Поворотные (кориолисовы) силы на примере вертолета

Поворотные (или кориолисовы) силы возникают во всех случаях, когда тело одновременно участвует в двух движениях, одно из которых вращательное (тело переносится вместе с системой), а другое поступательное (тело движется относительно системы). При этом относительное движение не должно быть параллельным оси вращательного движения, иначе поворотных сил не возникнет.

Если мы выделим на радиусе малый участок лопасти, имеющий массу рассмотрим его движение, то увидим, что поворотные силы неизбежно должны возникнуть.

Окружная скорость направлена по касательной к окружности, элементом т. По величине эта скорость изменений не претерпевает, но изменяется по направлению.

Кроме того, масса т за счет взмаха лопасти на угол  имеет еще относительную скорость взмаха, которая меняется как по величине, так и по направлению. Мы уже знаем, что изменение скорости взмаха

по величине и направлению происходит в виду того, что начавшийся взмах сначала увеличивается, затем из-за уменьшения угла атаки лопасти уменьшается, а когда лопасть переходит в положение отступающей, взмах прекращается (скорость равна 0), после чего начинается опускание лопасти (скорость меняет направление).

Изменение направления скорости взмаха происходит также вследствие того, что масса т при взмахе имеет своей траекторией окружность с центром на оси горизонталь.

Появление поворотного ускорения можно пояснить также, применив к элементу лопасти закон сохранения энергии. В этом частном случае закон будет формулироваться, как закон сохранения момента количества движения. Согласно этому закону произведение угловой скорости на радиус должно быть величиной постоянной. Изменению величины г (элемент лопасти приблизился (оси вращения) должно сопутствовать изменение со (скорость должна возрасти). Этот прирост скорости и есть поворотное ускорение.

Из курса механики известно, что величина поворотного ускорения равна удвоенному произведению угловой скорости переносного вращения на относительную скорость (перпендикулярную оси вращения)

Оно тем больше, чем больше оборотов имеет несущий винт и чем больше скорость и угол взмаха лопасти около горизонтального шарнира.

Поворотному ускорению соответствует поворотная сила, равная произведению массы на ускорение

Для винтов, имеющих другие данные, поворотная сила может достигать величины, в несколько раз большей.

При взмахе лопасти вверх эта сила действует в плоскости вращения лопасти и толкает ее вперед (направлена в сторону вращения лопасти). При опускании она направлена против вращения лопасти, т. е. тормозит ее вращение.

Таким образом, в течение одного оборота лопасть дважды испытывает изменение нагрузки в плоскости вращения, что неизбежно приводит к рысканью носа вертолета справа налево и обратно.

Рысканью вертолета способствовала бы также переменная сила сопротивления воздуха, стремящаяся то сильнее, то слабее отклонить лопасть в сторону, противоположную вращению.

Непостоянство силы сопротивления в течение одного оборота лопасти обусловлено той же причиной, что и непостоянство подъемной силы, т. е. изменением скорости обтекания и углов атаки лопасти. Наступающая лопасть испытывает большее сопротивление, чем отступающая.

Агрегаты техники