Зачем вертолету 2 винта
Перейти к содержимому

Зачем вертолету 2 винта

  • автор:

Соосная схема: визитная карточка Камова

Соосная схема: визитная карточка Камова

В этом году исполняется 120 лет со дня рождения Николая Камова , одного из основателей отечественного вертолетостроения. Считается, что само слово «вертолет» – его изобретение. Знаменитый авиаконструктор «вывел в небо» соосную схему, которая стала визитной карточкой его КБ. Сегодня Национальный центр вертолетостроения имени М.Л.Миля и Н.И.Камова холдинга «Вертолеты России» – единственный в мире разработчик серийных соосных вертолетов. О том, что такое двухвинтовая соосная схема и для чего она нужна – в нашем материале.

Идея в воздухе: от Ломоносова до Камова

Конструктивно вертолеты принято классифицировать по способу погашения реактивного момента несущего винта. Если не углубляться в премудрости аэродинамики, то объяснить это можно так: несущий винт, вращаясь в воздухе, встречает сопротивление. «Проворачивая» винт, редуктор упирается в фюзеляж и стремится развернуть весь вертолет навстречу несущему винту. Возникает так называемый реактивный момент несущего винта, и данный реактивный момент нужно как-то погасить. В большинстве случаев на помощь приходит рулевой винт на хвосте вертолета: своей боковой тягой рулевой винт как бы создает в воздухе опору для фюзеляжа. Такая схема называется одновинтовой, считается классической и является наиболее распространенной. Среди явных преимуществ – простота конструкции. Собственно, благодаря этому, вертолеты одновинтовой схемы и стали такими популярными. В числе главных недостатков можно назвать некую уязвимость машины. Хвостовой винт хоть и не является несущим, но очень важен.


Пример винтов соосной схемы на беспилотном вертолете. Фото: Антон Тушин

Соосные вертолеты обходятся без рулевого винта – здесь два несущих винта располагаются друг над другом и, вращаясь в разные стороны, взаимно компенсируют реактивный момент. Соосную схему по праву можно назвать отечественным ноу-хау. Еще в 1754 году Михаил Ломоносов впервые в мире построил модель двухвинтового соосного вертолета. Машинку можно было поднять в воздух – она приводилась в действие с помощью часовой пружины. Прототип вертолета Ломоносова не был игрушкой, а имел вполне прикладное значение – создавался для исследования температуры воздуха на разных высотах. Конечно, до настоящего вертолета было еще очень далеко – только через полтора столетия появился двигатель, который смог поднять винтокрылую машину в небо.

Попытки построить вертолет с соосными несущими винтами предпринимал и Игорь Сикорский. Однако он столкнулся с задачами, которые не удалось на тот момент разрешить. К примеру, синхронизация вращения двух соосных валов требует более продвинутой трансмиссии. При этом сами винты нужно разнести по высоте, что утяжеляет вертолет, делает его выше. «Взлететь» на соосных вертолетах чуть позже удалось Николаю Камову.

Ка-8: первый представитель «большой семьи»

Первый соосный вертолет КБ им. Камова – Ка-8 «Иркутянин». Несмотря на свое название, эта машина больше была похожа на летающий мотоцикл – на конструкции из стальных труб располагалось открытое кресло для пилота. «Иркутянин» поднимался в небо на 250 метров, а скорость развивал до 80 км/ч. Но главной особенностью Ка-8 были несущие трехлопастные винты, установленные один над другим. Именно с этого вертолета начинается соосная история марки «Ка».


Ка-8 «Иркутянин»

Кстати, «Иркутянин» не только стал соосным «первенцем», можно сказать, что само слово «вертолет» вошло в обиход благодаря этой машине. Перед первым публичным выходом Ка-8 на воздушном параде в Тушино в июле 1948 года, организаторы спросили Николая Камова, как представить летательный аппарат публике. Авиаконструктор настоял на слове «вертолет». Ведь его он придумал еще для своего первого детища – автожира КАСКР-1. Но до этого момента для винтокрылых машин использовался термин «геликоптер» (от французского hélicoptère).

На базе «летающих мотоциклов» Ка-8 и Ка-10 был разработан первый серийный отечественный вертолет с соосной схемой винтов Ка-15. Затем появились корабельные Ка-25, Ка-27, Ка-29, ударные Ка-50 и транспортные Ка-26. Современными «камовскими» представителями соосной схемы являются ударный Ка-52 «Аллигатор» , легкий многоцелевой Ка-226Т и противопожарный Ка-32А11М .

Вертолеты Камова : от «Курицы» Ка-15 до грозного «Аллигатора»

Маневренность и живучесть: «грозная» сила соосной схемы

Соосная схема стала «визитной карточкой» российского вертолетостроения, в частности, КБ Камова, – за рубежом вовсе нет серийных машин такой конструкции. Многолетний опыт позволил «камовцам» справиться со всеми сложностями в конструировании и воспользоваться всеми преимуществами соосной схемы.

Во-первых, соосный вертолет более компактный. Во-вторых, он аэродинамически симметричен и по этой причине проще в пилотировании и обладает лучшей маневренностью. Например, противопожарный вертолет Ка-32 благодаря соосной схеме обладает хорошей устойчивостью в режиме висения, в том числе в ветреную погоду, а также может работать в условиях плотной городской застройки.

Немаловажно также, что соосные вертолеты обладают большей боевой живучестью за счет отсутствия уязвимой хвостовой балки. Другими словами, если у такого вертолета будет поврежден «хвост», он не упадет. Кроме того, у «соосников» выше коэффициент весовой отдачи – соотношение полезной нагрузки и общей полетной массы.

События, связанные с этим

«Северный полюс» примет вертолеты Ростеха

ВК-2500ПС-02: новый двигатель для пожарных

7 октября 2022

Соосная схема: визитная карточка Камова

Военно-воздушные силы России: 110 лет на высоте

Профессии Ростеха: инженер-конструктор в вертолетостроении

* Ка-52 * Ка-28 * Ка-8 * Ка-50 * Сирия *

Вертолет Ка-52 Аллигатор

МОСКВА, 12 ноя — РИА Новости, Андрей Коц. Легкие, быстрые, компактные, надежные и необычные — эти характеристики идеально подходят серии вертолетов КБ имени Камова, которая в воскресенье отмечает 70-летний юбилей. Двенадцатого ноября 1947 года в воздух поднялась первая машина знаменитого советского авиаконструктора Николая Камова — Ка-8 «Иркутянин». Это событие стало началом эпохи вертолетов с соосной схемой расположения несущих винтов. Россия до сих пор остается единственным государством в мире, наладившим массовое производство этих сложных машин. Камовские вертолеты успешно трудятся на «гражданских должностях», а также служат в частях армейской и морской авиации. О том, для чего нужна соосная схема, а также о ее главных преимуществах и недостатках — в материале РИА Новости.

Без доворота

Вертолет Ка-52К. Архивное фото

«Вертолеты России» обсуждают с ВМФ поставки машин Ка-52К
13 октября 2017, 09:03

Первый соосный летательный аппарат КБ имени Камова К-8 «Иркутянин» больше напоминает летающий мотоцикл, нежели привычный для взгляда обывателя вертолет. Во-первых, у него отсутствует фюзеляж. Вся конструкция состоит из стальных труб, закрепленных на двух надувных цилиндрических баллонах. Пилот сидит в небольшом открытом кресле. Максимальная взлетная масса Ка-8 — всего 320 килограммов, длина — 3,7 метра, высота 2,5 метра. Скромны и летные характеристики: «Иркутянин» был способен подниматься на 250 метров максимум и разгоняться до 80 километров в час. Впрочем, за скоростью и высотой при создании «первенца» камовцы не гнались. Настоящим прорывом стали несущие трехлопастные винты, расположенные один над другим. Это конструктивное решение — визитная карточка практически всех вертолетов Ка.

«Вертолет традиционной схемы в воздухе постоянно доворачивает в ту сторону, в которую вращается его несущий винт, — рассказал РИА Новости главный редактор журнала «Арсенал Отечества» Виктор Мураховский. — Чтобы компенсировать этот момент, на хвостовую балку машины устанавливают дополнительный рулевой винт, который крутит машину в противоположную сторону. Вертолетам Камова такой привод просто-напросто не нужен. Их несущие винты вращаются в противоположные стороны. Такое решение значительно упрощает механику машины, снижает ее уязвимость. Говорят, что Ка-52 способен совершить посадку даже с отстреленным под корень хвостом».

Несущая система вертолета

Стенд прочностных испытаний автомата перекоса вертолета

Стенд прочностных испытаний автомата перекоса вертолета

Основные измерения
Усилия, деформации
Количество измерительных каналов
50 и более
Возможность аттестации
Режимы работы стенда
Циклические нагрузки
Средства измерения в Реестре СИ
Внесены в Госреестр СИ
Страна производства

Стенд для испытания несущего винта вертолета с соосной схемой

Стенд для испытания несущего винта вертолета с соосной схемой

Основные измерения
деформация лопастей
Количество измерительных каналов
32 и более
Возможность аттестации
Режимы работы стенда
непрерывная запись
Средства измерения в Реестре СИ
в Госреестре СИ
Страна производства

«Не боги горшки обжигают» (а Авиатест.аэро))

Испытания несущей системы вертолета, являются пожалуй, одними из самых сложных и ответственных. Сложность этой задачи определяется масштабами испытательного стенда, особыми условиями безопасности и управления испытаниями.

Вертолет является винтокрылым летательным аппаратом, у которого подъемная и движущая силы создаются одним или несколькими несущими винтами. Вертолет всей своей массой «висит» на оси несущего винта. В момент резкого изменения высоты (ускорений), в момент поворотов/разворотов/изменения горизонтального положения несущая система вертолета испытывает колоссальные нагрузки. Для боевых вертолетов эти перегрузки являются ежедневными буднями и основными условяими работы. Поскольку для них добавляется еще две обязательных переменных: воздейтсвие сил, создаваемых выстрелами/запусками из собственных бортовых орудий, и воздействие сил, создаваемых при попадании в вертолет снарядов противника. В обоих случаях машина должна обеспечить нормальную работу и безопасность экипажа.

Существует несколько основных вертолетных схем:

  • классическая — самая распространенная схема, представляет собой 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. В современных вертолетах в большинстве случаев управление полетом по горизонтали осуществляется при помощи автомата перекоса.
  • 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.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. 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. В настоящее время серийно не производятся, но неоднократно заявлялось о возобновлении линейки таких вертолетов. 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.
  • синхроптер — наиболее редкая схема. В настоящий омент не выпускаются, но, опять же, неоднократно заявлялось о возобновлении их производства. 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. Направлением полета синхроптера управляют исключительно изменением угла установки лопастей винтов.
  • мультикоптер (квадрокоптер и т.п.) — 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. Первым вертолетом, совершившим управляемый взлет и посадку стал в 1922 году квадрокоптер Ботезата. 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. 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.
  • скоростная схема — наиболее перспективная для большой классической авиации (не беспилотной). 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. В России работы по разработке скоростных схем ведут российские «Камов» и конструкторское бюро Миля (Ка-90/92 и Ми-X1 соответственно), в настоящий момент объединенные в НЦВ Миль и Камов.

Авиатест.аэро готов предложить свои решения для испытаний любого из представленных направлений в вертолетостроении. «Не боги горшки обжигают», упорным кропотливым трудом мы готовы сделать свой вклад в развитие отечественной авиации.

Телеметрия для рулевого винта вертолета

Телеметрия для рулевого винта вертолета

Как снимать показания с датчиков, установленных на рулевом винте вертолета? Куда устанавливать измерительную электронику, если пространство ограничено? Какую систему выбрать для исследования напряженно-деформированного состояния лопастей?

В этой статье вы найдете ответы на эти вопросы.

Зачем вертолету рулевой винт?

При вращении несущего винта вертолета возникает подъемная сила за счет того, что лопасти направляют поток воздуха вниз, как бы отталкиваясь от него, кроме того на них действует сила трения о воздух, что создает крутящий момент, который стремится повернуть корпус вертолета в противоположную сторону.

Рулевой винт вертолета

Рулевой винт служит для стабилизации вертолета в воздухе и является основным элементом управления вертолетом. С помощью изменения тяги хвостового винта можно разворачивать вертолет вокруг вертикальной оси и задавать курс.

Хвостовая часть вертолета

Вращение от двигателя передается через редуктор, расположенный в хвосте вертолета. Редуктор в свою очередь соединяется с двигателем при помощи вала, находящегося внутри хвостовой балки.

Если рулевой винт выйдет из строя — это приведет к неконтролируемому вращению вертолета в воздухе и аварийной посадке.

Для чего проводятся испытания?

  • подбор оптимальной формы лопастей рулевого винта;
  • сравнение летно-технических характеристик лопастей из разных материалов;
  • исследование работы винта при различных погодных условиях;
  • влияние атмосферного давления на эффективность работы винта;
  • влияние температуры на упругость лопастей;
  • устойчивость лопастей к ударам об инородные предметы (например при попадании птицы в рулевой винт);
  • падение прочности лопастей после воздействия абразивов (полеты в запыленных условиях, в пустыне);
  • работа винта при обледенении.

Какие параметры контролируются при испытаниях?

  • напряженно-деформированное состояние;
  • вибрации;
  • угол наклона лопастей (потенциометры);
  • крутящий момент на приводном валу;
  • температура;
  • крутящий момент на выходе из редуктора.

Что мы можем предложить для решения этих задач?

Одноканальная телеметрия TEL1-PCM

Телеметрия_вертолет

Для измерения крутящего момента на приводном валу рулевого винта.
С помощью одноканальной телеметрии TEL1-PCM из любого вала можно сделать датчик крутящего момента.

Более подробно об этом можно прочитать в статье: датчик крутящего момента из любого вала

Многоканальные телеметрические системы MTP и MTP-NT

тензометрирование

Многоканальная телеметрия MTP с монтажным кольцом для установки на рулевой винт.
Питание системы может осуществляться как от аккумулятора, так и индуктивным способом.
Наиболее предпочтительным вариантом является индуктивное питание. Оно не ограничивает время испытаний и работает при отрицательных температурах.

С выходом новой системы MTP-NT возможно изготовление колец еще меньшего размера и с большим количеством каналов.

Телеметрия для колес и роторов R16-PCM

телеметрия для колес и роторов

Устройство 16-канальной телеметрической системы для тензорезисторов R16-PCM для подключения тензометрических датчиков 350 Ом (по умолчанию, но опционально возможна работа с датчиками с другим сопротивлением) с полно- и полумостовой конфигурацией.

Система R16-PCM в рулевом винте вертолета

Пример установки системы R16-PCM в рулевой винт вертолета.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *