Вертолет — это уникальный летательный аппарат, способный взлетать и садиться вертикально. Его подъемная сила создается одним или несколькими несущими винтами. В русском языке для его обозначения используется термин «вертолет», который заменил иностранное слово «геликоптер».
Уникальные возможности и классификация
Главное преимущество вертолетов — их маневренность. Они могут вертикально взлетать и садиться без разбега, неподвижно зависать в воздухе и разворачиваться вокруг своей оси. В горизонтальном полете их скорость варьируется от нуля до максимальной. Даже при отказе двигателя вертолет способен безопасно спланировать и сесть, используя авторотацию — самовращение несущих винтов. Для увеличения скорости и устойчивости некоторые модели оснащаются небольшим крылом, которое разгружает основной винт.
Вертолеты классифицируют по способу компенсации реактивного момента несущего винта:
1) Одновинтовые (с хвостовым винтом или реактивным приводом);
2) Двухвинтовые, которые, в свою очередь, делятся на:
а) продольной схемы;
б) соосные;
в) с перекрещивающимися осями винтов;
г) поперечной схемы.
3) Многовинтовые.
Наибольшее распространение получили одновинтовые вертолеты с хвостовым винтом, а также двухвинтовые соосные и продольной схемы.
Одновинтовая схема: устройство и управление
В этой схеме подъемную и движущую силу создает один несущий винт (НВ). Для компенсации его реактивного момента и управления по курсу используется рулевой винт (РВ), расположенный на хвостовой балке. РВ приводится в действие от главного редуктора через систему валов. Управление им осуществляется с помощью педалей, которые изменяют угол атаки его лопастей, заставляя вертолет поворачивать влево или вправо.
Современные разработки предлагают альтернативы классическому рулевому винту. Например, фенестрон — многолопастный винт в кольцевом канале киля. Он безопаснее, тише и компактнее. Другое инновационное решение — система NOTAR (No Tail Rotor), где реактивный момент гасится струей воздуха, выдуваемой из хвостовой балки, что повышает маневренность и снижает вибрации.
Основной недостаток одновинтовой схемы — ограничение максимальной скорости из-за срыва потока на отступающей лопасти. Также существует риск перехлеста лопастей несущего винта с хвостовой балкой в определенных условиях.
Соосная схема: два винта на одной оси
В соосной схеме два несущих винта одинакового диаметра вращаются в противоположные направления на одной оси, что автоматически уравновешивает реактивные моменты. Это позволяет обойтись без рулевого винта и хвостовой трансмиссии.
Такая конструкция обладает высокой аэродинамической эффективностью (на 3–10% выше, чем у одновинтовой) и обеспечивает лучшую удельную грузоподъемность. Однако у нее есть и минусы: большее лобовое сопротивление на высоких скоростях и потенциальная опасность перехлеста лопастей верхнего и нижнего винтов.
Управление по курсу на соосном вертолете осуществляется за счет дифференциального изменения шага (и, соответственно, крутящего момента) верхнего и нижнего винтов, а также с помощью рулей направления на киле.
Силовая установка и управление двигателями
Современные вертолеты оснащаются, как правило, двумя газотурбинными (турбовальными) двигателями. Крутящий момент от них через муфты свободного хода и главный редуктор передается на несущий винт.
Управление мощностью двигателей синхронизировано с управлением общим шагом несущего винта и осуществляется одним рычагом «шаг-газ». При его перемещении вверх одновременно увеличивается угол атаки лопастей и подача топлива в двигатели. Для обеспечения плавного и безопасного изменения режимов работы (разгона и сброса мощности) используются сложные системы автоматического управления (САУ) и автоматы приемистости.
Двигатели могут работать в нескольких основных режимах: «Малый газ», «Номинальный», «Крейсерский» и «Взлетный», каждый из которых имеет свои ограничения по времени непрерывной работы.
Конструкция планера: фюзеляж, оперение, крыло
Корпус вертолета (планер) включает фюзеляж, киль, стабилизатор и иногда крыло. Форма фюзеляжа зависит от схемы вертолета. Для улучшения аэродинамики ось вала несущего винта часто наклоняют вперед на 4–6°, а на одновинтовых машинах — еще и немного вправо (на 2–3°).
Крыло устанавливается не на всех вертолетах. Его основная задача — разгрузить несущий винт на высоких скоростях полета (до 20%) и служить платформой для подвески вооружения или оборудования.
Стабилизатор на хвостовой балке улучшает продольную устойчивость. Киль повышает курсовую устойчивость и может частично разгружать рулевой винт, а в соосных схемах он является основным средством обеспечения путевой устойчивости.
История и применение вертолетов
История российского вертолетостроения началась с опытов М. В. Ломоносова. Массовое развитие отрасли в СССР связано с именами выдающихся конструкторов: М. Л. Миля (вертолеты Ми-1, Ми-8, Ми-24, Ми-26), Н. И. Камова (соосные вертолеты Ка-25, Ка-27, Ка-50) и других.
По назначению вертолеты делятся на гражданские и военные. Военные, в свою очередь, подразделяются на:
• Боевые (противотанковые, огневой поддержки, противолодочные) — например, Ми-28, Ка-50, AH-64 «Апач».
• Транспортно-боевые (многоцелевые) — такие как Ми-24, UH-60 «Блэк Хок».
• Транспортно-десантные и специальные.
Вертолеты стали неотъемлемой частью современных вооруженных сил, активно применяясь в локальных конфликтах по всему миру, начиная с войн в Корее и Вьетнаме. В военно-морских силах они выполняют задачи противолодочной обороны, разведки и поисково-спасательных операций.