За последнее время в мире вертолетной техники произошло несколько значимых событий. Американская компания Kaman Aerospace объявила о намерении возобновить производство синхроптеров, Airbus Helicopters пообещала разработать первый гражданский вертолет с электродистанционным управлением, а немецкая e-volo - испытать 18-роторный двухместный мультикоптер. Чтобы не запутаться во всем этом разнообразии, мы решили составить краткий ликбез по основным схемам вертолетной техники.

Впервые идея летательного аппарата с несущим винтом появилась около 400 года нашей эры в Китае, однако дальше создания детской игрушки дело не пошло. Всерьез инженеры взялись за создание вертолета в конце XIX века, а первый вертикальный полет нового типа летательного аппарата состоялся в 1907 году, спустя всего четыре года после первого полета братьев Райт. В 1922 году авиаконструктор Георгий Ботезат испытал вертолет-квадрокоптер, разработанный по заказу Армии США. Это был первый в истории устойчиво управляемый полет техники такого типа. Квадрокоптер Ботезата сумел взлететь на высоту пяти метров и провел в полете несколько минут.

С тех пор вертолетная техника претерпела множество изменений. Появился класс винтокрылых летательных аппаратов, который сегодня делится на пять типов: автожир, вертолет, винтокрыл, конвертоплан и X-крыло. Все они отличаются конструкцией, способом взлета и полета, управлением несущим винтом. В этом материале мы решили рассказать именно о вертолетах и их основных типах. При этом за основу была взята классификация по компоновке и расположению несущих винтов, а не традиционная - по типу компенсации реактивного момента несущего винта.

Вертолет является винтокрылым летательным аппаратом, у которого подъемная и движущая силы создаются одним или несколькими несущими винтами. Такие винты располагаются параллельно земле, а их лопасти устанавливаются под определенным углом к плоскости вращения, причем угол установки может изменяться в достаточно широких пределах - от нуля до 30 градусов. Установка лопастей на ноль градусов называется холостым ходом винта или флюгированием. В этом случае несущий винт не создает подъемной силы.

Во время вращения лопасти захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению винта. В результате перед винтом создается зона пониженного давления, а за ним - повышенного. В случае вертолета так возникает подъемная сила, которая очень похожа на образование подъемной силы фиксированным крылом самолета. Чем больше угол установки лопастей, тем большую подъемную силу создает несущий винт.

Характеристики несущего винта определяются двумя основными параметрами - диаметром и шагом. Диаметр винта определяет возможности вертолета по взлету и посадке, а также отчасти величину подъемной силы. Шаг винта - это воображаемое расстояние, которое воздушный винт пройдет в несжимаемой среде при определенном угле установки лопастей за один оборот. Последний параметр влияет на подъемную силу и скорость вращения ротора, которую на большей части полета летчики стараются держать неизменной, меняя только угол установки лопастей.

При полете вертолета вперед и вращении несущего винта по часовой стрелке, набегающий поток воздуха сильнее воздействует на лопасти с левой стороны, из-за чего возрастает и их эффективность. В результате левая половина окружности вращения винта создает большую подъемную силу, чем правая, и возникает кренящий момент. Для его компенсации конструкторы придумали - это особая система, которая уменьшает угол установки лопастей слева и увеличивает его справа, выравнивая таким образом подъемную силу по обе стороны винта.

В целом, вертолет имеет несколько преимуществ и несколько недостатков перед самолетом. К преимуществам относится возможность вертикального взлета и посадки на площадки, диаметр которых в полтора раза превосходит диаметр несущего винта. При этом вертолет может на внешней подвеске перевозить крупногабаритные грузы. Вертолеты отличаются и лучшей маневренностью, поскольку могут висеть вертикально, лететь боком или задом-наперед, поворачиваться на месте.

К недостаткам же относятся большее, чем у самолетов, потребление топлива, большая инфракрасная заметность из-за горячего выхлопа двигателя или двигателей, а также повышенная шумность. Кроме того, вертолетом в целом сложнее управлять из-за ряда особенностей. Например, летчикам вертолетов знакомы явления земного резонанса, флаттера, вихревого кольца, эффекта запирания несущего винта. Эти факторы могут приводить к разрушению или падению машины.

У вертолетной техники любых схем существует режим авторотации. Он относится к аварийным режимам. Это означает, что при отказе, например, двигателя несущий винт или винты при помощи обгонной муфты отсоединяются от трансмиссии и начинают свободно раскручиваться набегающим потоком воздуха, тормозя падение машины с высоты. В режиме авторотации возможна управляемая аварийная посадка вертолета, причем вращающийся несущий винт через редуктор продолжает раскручивать рулевой винт и генератор.

Классическая схема

Из всех типов вертолетных схем сегодня самой распространенной является классическая. При такой схеме машина имеет только один несущий винт, который может приводиться в движение одним, двумя или даже тремя двигателями. К этому типу, например, относятся ударные AH-64E Guardian, AH-1Z Viper, Ми-28Н, транспортно-боевые Ми-24 и Ми-35, транспортные Ми-26, многоцелевые UH-60L Black Hawk и Ми-17, легкие Bell 407 и Robinson R22.

При вращении несущего винта на вертолетах классической схемы возникает реактивный момент, из-за которого корпус машины начинает раскручиваться в сторону, противоположную вращению ротора. Для компенсации момента используют рулевое устройство на хвостовой балке. Как правило им является рулевой винт, но это может быть и фенестрон (винт в кольцевом обтекателе) или несколько воздушных сопел на хвостовой балке.

Особенностью классической схемы являются перекрестные связи в каналах управления, обусловленные тем, что рулевой винт и несущий приводятся одним и тем же двигателем, а также наличием автомата перекоса и множества других подсистем, ответственных за управление силовой установкой и роторами. Перекрестная связь означает, что при изменении какого-либо параметра работы воздушного винта, поменяются и все остальные. Например, при увеличении частоты вращения несущего винта возрастет и частота вращения рулевого.

Управление полетом осуществляется наклоном оси вращения несущего винта: вперед - машина полетит вперед, назад - назад, вбок - вбок. При наклоне оси вращения возникнет движущая сила и уменьшается подъемная. По этой причине для сохранения высоты полета летчику необходимо менять и угол установки лопастей. Направление полета задается изменением шага рулевого винта: чем он меньше, тем меньше компенсируется реактивный момент, и вертолет поворачивает в сторону, противоположную вращению несущего винта. И наоборот.

В современных вертолетах в большинстве случаев управление полетом по горизонтали осуществляется при помощи автомата перекоса. Например, для движения вперед летчик при помощи автомата уменьшает угол установки лопастей для передней половины плоскости вращения крыла и увеличивает - для задней. Таким образом сзади подъемная сила увеличивается, а спереди - уменьшается, благодаря чему изменяется наклон винта и появляется движущая сила. Такая схема управления полетом применяется на всех вертолетах почти всех типов, если на них установлен автомат перекоса.

Соосная схема

Второй по распространенности вертолетной схемой является соосная. В ней рулевой винт отсутствует, зато есть два несущих винта - верхний и нижний. Они располагаются на одной оси и вращаются синхронно в противоположных направлениях. Благодаря такому решению винты компенсируют реактивный момент, а сама машина получается несколько более устойчивой по сравнению с классической схемой. Кроме того, у вертолетов соосной схемы практически отсутствуют перекрестные связи в каналах управления.

Наиболее известным производителем вертолетов соосной схемы является российская компания «Камов». Она выпускает корабельные многоцелевые вертолеты Ка-27, ударные Ка-52 и транспортные Ка-226. Все они имеют по два винта, расположенных на одной оси друг под другом. Машины соосной схемы, в отличие от вертолетов классической схемы, способны, например, делать воронку, то есть выполнять облет цели по кругу, оставаясь на одном и том же расстоянии от нее. При этом носовая часть всегда остается развернутой в сторону цели. Управление рысканием осуществляется подтормаживанием одного из несущих винтов.

В целом управлять вертолетами соосной схемы несколько проще, чем обычными, особенно в режиме висения. Но существуют и свои особенности. Например, при выполнении петли в полете может случиться перехлест лопастей нижнего и верхнего несущего винтов. Кроме того, в проектировании и производстве соосная схема более сложна и дорога, чем классическая схема. В частности из-за редуктора, передающего вращение вала двигателя на винты, а также автомата перекоса, синхронно устанавливающего угол лопастей на винтах.

Продольная и поперечная схемы

Третьей по популярности является продольная схема расположения несущих винтов вертолета. В этом случае винты располагаются параллельно земле на разных осях и разнесены друг от друга - один находится над носовой частью вертолета, а другой - над хвостовой. Типичным представителем машин такой схемы является американский тяжелый транспортный вертолет CH-47G Chinook и его модификации. Если винты располагаются на законцовках крыльев вертолета, то такая схема называется поперечной.

Серийных представителей вертолетов поперечной схемы сегодня не существует. В 1960-1970-х годах конструкторское бюро Миля разрабатывало тяжелый грузовой вертолет В-12 (также известен, как Ми-12, хотя этот индекс неверен) поперечной схемы. В августе 1969 года прототип В-12 установил рекорд грузоподъемности среди вертолетов, подняв на высоту 2,2 тысячи метров груз массой 44,2 тонны. Для сравнения самый грузоподъемный в мире вертолет Ми-26 (классическая схема) может поднимать грузы массой до 20 тонн, а американский CH-47F (продольная схема) - массой до 12,7 тонны.

У вертолетов продольной схемы несущие винты вращаются в противоположных направлениях, однако это компенсирует реактивные моменты лишь отчасти, из-за чего в полете летчикам приходится учитывать возникающую боковую силу, уводящую машину с курса. Движение в стороны задается не только наклоном оси вращения несущих винтов, но и разными углами установки лопастей, а управление рысканием производится за счет изменения частоты вращения роторов. Задний винт у вертолетов продольной схемы всегда располагается чуть выше переднего. Это сделано для исключения взаимного влияния от их воздушных потоков.

Кроме того, на определенных скоростях полета вертолетов продольной схемы иногда могут возникать значительные вибрации. Наконец, вертолеты продольной схемы оснащаются сложной трансмиссией. По этой причине такая схема расположения винтов распространена мало. Зато вертолеты продольной схемы меньше других машин подвержены возникновению вихревого кольца. В этом случае во время снижения воздушные потоки, создаваемые винтом, отражаются от земли вверх, затягиваются винтом и снова направляются вниз. При этом подъемная сила несущего винта резко снижается, а изменение частоты вращения ротора или увеличение угла установки лопастей эффекта практически не оказывает.

Синхроптер

Сегодня вертолеты, построенные по схеме синхроптера, можно отнести к самым редким и наиболее интересными с конструктивной точки зрения машинами. Их производством до 2003 года занималась только американская компания Kaman Aerospace. В 2017 году компания планирует возобновить выпуск таких машин под обозначением K-Max. Синхроптеры можно было бы отнести к вертолетам поперечной схемы, поскольку валы двух их винтов расположены по бокам корпуса. Однако оси вращения этих винтов расположены под углом другу к другу, а плоскости вращения - пересекаются.

У синхроптеров, как у вертолетов соосной, продольной и поперечной схем, рулевой винт отсутствует. Несущие же винты вращаются синхронно в противоположные стороны, а их валы связаны друг с другом жесткой механической системой. Это гарантированно предотвращает столкновение лопастей при разных режимах и скоростях полета. Впервые синхроптеры были изобретены немцами во время второй мировой войны, однако серийное производство велось уже в США с 1945 года компанией Kaman.

Направлением полета синхроптера управляют исключительно изменением угла установки лопастей винтов. При этом из-за перекрещивания плоскостей вращения винтов, а значит сложения подъемных сил в местах перекрещивания, возникает момент кабрирования, то есть подъема носовой части. Этот момент компенсируется системой управления. В целом же, считается, что синхроптером проще управлять в режиме висения и на скоростях больше 60 километров в час.

К достоинствам таких вертолетов относится экономия топлива за счет отказа от рулевого винта и возможность более компактного размещения агрегатов. Кроме того, синхроптерам характерна большая часть положительных качеств вертолетов соосной схемы. К недостаткам же относится необычайная сложность механической жесткой связи валов винтов и системы управления автоматами перекоса. В целом это делает вертолет дороже, по сравнению с классической схемой.

Мультикоптер

Разработка мультикоптеров началась практически одновременно с работами над вертолетом. Именно по этой причине первым вертолетом, совершившим управляемый взлет и посадку стал в 1922 году квадрокоптер Ботезата. К мультикоптерам относят машины, как правило имеющие четное количество несущих винтов, причем их должно быть больше двух. В серийных вертолетах сегодня схема мультикоптеров не используется, однако она чрезвычайно популярна у производителей малой беспилотной техники.

Дело в том, что в мультикоптерах используются винты с неизменяемым шагом винта, причем каждый из них приводится в движение своим двигателем. Компенсация реактивного момента производится вращением винтов в разные стороны - половина крутится по часовой стрелке, а другая половина, расположенная по диагонали, - в противоположном направлении. Это позволяет отказаться от автомата перекоса и в целом значительно упростить управление аппаратом.

Для взлета мультикоптера частота вращения всех винтов увеличивается одинаково, для полета в сторону - вращение винтов на одной половине аппарата ускоряется, а на другой - замедляется. Поворот мультикоптера производится замедлением вращения, например, винтов, крутящихся по часовой стрелке или наоборот. Такая простота конструкции и управления и послужила основным толчком к созданию квадрокоптера Ботезата, однако последующее изобретение рулевого винта и автомата перекоса практически затормозило работы над мультикоптерами.

Причиной же, по которой сегодня не существует мультикоптеров, предназначенных для перевозки людей, является безопасность полетов. Дело в том, что в отличие от всех остальных вертолетов, машины с несколькими винтами не могут совершать аварийную посадку в режиме авторотации. При отказе всех двигателей мультикоптер становится неуправляемым. Впрочем, вероятность такого события невысока, однако отсутствие режима авторотации является главным препятствием для прохождении сертификации на безопасность полетов.

Впрочем, в настоящее время немецкая компания e-volo занимается разработкой мультикоптера с 18 роторами. Этот вертолет предназначен для перевозки двух пассажиров. Как ожидается, он совершит первый полет в ближайшие несколько месяцев. По расчетам конструкторов, прототип машины сможет находиться в воздухе не больше получаса, однако этот показатель планируется довести по меньшей мере до 60 минут.

Следует также отметить, что помимо вертолетов с четным количеством винтов существуют и мультикоптерные схемы с тремя и пятью винтами. У них один из двигателей расположен на отклоняемой в стороны платформе. Благодаря этому осуществляется управление направлением полета. Впрочем, в такой схеме становится сложнее гасить реактивный момент, поскольку два винта из трех или три из пяти всегда вращаются в одном направлении. Для нивелирования реактивного момента некоторые из винтов вращаются быстрее, а это создает ненужную боковую силу.

Скоростная схема

Сегодня наиболее перспективной в вертолетной технике считается скоростная схема, позволяющая вертолетам летать на существенно большей скорости, чем могут современные машины. Чаще всего такую схему называют комбинированным вертолетом. Машины этого типа строятся по соосной схеме или с одним винтом, однако имеют небольшое крыло, создающее дополнительную подъемную силу. Кроме того, вертолеты могут быть оснащены толкающим винтом в хвостовой части или двумя тянущими на законцовках крыла.

Ударные вертолеты классической схемы AH-64E способны развивать скорость до 293 километров в час, а соосные Ка-52 - до 315 километров в час. Для сравнения, комбинированный вертолет - демонстратор технологий Airbus Helicopters X3 с двумя тянущими винтами может разгоняться до 472 километров в час, а его американский конкурент с толкающим винтом - Sikorksy X2 - до 460 километров в час. Перспективный разведывательный скоростной вертолет S-97 Raider сможет летать на скоростях до 440 километров в час.

Строго говоря, комбинированные вертолеты относятся скорее не к вертолетам, а к другому типу винтокрылых летательных аппаратов - винтокрылам. Дело в том, что движущая сила у таких машин создается не только и не столько несущими винтами, сколько толкающими или тянущими. Кроме того, за создание подъемной силы отвечают и несущие винты, и крыло. А на больших скоростях полета управляемая обгонная муфта отключает несущие винты от трансмиссии и дальнейший полет идет уже в режиме авторотации, при которой несущие винты работают, фактически, как крыло самолета.

В настоящее время разработкой скоростных вертолетов, которые в перспективе смогут развивать скорость свыше 600 километров в час, занимаются несколько стран мира. Помимо Sikorsky и Airbus Helicopters такие работы ведут российские «Камов» и конструкторское бюро Миля (Ка-90/92 и Ми-X1 соответственно), а также американская Piacesky Aircraft. Новые комбинированные вертолеты смогут совместить в себе скорость полета турбовинтовых самолетов и вертикальные взлет и посадку, присущие обычным вертолетам.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Источник: Николай Бездетнов, Герой Советского Союза, Заслуженный лётчик-испытатель СССР // АвиаПорт.Ru
Опубликовано: 28.11.2008 , 11:44

Вихревое кольцо и левое самопроизвольное вращение вертолёта

Статья Семенович А.Н. в журнале "Вертолётная индустрия" за апрель 2008 года "Попасть на вращение" удивила и ввергла в уныние. Впервые обнародованные увеличивающиеся потери одновинтовой вертолётной техники из-за случаев "непроизвольных, неуправляемых" левых вращений на режимах близких к висениям и откровенного непонимания лётчиками физики этого явления очевидны. Именно это непонимание делает пилотов беспомощными и при попадании их во вращение, и при выходе из него. Разумеется, этот вид лётной неграмотности проистекает из неграмотности их научных и других руководителей или неумения ими правильно использовать свои знания.

На самом деле эта проблема не стоит и выеденного яйца. Собственно никакой проблемы и нет. Есть только сплошная прикладная физика почему-то многими прикладными специалистами ещё не освоенная.

Одновинтовой вертолёт начинает неуправляемо вращаться влево только тогда, когда полная правая педаль не может остановить (парировать) это движение. В большинстве случаев это происходит из-за образования на хвостовом винте вихревого кольца по своей физике точно подобного вихревому кольцу (т.е. воздушному вихревому тору) на несущем винте, только в перпендикулярной по отношению к несущему винту плоскости. В этом случае, мощность, потребляемая хвостовым винтом, уходит не на создание силы и момента против вращения фюзеляжа, как реакции на прилагаемые к нему усилия двигателей, а на вращение массы воздуха в кольцевом торе и поэтому её не хватает собственно для путевого управления.

Условия для возникновения вихревого кольца на хвостовом винте и его характер, видимо серьёзно никто не изучал, но, полагаю, что они идентичны с характером и условиями возникновения его на несущем винте.

Любому лётчику, чтобы не бояться левых вращений и никогда из-за этого не ломать одновинтовые вертолёты, нужно знать вот что.

В самом начале формирования вихревого кольца на хвостовом винте внимательный лётчик замечает некоторую рассогласованность поведения курса вертолёта по отношению к своим управляющим действиям педалями. В этот момент можно ещё довольно просто исправить ситуацию незначительным движением ручки управления "от себя", т.е. увеличить "косую обдувку" хвостового винта. Но этот момент начала образования вихревого кольца и ещё слабый самопроизвольный разворот может совпасть с сиюминутным, плановым, произвольным пилотажным исполнением лётчика, и тогда начало неподчинения вертолёта может быть упущено пилотом любого высокого уровня. А секунду спустя, начнётся, по-настоящему, неуправляемое пресловутое вращение влево, и вот тогда отдача ручки управления вперёд, как это глубоко ошибочно требует инструкция, только усугубит ситуацию из-за того, что центр вращения вертолёта неизбежно переместится вперёд, увеличивая при этом радиус вращения хвостовой части фюзеляжа вместе с хвостовым винтом. А это очень сильно укрепляет позицию вихревого кольца и уже точно, таким способом благополучно выбраться из этой ситуации никакому лётчику не удастся.

Известно, что абсолютное большинство лётчиков-вертолётчиков на режиме висения чисто интуитивно разворачивают вертолёт относительно самого себя, т.е. пилотская кабина разворачивается на одном месте, а все остальные части фюзеляжа вращаются по своим, геометрическим для этого случая радиусам. К великому сожалению многие, видимо, не умеют управлять центром вращения и радиусами вращения различных частей своего вертолёта, а, между тем, это совсем не сложно, если лётчика кто-нибудь научил, или он сам, задумавшись, научился этому заблаговременно. Подобное умение вообще оказывается во многих пилотажных обстоятельствах востребованным, а для благополучного выхода из левого неуправляемого вращения вертолёта просто необходимым.

Вместо многочисленных официальных общих рекомендаций лётчикам, которые, к сожалению, в статистике изменить ничего не смогут, предлагаю конкретный, проверенный на себе и потому верный способ.

Рекомендации лётчику как действовать органами управления, чтобы лучше упасть тоже выглядят слегка странными. Дело в том, что приземление правильно вращающегося вертолёта, т.е. вращающегося относительно вала несущего винта или относительно центра базы основного шасси обязательно приведёт к опрокидыванию влево. Главный вопрос в том, что вовсе незачем немедленно приземляться при вращении, не использовав против этого органы управления правильно.

При соразмеренном взятии ручки управления на себя уменьшается радиус вращения хвостовой части фюзеляжа, создаются условия для разрушения вихревого кольца, ибо инертный вихревой тор не успеет за хвостовым винтом перестроить свою плоскость, плюс значительно уменьшится и осевой, наступающий на винт, внешний поток воздуха, как главный организатор завихрения. Всё очень просто!

Хочу сказать, что некоторые американские авиационные конструкторы, стремясь не допускать образований вихревого кольца на хвостовых винтах своих вертолётов, конструктивно заваливают плоскость их вращения вбок на весьма заметное число градусов, мирясь при этом с неизбежным возникновением перекрестных связей в системе управления, но надеясь на уменьшение числа катастроф. Интересно и то, что в своих информационных не секретных документах они пишут для наших доверчивых инженеров совсем о других причинах этой, в прошлом, большой новости.

Кстати, неуправляемо вращающийся в горизонтальной плоскости вертолёт, можно благополучно приземлить, если передние колёса его шасси при взлёте не самоориентируются вдоль продольной оси фюзеляжа, или эта фиксация достаточно легко нарушается при первом же посадочном боковом юзе, чего сейчас нет, но могло бы быть, если заказчик-эксплуатант, просчитав свои будущие, вполне возможные, потери от вынужденных приземлений с неуправляемым вращением, не обязательно левым и не обязательно из-за вихревого кольца, будет заказывать, и оплачивать именно такую конструкцию передних стоек шасси.

Лично я в своей лётной практике, такое приземление выполнил благополучно и только благодаря не самоориентирующимся передним колёсам на вертолёте Ка-15, как, впрочем, благополучно прекратил неожиданно возникшее мощное неуправляемое левое вращение вертолёта Ми-4. Последнее случилось в районе 1958 года, когда я ещё не обремененный на сей счёт никакими инструктивными рекомендациями, стараясь как-нибудь отдалить свой вращающийся вертолёт от близкой стоянки авиатехники, импульсами брал ручку "на себя", каждый раз, когда нос вертолёта был направлен на стоянку. Тогда причины возникновения вращения и его прекращения не были мной вполне осознаны. Прозрение пришло гораздо позже, когда случилась первая поломка вращающегося Ми-24 в ЛИИ. Но все мои обращения к различным специалистам по этому вопросу много лет были тщетными. Вероятно, я был бы более настойчивым, если бы знал раньше о видимо тщательно скрываемой доселе неприятной статистике этих лётных происшествий на исправных одновинтовых вертолётах.

Думаю, что серьёзность статьи Семенович А.Н. заставит моё предложение срочно проверить в целевых лётных испытаниях, тем более что преднамеренный вход в режим первой фазы образования вихревого кольца на хвостовом винте и выход из него осваивался слушателями школы лётчиков-испытателей выпуска 1961года под руководством инструктора В.В. Виницкого. Правда, тогда никто не знал, что это явление связано именно с вихревым кольцом, а преподносилось оно как аэродинамическая особенность вертолёта способная самопроизвольно "закинуть" хвост вперёд по движению. Сейчас этот приём легко можно продолжить до полного неуправляемого левого вращения любого одновинтового вертолёта, безопасный выход из которого абсолютно гарантируется предложенным мною способом.

Понимаю, что процесс официального признания моего предложения не будет быстрым, т.к. в этом и техническая политика, и амбиции различных специалистов, но немедленное доведение этой статьи до практикующих лётчиков сразу прекратило бы глупые потери, что позволило бы сколько угодно долго ждать официального дозревания.

Ясно, что предотвращать левое вращение и когда это уже случилось благополучно выходить из этой ситуации в условиях полетов на кораблях или нефтяных платформах всё равно будет весьма и весьма проблематично из-за чрезвычайно близких препятствий, и особенно при плохой погоде и ночью. Ведь неуправляемый левый разворот, хотя и не продолжительный, но всё равно будет иметь место. Так что ответственным специалистам есть над чем поломать свои головы, имея в виду, что неуправляемых любых разворотов над одиночными посадочными площадками кораблей и платформ не может быть вообще допустимо.

При этом считаю, что предложения лётчикам гарантированных мер по недопущению непроизвольных левых вращений сейчас невозможны. Здесь и отсутствие официальных достаточно точных данных об условиях образования вихревого тора, его конфигурации с учётом хвостовых конструктивных элементов, здесь и пилотажные способности каждого индивидуума, здесь и сложности учёта угла и силы относительного ветра (скорости и направления перемещения вертолёта в безориентирных условиях) и пр., и пр. Гарантированным в настоящее время может быть только безаварийное прекращение неуправляемых левых вращений в условиях отсутствия близких препятствий и этого уже очень не мало в свете статьи Семенович А.Н.

Вертолет летает потому, что сверху у него крутится большой несущий винт. У винта есть лопасти. Они по форме напоминают крылья самолета. И когда лопасти быстро крутятся на винте, возникает сила, которая поднимает эту машину в воздух.

У разных вертолетов на несущем винте – по-другому он называется ротором – может быть разное количество лопастей.

У вертолета средних размеров обычно бывает три лопасти.

Самые большие вертолеты, у которых четыре лопасти на несущем винте, могут одновременно перевозить много людей или большие грузы.
Они могут летать в разных направлениях.
Пилот, управляя вертолетом, может наклонить несущий винт влево. И тогда его воздушная машина начнет двигаться в сторону левого бока. А стоит наклонить несущий винт вправо, и машина станет двигаться в сторону правого бока.
Если наклонить ротор вперед или назад, то и вертолет будет двигаться вперед или назад – вот такая это послушная машина.
Вертолеты умеют даже зависать в воздухе. Такое свойство очень полезно для разных дел. И оно недоступно другим крылатым машинам.

Это интересно:
На самом верху вертолета укреплен большой пропеллер – ротор. Если ротор из горизонтального положения наклонить в ту или иную сторону, что может с помощью рычагов управления сделать пилот, то вертолет начнет двигаться именно в сторону наклона ротора. Потому что к подъемной силе вращающихся лопастей прибавляется еще и сила их поступательного горизонтального движения. На хвосте у каждого вертолета есть дополнительный маленький пропеллер. Он расположен вертикально и нужен для того, чтобы вертолет не закручивало при работе главного несущего винта.

САМОПРОИЗВОЛЬНОЕ СНИЖЕНИЕ ВЕРТОЛЕТА.

КРИТИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ПОЛЕТА

Критические режимы полета – это такие режимы, в которых значительно превышены максимальные эксплуатационные параметры полета. Они характеризуются:

частичной или полной потерей управляемости хотя бы по одному из каналов управления;

большой угловой скоростью вращения вертолета или движением по осям;

быстротечностью;

наличием угрозы жизни экипажа;

тем, что для вывода из критических режимов необходимы не всегда прямые движения РУ и рычагов.

Самопроизвольное снижение вертолета – это такой режим, при котором летчик увеличением общего шага не может уменьшить вертикальную скорость снижения.

В этот режим вертолет может попасть при выходе за ограничения по минимально допустимой скорости. Особенно при выполнении взлета и заходе на посадку.

Причиной попадания вертолета в самопроизвольное снижение является уменьшение тяги НВ. Тяга НВ зависит от многих факторов, но основным является частота вращения. Уменьшение частоты вращения приводит к уменьшению тяги НВ.

ПРИЧИНЫ УМЕНЬШЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ НВ:

резкое взятие общего шага;

увеличение общего шага, когда двигатели работают на взлетном режиме;

увеличение угла тангажа при заходе на посадку при несвоевременном подводе мощности двигателей (позднее гашение скорости);

посадка с попутным ветром;

отказ одного или двух двигателей;

пролет над очагами пожаров.

ДЕЙСТВИЯ ЛЕТЧИКА:

1.Если есть запас высоты:

задержать общий шаг;

отклонением ручки управления от себя уйти на второй круг.

2.Если запаса высоты нет, то необходимо выполнить посадку с подрывом.

Самопроизвольное вращение – это такой режим, при котором летчик отклонением правой педали или уменьшением общего шага не может уменьшить угловую скорость вращения.

Возможно на взлете и посадке с максимальной полетной массой, и скоростью ветра справа более допустимой, при выполнении висения, разворотов на висении, восходящих или нисходящих разворотов. Здесь имеются ввиду развороты влево, когда угловая скорость разворота более допустимой.

Чем больше взлетная масса вертолета, высота висения и ветер справа, тем меньше запас хода правой педали, следовательно, больше вероятность попадания вертолета в самопроизвольное вращение.

Все наши отечественные вертолеты вращаются влево в направлении действия реактивного момента НВ.

Для балансировки вертолета на режиме висения в путевом отношении необходимо, чтобы

Это равенство может нарушиться в результате:

резкого взятия общего шага при несвоевременной даче правой педали;

увеличения общего шага, когда правая педаль стоит на упоре или очень мал запас по ходу правой педали и при разгоне вертолета возможна постановка ее на упор;

попадание рулевого винта в режим вихревого кольца;

отказ путевого управления.

Целесообразно рассматривать следующие расчетные случаи отказов путевого управления:

Разрушение привода РВ или концевой балки, сопровождаемое полным исчезновением тяги РВ и соответствующей разбалансировки вертолета;

Разрушение системы управления в хвостовом редукторе, сопровождаемое установкой лопастей РВ под действием шарнирных моментов на угол 1-2 0 и соответствующим уменьшением тяги РВ;

Разрушение (заклинивание) системы управления от педалей до хвостового редуктора, сопровождаемое невозможностью изменения режима полета вертолета и выполнения посадки.

Наиболее тяжелым и опасным является первый расчетный случай, приводящий к интенсивной разбалансировке вертолета в продольном и боковом движении, прежде всего, в азимутальной плоскости. Под действием не скомпенсированного тягой РВ реактивного момента НВ вертолет резко разворачивается влево и на малых скоростях полета, меньших экономической, фюзеляж вертолета делает несколько полных витков относительно вертикальной оси. При больших скоростях полета вследствие наличия значительной путевой устойчивости фюзеляжа движение рыскания приобретает колебательный характер с тенденцией возвращения к исходной курсовой ориентации.

Вследствие периодического изменения по величине и знаку продольной и боковой сил, моментов на втулке НВ и моментных характеристик фюзеляжа при полных разворотах фюзеляжа в азимутальной плоскости вертолет в процессе разворота подвержен резким и сильным броскам в противоположные стороны по тангажу и крену, интенсивность которых возрастает с увеличением скорости полета. Управление вертолетом с помощью ручки циклического шага крайне затруднено, ибо малейшая несинхронность управляющих действий пилота с неожиданными резкими бросками вертолета из стороны в сторону приводит к тому, что пилот не стабилизирует, а, наоборот, раскачает вертолет.

При отрыве РВ с хвостовым редуктором и концевой балкой рассматриваемая аварийная ситуация существенно усугубляется из-за падения путевого демпфирования, что приводит к значительному возрастанию угловой скорости вращения фюзеляжа относительно вертикальной оси. Кроме того, возникает значительный пикирующий момент из-за отделения на большом плече массы РВ, хвостового редуктора и концевой балки.

Во втором расчетном случае, когда углы установки лопастей и тяга РВ уменьшаются почти до нуля, вертолет может быть в принципе сбалансирован в азимутальной плоскости за счет создания крена и скольжения. На крейсерских и выше скоростях горизонтального полета потребный для путевой балансировки угол скольжения сравнительно невелик – порядка

10 0 , однако, по мере уменьшения скорости потребный угол скольжения резко возрастает, превышая 40-50 0 (рис.7.1.)

Рис.7.1. Зависмость балансировочного угла скольжения от скорости

горизонтального полета вертолета ()

Значительные трудности возникают и в третьем из рассматриваемых расчетных случаев отказов путевого управления с той, однако, разницей, что вследствие несбалансированной тяги РВ с заклиненным управлением вертолет заходит на посадку не с правым, а с левым скольжением.

ДЕЙСТВИЯ ЛЕТЧИКА :

1.Н вис =3-5м. Вертолет начало самопроизвольно разворачивать влево и на отклонение правой педали он не реагирует или правая педаль стоит на упоре:

1-й способ:

уменьшить общий шаг и посадить вертолет;

2-й способ:

задержать общий шаг;

незначительным отклонением ручки управления в сторону разворота и незначительным отклонением левой педали придать вертолету управляемый разворот влево.

2.Если вертолет вошел во вращение с увеличением угловой скорости, но не снижается и имеет запас по мощности, то можно рекомендовать следующее:

увеличением общего шага обеспечить вертолету вертикальный набор высоты с левым вращением с последующим переводом вертолета в поступательный полет отклонением РУ в сторону разворота (чем больше угловая скорость, тем больше угол крена).

3.Н вис =3-5м. Вертолет вошел во вращение:

выключить двигатели и посадить вертолет;

ручкой управления удерживать вертолет от опрокидывания.

4.Если вертолет начало самопроизвольно разворачивать при заходе на посадку:

4.1.Если есть запас высоты, то необходимо:

1-й способ:

задержать общий шаг;

отклонить РУ от себя и вправо и дать правую ногу.

2-й способ:

задержать общий шаг;

отклонением ручки управления от себя и влево и незначительным отклонением левой педали уйти на второй круг.

4.2.Если запаса высоты нет:

выключить двигатели;

выполнить посадку с подрывом.

Радиоуправляемые модели вертолетов пользуются широкой популярностью во многих странах мира. Им не нужны аэродромы, их полет вызывает большое восхищение у публики. По своим летным возможностям модели вертолетов обогнали полномасштабных "собратьев". Это направление в спортивном моделизме возникло в начале 70 годах и очень быстро развивается. На современном этапе модели вертолетов создаются с использованием современных композитных материалов, достижений микроэлектроники и компьютерных технологий. Например, появление компьютерных тренажеров, существенно повлияло на методики освоения непростого управления радиоуправляемых вертолетов. Подключив свой радиопередатчик к компьютеру, можно без риска поломки модели экспериментировать с регулировками функций управления, отрабатывать навыки начального и сложного пилотажа вертолета.

Как свидетельствует практика, уровень развития моделизма определяется уровнем жизни населения. И хотя наша жизнь в странах СНГ не способствуют бурному развитию спортивного моделизма, у молодежи есть определенный интерес к этому увлечению. В настоящее время появилась возможность, при наличии средств, приобрести необходимое оборудование и материалы, радиоаппаратуру и аккумуляторы, двигатели и топливо и т.п. Но, к сожалению, за редким исключением, все выше перечисленное - импортное и дорогое. Большой объем информации по моделизму, в частности и по радиоуправляемым вертолетам, можно найти в Интернете, в зарубежных изданиях. Появились в Интернете и русскоязычные сайды по моделизму. Однако, по-прежнему мало широкодоступных информации на русском языке для моделистов по радиоуправляемым вертолетам, в которых бы в доходчивой форме были изложены теория вертолета, особенности его регулировок с использованием функций современной радиоаппаратуры, методики освоения полетов от висения до высшего пилотажа. Этот пробел, мы надеемся, может восполнить предлагаемая серия статей, которые будут полезны и начинающим и более опытным моделистам. При работе над статьями автор использовал отечественную и зарубежную литературу, свой опыт и опыт других моделистов.

Основы управления вертолетом

Теория аэродинамики вертолета довольна сложна и для ее полного овладения требуется знание большого ряда физико-математических дисциплин. Но, как показывает опыт, для успешного занятия авиамоделизмом нет необходимости досконального освоения этих дисциплин. Начинающему моделисту достаточно понимать явления и процессы, протекающие на всех этапах полета модели вертолета, чтобы успешно освоить технику пилотирования. Приведенные примеры и объяснения будут довольно общими, но достаточными для понимания особенностей поведения вертолета. Если этого вам будет не достаточно, то обратитесь к другим источникам, которые могут дать более научные и глубокие объяснения полета вертолета.

Вначале мы познакомимся с силами и моментами, действующими на вертолет, находящейся в висении, а затем, как эти силы изменяют положение вертолета в пространстве. Понятие "система сила" означает совокупность всех аэродинамических сил и сил гравитации, воздействующих на вертолет и перемещающих его вниз, вверх и в стороны. Если вертолет находится в висении, все эти силы должны компенсировать друг друга, чтобы вертолет оставался неподвижным. Если система сил не уравновешена, то результирующее усилие переместит вертолета и дает нам возможность управлять моделью. При чтении этих материалов хорошо иметь рядом модель вертолета и радиоаппаратуру и познавать теорию по реакции лопастей и рычагов на действия ручек управления. Это поможет вам понять, что происходит с моделью вертолета и как это связанно с перемещениями ручек управления на передатчике.

Режим висения

Рисунок 1 показывает вид вертолета с боку в висении и силы, воздействующие на него в этом ракурсе. Стрелка направленная прямо вниз представляет собой силу веса вертолета. Ей противодействует подъемная сила несущего винта. В устойчивом висении подъемная сила равна силе веса и вертолет не поднимается и не снижается. В полете мы не можем изменять вес вертолета. Мы можем управляем подъемной силой (силой тяги) несущего винта за счет изменения угла установки лопастей (общего шага) или числа его оборотов. Поэтому существуют две системы моделей вертолетов. Первая, так называемая, с общим (или коллективным) шагом, в которой управление тягой осуществляется изменением угла установки лопастей. Вторая - с фиксированным шагом, в которой управление тягой винта осуществляется только изменением числа оборотов несущего винта при постоянном значении установочного угла. Каждая система имеет свои достоинства и недостатки. Система с фиксированным шагом имеет упрощенную конструкцию головки несущего ротора, проще в эксплуатации и в наладке. Кроме того не требуется очень дорогая аппаратура управления. Основной недостаток этой системы заключается в большой инерционности и нелинейности вертикального управления вертолетом. В настоящее время изменять число оборотов модельных двигателей достаточно быстро невозможно. Кроме того, тяга винта пропорциональна квадрату числа оборотов двигателя. В этой ситуации очень сложно удерживать вертолет в неподвижном висении. Я не говорю, что летать такой вертолет не будет, просто его освоение потребует дополнительного времени. Система с коллективным шагом обеспечивает лучшее управление вертолетом, поскольку тяга лопастей почти пропорциональна шагу, который может изменяться почти мгновенно. Однако такая система требует согласованного управления шагом и мощностью двигателя. Это приводит к тому, что для управления таким вертолетом требуется аппаратура, в которой с помощью одной ручки можно было изменять значение шага лопастей несущего ротора и мощность двигателя. Необходимость такого согласование вызвано тем, что момент сопротивления, следовательно и мощность, требуемая для вращения лопастей пропорциональна квадрату изменения шага лопастей. В ином случае, при увеличении шага лопастей при неправильном регулировании мощности у нас будут падать обороты и тяга винта. Следовательно, вы управляете величиной подъемной силы в висении исключительно перемещением, как правило, левой ручки вперед-назад, удерживая вертолет в неподвижном вертикальном положении.

Обратите внимание на два важных момента, показанных на рисунке 1:

• Стрелка изображающая подъемную силу лопастей показывается выходящей прямо из вала несущего винта. Действительно же, вал не создает подъемную силу, она возникает от вращения лопастей, но результирующая сила действует от них так, как если бы она была направлена из центрального вала ротора, как показано на рисунке 2. Это несущественно сейчас, но помните об этом, когда мы будем обсуждать в дальнейшем поведение лопастей ротора.
• Подъемная сила, произведенная лопастями ротора всегда перпендикулярна диску несущего винта (плоскости вращения лопастей).

Рисунок 3 показывает вертолет в висении, как если бы, мы смотрели на него сверху. Опять, все силы действующие на вертолет в этом ракурсе должны быть скомпенсированы, чтобы вертолет был неподвижен.

На этом рисунке показан вертолет с вращением лопастей несущего винта вправо или по часовой стрелке. Если лопасти вашего вертолета вращаются в другую сторону, то этот рисунок необходимо зеркально перевернуть. Согласно третьего закона механики, при вращении винта по часовой стрелки, фюзеляж вертолета должен вращаться против часовой стрелки. Стремление фюзеляжа к вращению называют реактивным вращающим моментом и любое изменение мощности двигателя и коллективного шага приводит к соответствующему изменению этого вращающего момента.

Задача хвостового винта - скомпенсировать реактивный вращающий момент. Когда тяга хвостового винта создает момент, равный реактивному моменту от несущего винта, нос удерживаться прямо. Если тяга хвостового ротора возрастает, вертолет поворачивается вокруг вертикальной оси (вала несущего винта), заставляя нос идти вправо. Аналогичным способом, уменьшение тяги хвостового винта, заставит реактивный вращающий момент повернуть хвост вправо, а нос влево. Поэтому, в висении, при равновесии всех этих сил вертолет держит свой нос строго в одном направлении.

Обороты хвостового винта зависят от оборотов двигателя и основного винта, которые должны быть постоянными при висении. Тяга хвостового винта поэтому изменяется увеличением или уменьшением угла атаки лопастей хвостового ротора и в вашей радиоаппаратуре это выполняется перемещением, как правило, левой ручки вправо или влево. Посмотрите на хвостовой винт модели с левой стороны вертолета, он обычно вращает вправо (или по часовой стрелке) при этом виде. Теперь переместите левую управляющую ручку в вашем передатчике направо и увидите, как угол атаки лопастей увеличивается. Это заставит лопасти захватывать больше воздуха и хвост повернутся влево или по направлению к вам. По мере перемещения ручки влево, угол атаки уменьшится и реактивный момент переместит хвост вправо или прочь от вас.

Необходимо подчеркнуть другой важный момент: левая ручка передатчика изменяет угол атаки лопастей хвостового ротора и перемещает хвост вправо или влево, но направление перемещения хвоста противоположно перемещениям этой ручки. Причина этого в том, что мы пилотируем модель не по хвосту. Мы должны управлять носом модели. Снова переместите левую ручку вправо и влево и убедитесь что, когда ручка перемещается вправо, нос модели будет перемещаться вправо и наоборот.

Попытки пилотировать модель вертолета по хвосту очень грубая ошибка и вы ее должны избегать.

На рисунке 4 изображен вертолет при виде сзади, с существенно преувеличенным наклоном вправо для учебных целей. Для удержания вертолета в устойчивом висении все силы должны быть также скомпенсированы. На рисунке 4 мы снова видим силу гравитации (или силу веса вертолета), направленную вниз. Как уже упоминалось, эта сила компенсируется подъемной силой лопастей винта. Но теперь, обратите внимание на то, что вы не видели раньше: ротор немного наклонен вправо. Подъемная сила винта по прежнему будет перпендикулярна диску ротора и наклонена вправо.

Подъемная сила может быть разложена на две составляющие: на вертикальную и горизонтальную. Чтобы удержать вертолет на фиксированной высоте, вертикальная компонента подъемной силы должна равняться весу модели.

На рисунке 4 кроме подъемной силы изображен вектор тяги хвостового ротора, который заставит вертолет двигаться влево, если она не будет скомпенсирована другой силой. По этой причине диск несущего винта слегка наклоняют вправо и горизонтальная составляющая подъемной силы будет направлена вправо и компенсировать тягу хвостового винта и удерживать вертолет от "дрейфа" влево.

Таким образом, при наклоне вертолета вертикальная компонента подъемной силы компенсирует силу веса, а горизонтальная компонента подъемной силы компенсирует тягу хвостового ротора. Если все силы уравновешены, вертолет останется в неподвижном висении.

Вертикальные перемещения: подъем и снижение

Обратимся снова к рисунку 1, где подъемная сила лопастей ротора равна весу вертолета, следовательно вертолет поддерживает постоянную высоту висении. Для подъема вертолета просто увеличивают подъемную силу так, что она была больше, чем вес. Скорость подъема модели зависит от величины разности между силой тяжести и подъемной силой несущего винта, развиваемого им на максимальной мощности двигателя в первый момент времени. Если сказать более точно, то скороподъемность вертолета пропорционально отношению разности между максимальной мощностью двигателя и мощностью, необходимой для висения модели, к весу вертолета.

Очень важный момент, который необходимо учитывать при выполнении взлета модели, показан на рисунке 5. На этом рисунке изображена модель, которая собирается взлететь с наклонной поверхности земли. Угол наклона на этом рисунке преувеличен для наглядности. Раньше подчеркивалось, что подъемная сила несущего винта ротора всегда перпендикулярна диску вращения лопастей. Поскольку в этой ситуации диск вращения наклонен вместе с вертолетом, то и вектор подъемной силы тоже имеет наклон и раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющие. В этом случае, горизонтальная составляющая заставит вертолет переместиться влево, как только он оторвется от земли. Поэтому, если вы попытаетесь взлететь с неровной поверхности, то вертолет всегда будет дрейфовать в направление наклона поверхности земли. Поэтому лучше взлетать с горизонтальной поверхности. Если вы взлетаете с неровной поверхности, диск ротора необходимо наклонить в противоположную сторону для обеспечения вертикального отрыва вертолета от земли. В этом случае, ручка управления аппаратом перекоса должна быть отклонена перед отрывом от земли вправо и затем быстро переведена обратно в нейтраль, как только вертолет окажется в воздухе. Этим самым, мы обеспечим взлет модели без бокового перемещения.

Перемещения по горизонту

На рисунке 6 показан вертолет в горизонтальном полете и иллюстрирует следующие важные моменты:

• Общий вектор подъемная сила лопастей несущего винта представляет собой сумму векторов тяги передней и задней лопастей несущего винта. Это важный момент, которой ранее мы не обсуждали, т.е., вектора подъемной силы лопастей несущего винта могут изменяться в зависимости от их положения относительно продольной оси модели. Таким образом, появляется возможность управлять направлением движения модели в горизонтальной плоскости.
• Сумма векторов подъемных сил от лопастей несущего винта равна общей подъемной силе, показанной на рисунке 1.
• Поскольку подъемная сила задней части диска вращения лопастей несущего винта больше, чем подъемная сила передней части, то хвост модели поднимается, а ее нос опускается. Вертолет начинает движение вперед.
• Когда вертолет движется вперед (это показано на рисунке 7), вертикальная составляющая суммарного вектора подъемной силы должна продолжать равняться весу вертолета, чтобы удерживать модель на постоянной высоте, а его горизонтальная составляющая определяет величину тяги вертолета вперед.

Включите радиоаппаратуру и передвиньте правую руку управления аппаратом перекоса на передатчике вперед. Вы увидите, что аппарат перекоса на модели наклонится вперед. Движение ручки обратно в нейтраль выравнивает аппарат перекоса, а движение ручки к себе наклоняет аппарат перекоса назад. Эти перемещения аппарата перекоса управляют углом наклона продольной оси модели или тангажем. (Движение ручки вперед опускает нос, а движение ручки в обратную сторону поднимает нос.) Для того, чтобы лучше понять, как это происходит, передвиньте ручку управления вперед, наклоняя аппарат перекоса. Пока аппарат перекоса наклонен полностью вперед, выключите приемник и передатчик. Аппарат перекоса останется в наклоненном положение. Теперь мы можем проанализировать, как лопасти основного ротора вызывают наклон и горизонтальное перемещение вертолета.

Медленно вращая рукой лопасти ротора, понаблюдайте за изменением их шага по азимуту (углу поворота лопастей вокруг вала). В этом случае, их шаг не будет постоянным, а будет изменяться циклически. Поэтому, закон изменения шага при вращении лопастей несущего винта вокруг вала называют "циклическим шагом". Изменение шага лопасти по азимуту приводит к изменению их подъемной силы в зависимости от наклона аппарата перекоса. По мере возрастания шага возрастает и подъемная сила. По этой причине одна часть диска ротора имеет большую подъемную силу, чем другая. Вращая лопасти по часовой стрелке рукой вы можете ожидать, что для опускания носа модели максимальный циклический шаг лопасть должна принимать над хвостовой балкой вертолета. Но, если вы посмотрите внимательно на изменение шага по азимуту, то заметите, что лопасти будут достигать максимального шага на 90 градусов раньше ожидаемого положения. Такое опережающее изменение шага лопастей необходимо из-за эффекта гироскопической прецессии.

Гироскопическая прецессия

Вращающейся ротор вертолета ведет себя подобно гироскопу, у которого гироскопическая прецессия вызывает расхождение вектора его перемещения от вектора силы, воздействующей на гироскоп. Это расхождение составляет примерно 90 градусов в направлении вращения от точки приложения силы (Рисунок 8).

Это означает, что из-за гироскопической прецессии, лопасть с возросшим шагом и лопасть с уменьшенным шагом достигнут своего максимально и минимально отклонения от горизонтальной плоскости (взмаха), повернувшись на 90 градусов. Поэтому, для наклона вертолета вперед, максимальный угол шага лопасти устанавливается, когда лопасть перпендикулярна продольной оси вертолета, так как максимальный ее взмах и тяга возникнет, из-за гироскопической прецессии, когда лопасть будет проходить над хвостовой балкой вертолета.

Крен или боковое перемещение

Аналогичным способом, изменяя подъемную силу разных сторон диска основного ротора, можно накренить вертолет вправо или влево, как показано на рисунке 9. Снова включите вашу радиоаппаратуру и перемещая правую ручку управления на передатчике вправо и влево, проследите за перемещением аппарата перекоса. Перемещение ручки вправо наклоняет аппарат перекоса направо и заставит вертолет переместить в это направление. Перемещение ручки влево вызовет противоположную реакцию вертолета.

Эффект земли

Когда вертолет висит на высоте приблизительно меньше диаметра диска основного ротора, мы встречаемся с "эффектом земли". В этом случае скорость воздушного потока, созданная лопастями ротора не может достичь большого значения из-за близости земли и вертолет располагается на "пузыре" воздуха высокого давления. При этом возрастает тяга несущего винта. Для более подробного анализа этого эффекта необходимо знать, что такое индуктивная скорость подсасывания диска и его индуктивное сопротивление. Если это вас сильно заинтересовало, то можете самостоятельно познакомиться с особенностями этого эффекта в специальной литературе. На полноразмерных машинах, при возникновении эффекта земли, вертолет ведет себя подобно человеку на большом шаре. Иными словами, становиться очень неустойчивым и это не преувеличение. Некоторые моделисты говорят, что этот эффект возникает и на их вертолетах. Тем не менее, нет однозначного мнения, что на всех моделях возникает этот эффект земли. Возможно некоторые модели вертолетов более подвержены этому эффекту. Степень воздействие эффекта земли зависит от ветра. Эффект максимален в тихие дни и ослабевает при увеличении скорости ветра, поскольку ветер выдувает воздух высокого давления из-под вертолета.

Подъемная сила при косом обтекании

В горизонтальном полете вертолета подъемная сила несущего винта возрастает из-за повышения скорости воздушного потока и увеличения количества воздуха, проходящего через ротор, за единицу времени. Дополнительная подъемная сила при косом обтекании возникает при любом горизонтальном перемещение и прямо пропорциональна горизонтальной скорости вертолета. Дополнительная подъемная сила легко распознается в полете улучшением летных качеств вертолета.

Поскольку подъемная сила от перемещения пропорциональна скорости воздушного потока, то она возникает не только при горизонтальном перемещении вертолета, но и при висении, когда дует ветер. Дополнительная подъемная сила, возникающая при ветре, может и помогать и мешать. Положительным является возможность уменьшить мощность двигателя при висении или горизонтальном полете. Но, если ветер порывистый, полет будет трудно управляемым, поскольку подъемная сила увеличивается при возрастании скорости ветра и уменьшается, как только ветер стихает. По этой причине необходимо выполнять висение только при устойчивом ветре со скоростью не более 3- 5 метров в секунду.

Авторотация

Этот термин характеризует безмоторный полет вертолета, то есть, когда двигатель остановлен, а основной ротор вращается по инерции и из-за действия потока воздуха на лопасти при снижении. Когда двигатель вращает основной ротор в нормальном полете, поток воздуха является нисходящим через диск ротора. Когда же двигатель останавливается в полете и вертолет входит в снижение с авторотацией, поток воздуха становится восходящим через диск ротора. Этот восходящий поток воздуха и перевод лопастей на отрицательный шаг заставляют ротор продолжать вращаться и сохраняют управляемость вертолетом при снижении и посадки.

Вертолет со способностью к авторотации имеет обгонную муфту в системе ротора, которая позволяет лопастям основного ротора продолжать свободно вращаться, даже если двигатель остановился. Совершенно не обязательно для модели вертолета иметь возможность авторотации, но если этого нет, то основной ротор довольно быстро остановиться, если двигатель заглохнет в полете и авария с большим ущербом фактически неизбежна.

Рысканья вертолета

Одна из причин, по которой мы покупаем радиоаппаратуру для вертолета (вместо радиоаппаратуры для самолета), заключается в необходимости дополнительных функций управления моделью вертолета, что значительно облегчает пилотирование. Это не говорит о том, что вы не можете использовать радиоаппаратуру от моделей самолетов для пилотирования вертолетом (по крайней мере на начальном этапе), просто с радиоаппаратурой для вертолета легче обучаться пилотированию.

Для того, чтобы лучше понять функцию компенсации рысканья хвостовой балки, посмотрите на рисунок 3, на котором вертолет показан сверху. Обратите внимание, что лопасти ротора вращаются двигателем по часовой стрелке и, поскольку, для каждого действия есть равное противодействие, нос вертолета будет поворачиваться влево (против часовой стрелки). И по этой причине вертолету нужен ротор хвоста для компенсации реактивного момента от вращения лопастей.

Теперь представим себе вертолет в позиции висении (когда все силы сбалансированы) и мы хотим подняться. Для этого увеличивают коллективный шаг лопастей ротора, чтобы увеличить подъемную силу винта. Следовательно увеличивается вращающий и реактивный моменты, а нос вертолета будет поворачиваться влево. Для того, чтобы удержать нос прямо, просто добавьте немного тягу хвостового ротора, чтобы скомпенсировать это увеличение реактивного момента.

И мы должны делать это вручную, каждый раз, при изменении вращающего момента (при подъеме или снижении вертолета) и тратить много времени и усилий для управления хвостовым ротором, чтобы удерживать нос модели прямо. По этой причине функция компенсации рысканья хвостового ротора сделает наш полет легче.

В большинстве радиоаппаратуры (по крайней мере, недорогой) предполагается, что вертолет находится в висении, когда ручка управления дросселем и коллективным шагом находиться в среднем положении, а снижение и подъем происходит, если ручка перемещается из этой точки. Две кнопки (программа для компьютерной радиоаппаратуры), одна для подъема, а другая для снижения, используются, чтобы отрегулировать величину компенсации рысканья хвостового ротора при отклонении ручки управления от средней позиции при висении. По мере того, как ручка перемещается для подъема вертолета вперед, автоматически добавляется величина шага хвостового ротора (и, аналогичным способом, шаг хвостового винта уменьшается, когда для снижения вертолета, ручка управления переводится в позицию ниже средней). Это автоматическое воздействие на шаг хвостового рота в течение подъема и снижения помогает удерживать нос вертолета прямо и существенно уменьшает нашу нагрузку при пилотировании модели. Для регулировки компенсации "вверх", поднимайте вертолет из висения и смотрите направление перемещения носа. Если нос перемещается влево в течение подъема, компенсация хвостового ротора недостаточная, поэтому увеличьте немного величину компенсации "вверх" и повторите попытку, делайте небольшие изменения, до тех пор, пока нос станет удерживаться прямо в течение подъема. Аналогичным способом, имеется в виду перемещение нос в течение снижения, регулируется компенсации "вниз".

Горизонтальные развороты

Рассмотрим явления, происходящие с вертолетом при выполнении разворотов в горизонтальном полете. При выполнении разворота вертолет накреняют.

На рисунке 10 показан вид вертолета, выполняющий горизонтальный полет с правым креном. Обратите внимание, что вектор подъемной силы несущего винта по прежнему перпендикулярен диску вращения. Вектор силы веса остается перпендикулярен поверхности земли. Поскольку вектор подъемной силы наклонен право на определенный угол, его вертикальная составляющая противодействует силе веса модели, а горизонтальная ее составляющая толкает вертолет вправо и заставляет вертолет выполнять правый разворот.

Это хорошо видно на рисунке 11. Обратите внимание, что при наклоне вертолета вправо, никаких изменений в величине подъемной силе несущего винта не произошли. Т.е., длина вектора подъемной силы остается постоянной. Раскладывая вектор общей подъемной силы несущего винта, мы видим, что вертикальная составляющая вектора на рисунке 11 теперь меньше веса. Если подъемная сила меньше веса, то вертолет снизится. Но, когда выполняете горизонтальный поворот, вы несомненно не хотите, чтобы вертолет каждый раз снижался. Поэтому, когда вы входите в поворот, необходимо увеличивать общий вектор подъемной силы, пока его вертикальная составляющая не сравняется с весом. Это снова уравновесит все силы (по крайней мере в вертикальном плане). Но как и насколько увеличить общую подъемную силу? Вводя вертолет в горизонтальный поворот, полная подъемная сила повышается поднятием носа вертолета для увеличения угла атаки диска несущего винта.

Степень увеличения подъемной силы или перемещения ручки управления тангажем зависят от характеристик вертолета и от угла крена. Если вы сильно задерем нос вертолета, то он будет подниматься и, очевидно, что недостаточный подъем носа должен вызывать снижение модели. Кроме того необходимо учитывать другой важный момент. Угол отклонения руля управления тангажем для поддержания горизонтального полета в согласованном повороте зависит от угла крена вертолета. При больших углах крена (более 60 градусов) вертикальная составляющая подъемной силы, противодействующая силе веса вертолета будет еще меньше. При крене в 90 вообще нет вертикальной составляющей и независимо от того, как не задирали нос вертолета, компенсации веса нет и вертолет, следовательно, будет терять высоту. Рисунок 12 показывает вертолет с углом крена больше 90 градусов.

В этом случае, любой угол отклонения ручки управления тангажем "на себя" будет добавлять подъемную силу к весу модели. Тем не менее, есть случаи, когда это очень необходимо, например, в момент выполнения второй половины петли или любого другого нисходящего вертикального маневра. Из этого простого объяснения, я думаю вы поймете, что крен очень важен на выполнения горизонтальных разворотов. При большом крене требуется большего отклонения ручки управления тангажем модели для поддержания горизонтального полета без потери высоты.

В заключение, при выполнении горизонтальных разворотов, необходимо учитывать направлением вращения основного ротора. Не останавливаясь на причинах, скажу, что вертолет с вращением ротора по часовой стрелке очень легко разворачивается вправо, а с винтом, вращающимся против часовой стрелки, влево, практически без вмешательства управления хвостовым винтом.