертолетах такой схемы часть реактивного момента компенсируется за счет взаимодействия струи от несущего винта со струей воздуха, выпускаемой через узкую щель, проходящую по всей длине хвостовой балки, часть — за счет реактивной тяги щелевого сопла, расположенного в конце хвостовой балки. Пример такого вертолета — MD 500.

Максимальная скорость вертолёта ограничена ввиду недопустимости постоянного достижения скорости звука на крайних участках лопастей (общая максимальная скорость на краю лопасти равна радиусу диска вращения ротора, умноженному на обороты в секунду + скорость самого вертолёта), что привело бы к разрушению конструкции.

Когда вертолёт летит вперёд, лопасти, движущиеся вперёд, имеют бо́льшую скорость относительно воздуха, чем движущиеся назад. В результате одна из половин винта создаёт бо́льшую подъёмную силу, чем другая, и возникает дополнительный кренящий момент. Чтобы этого не происходило, используется механизм компенсации, встроенный в автомат перекоса, чтобы угол наклона лопастей в левой и правой половине винта различался.

Кроме того, для снижения этого эффекта применяют дополнительные крылья — аэродинамическая схема «винтокрыл» (например, на Ми-6 и частично на Ми-24 — у этого вертолета роль дополнительных крыльев выполняют пилоны подвесного оружия). За счет дополнительной подъёмной силы на крыльях удается разгрузить несущий винт, снизить общий шаг винта и несколько снизить интенсивность эффекта кренения, а максимальную скорость — увеличить.

Кроме того, винт создаёт вибрацию, угрожающую разрушением конструкции. Поэтому в большинстве случаев применяется активная система гашения возникающих колебаний.

Преимущества и недостатки

Главным достоинством вертолётов является их манёвренность: вертолёты способны к вертикальному взлёту, вертикальной посадке, зависанию в воздухе и даже к полёту «задом наперёд». Вертолёт может приземлиться (и взлететь) в любом месте, где есть ровная площадка размером в полтора диаметра винта. Кроме того, вертолёты могут перевозить груз на внешней подвеске, что позволяет транспортировать очень громоздкие грузы, а также выполнять монтажные работы.

К недостаткам вертолётов по сравнению с самолётами можно отнести меньшую максимальную скорость, сложность в управлении, высокий удельный расход топлива и, как следствие, более высокую стоимость полёта в расчёте на пассажирокилометр или единицу массы перевозимого груза.