Управление вертолетом видео

Разберем управление вертолетом с одним несущим винтом и с одним рулевым винтом. Летчик управляет вертолетом и двигателем в полете, воздействуя на несущие рулевой винты.

В кабине летчика имеются ручки, рычаги и педали, связанные тросами «ли жесткими тягами с соответствующими органами управления вертолета. Кроме того, кабина летчика снабжена приборным и пилотажно-навигационным оборудованием, с помощью которого летчик контролирует работу двигателя, а также скорость, высоту и направление полета вертолета.

Как известно, для управления самолетом изменяют величины, направление и точки приложения аэродинамических сил, возникающих на крыле и на рулях, а также изменяют величину силы тяги.

Чтобы самолет мог лететь с набором высоты, летчик увеличивает тягу двигателя и отклоняет ручку управления на себя, что вызывает отклонение руля высоты вверх. При этом на руле высоты создается сила, которая изменяет направление полета, самолет поднимает нос, что вызывает увеличение угла атаки крыла. Увеличение угла атаки крыла соответствует увеличению подъемной силы крыла, при увеличении силы тяги самолет набирает высоту.

Управление вертолетом видео

Чтобы создать крен, летчик отклоняет ручку управления самолетом в требуемую сторону, это ведет к отклонению элеронов крыла. Один элерон отклоняется вверх, а другой — вниз, в результате чего левая и правая половины крыла создают различной величины подъемные силы и самолет накреняется.

Если нужно повернуть самолет влево или вправо, то летчик отклоняет ножные педали в требуемую сторону, что влечет за собой отклонение руля направления.

Для изменения скорости полета летчик сектором газа изменяет количество оборотов двигателя, или, что-то же самое, изменяет величину тяги винта или реактивного двигателя.

Если на самолете имеется воздушный винт изменяемого в полете шага, то для изменения шага винта в кабине имеется рычаг управления шагом винта, который обычно связывается с рычагом газа, так как шаг винта и газ двигателя должны быть между собой согласованы.

Чтобы управление вертолетом сделать похожим на управление самолетом, в кабине вертолета также имеются ручка управления, ножные педали, рычаг управления общим шагом винта и рычаг газа; однако они связаны уже не с теми органами, что на самолете, так как на вертолете нет крыла, ни элеронов, ни руля направления.

Ручка управления вертолетом связана тросами и тягами с механизмами продольного и поперечного управления автомата-перекоса на несущем винте.

Ножные педали соединены тросами или тягами с механизмом изменения установочных углов лопастей рулевого винта.

Рычаг управления общим шагом несущего винта соединен с ползуном автомата-перекоса.

Рычаг газа соединен тягами с дроссельной заслонкой карбюратора двигателя.

Управление вертолетом видео

Обычно управление общим шагом несущего винта и газом двигателя объединяют на одном рычаге, который в этом случае называется рычагом «шаг-газ». Дело в том, что изменение шага несущего винта, т. е. одинаковое изменение установочного угла всех лопастей винта, неизбежно вызывает увеличение или уменьшение мощности, потребной для вращения винта с неизменным числом оборотов. Несоответствие между мощностью, развиваемой двигателем, и мощностью, потребной для вращения винта, может привести к падению числа оборотов винта или чрезмерной раскрутке его, что влечет за собой невозможность продолжения полета. Управление шагом винта и газом объединено на одном рычаге таким образом, чтобы мощность двигателя всегда была приближенно равна мощности, потребляемой винтом. Для окончательной регулировки их на рычаге «шаг-газ» предусматривается рукоятка коррекции газа двигателя, позволяющая производить в небольших пределах изменение мощности двигателя без изменения шага винта.

За счет чего же вертолет перемещается вперед, в стороны и назад?

Если спросить об этом у конструктора, то он ответит: «За счет циклического изменения шага лопастей по азимуту».

А если задать вопрос, что же такое «циклическое изменение по азимуту», то последует разъяснение: «Это — синусоидальное изменение углов атаки лопастей в зависимости от их азимутального положения».

Это правильно? Безусловно. А понятно? Не очень. Разберемся, что это значит.

Для того чтобы из положения висения перевести вертолет в горизонтальный полет вперед, назад или в сторону, необходима сила, направленная в эту сторону. А как получить такую силу, которую по желанию можно было бы не только изменять по величине, но изменять по направлению.

Можно, конечно, поставить под фюзеляж еще один двигатель с воздушным винтом, который бы поворачивал вертолет в любом направлении.

А можно сделать значительно проще: использовать силу, уже имевшуюся на висящем вертолете, а именно — аэродинамическую силу несущего винта, которая при висении проходит вдоль оси винта.

Если изменить положение этой силы (наклонить ее) по сравнению с ее исходным вертикальным положением, то ее можно разложить на две составляющие силы: вертикальную и горизонтальную.

Горизонтальная составляющая и будет той силой, которая перемещает вертолет в желаемом направлении, а вертикальная составляющая будет по-прежнему выполнять роль подъемной силы. В зависимости от того, в какую сторону наклонить аэродинамическую силу винта, в ту сторону и может совершаться движение вертолета. Чем больший наклон будет иметь аэродинамическая сила, тем больше будет ее горизонтальная составляющая и тем большую скорость сможет развить вертолет в заданном направлении.

Итак, искомая сила найдена. Остается только найти способ наклонять эту силу в требуемом направлении и на необходимую величину.

Казалось бы, простейшим способом изменять наклон аэродинамической силы винта является наклон самой оси несущего винта, а значит, и всей плоскости его вращения в требуемую сторону. Эта кажущаяся очень простой схема управления была впервые применена на автожирах. Она называется схемой непосредственного управления. Принцип непосредственного управления показан.

Передвинув ручку управления вертолетом вперед, летчик тем самым посредством пары зубчатых колес наклоняет вперед всю втулку крепления лопастей несущего винта, а вместе с тем и изменяет положение плоскости вращения несущего винта. При этом полная аэродинамическая сила его будет иметь горизонтальную составляющую, направленную вперед, и вертолет начнет движение в этом направлении. Таким образом, движению ручки управления вертолетом вперед будет соответствовать и движение вперед самого вертолета.

Однако изменять угол наклона плоскости вращения несущего винта на вертолете нелегкое дело, так как огромная плоскость вращения несущего винта является как бы ротором гироскопа, который стремится сохранить плоскость своего вращения. Кроме того, трудность представляет собой выполнение разрезного главного вала для обеспечения наклона втулки.

Изобретенный Б. Н. Юрьевым автомат-перекос, включенный в управление несущим винтом вертолета, лопасти которого имеют горизонтальные шарниры, позволяет достигать такого же эффекта, как и при наклоне плоскости вращения винта, но другим, более легким способом.

Принципиальная схема управления винтом с помощью автомата-перекоса изображена.

На валу винта имеется ползун. Ползун соединен с валом продольными шлицами, которые передают ползуну вращение вала. Кроме того, наличие продольных шлиц дает возможность перемещать ползун вдоль вала вниз и вверх, при этом внешняя обойма 5 перемещается в муфте.

С ползуном осью А—А связано кольцо, а с кольцом осью Б—Б связана внутренняя обоина автомата-перекоса. Таким образом, и кольцо, п внутренняя обойма тоже вращаются вместе с валом несущего винта. Кольцо может наклоняться вправо и влево, а внутренняя обойма, кроме наклона вправо и влево вместе с кольцом, может быть на оси Б—Б наклонена вперед и назад. Вследствие наличия шарикоподшипниковой связи наклоны внешней обоймы 5 вместе с муфтой будут вызывать наклоны внутренней обоймы, но внешняя обойма не будет вращаться, так как вращение вала винта через шарикоподшипник передаваться на нее не будет.

Управление вертолетом видео

Внешняя обойма тарели автомата-перекоса через муфту  посредством тяг со сферическими наконечниками

п качалок связана с ручкой управления. Ползун  связан с рычагом «шаг-газ».

На внутренней обойме автомата-перекоса имеются выступы. Число выступов соответствует числу лопастей винта. В данном случае их три. Тяги соединяют внутреннюю обойму с лопастями винта. Таким образом, наклон внешней и внутренней обоймы заставит все три лопасти изменить свои установочные углы вокруг осевых шарниров.

Если летчик отклонит ручку управления вертолетом вперед, то он тем самым заставит наклониться вперед (вокруг оси Б—Б) обе обоймы автомата-перекоса, а вместе с этим изменят свои установочные углы и все лопасти несущего винта. Теперь, когда обоймы наклонены вперед, во время вращения винта каждая лопасть, проходя над ручкой летчика (угол азимута 180), будет автоматически уменьшать свои установочный угол, а проходя над хвостовой балкой (угол азимута 0° или 360°), будет увеличивать свой установочный угол. Естественно, что при уменьшении установочного угла уменьшится и подъемная сила лопасти, в результате чего лопасть опустится. Там, где установочный угол увеличится, там увеличится и подъемная сила, и лопасть совершит взмах.

Таким образом, при отклонении ручки управления вертолетом вперед каждая лопасть, проходя над ручкой управления (угол азимута 180°), опустится, а проходя над хвостовой балкой, приподнимется. Это равносильно тому, что наклонился вперед конус лопастей. Поскольку можно считать, что полная аэродинамическая сила винта совпадает с осью конуса, т. е. перпендикулярна плоскости вращения концов лопастей, то наклон конуса вперед означает также, что вперед наклонилась, и линия действия силы, развиваемой винтом. А это значит, что появилась горизонтальная составляющая силы, обеспечивающая движение вертолета вперед.

Если при нейтральном положении ручки управления вертолет висел, то теперь, при отклонении ручки вперед, вертолет начнет движение вперед.

Если до отклонения ручки вперед полная аэродинамическая сила несущего винта R проходила через центр тяжести вертолета, то теперь она проходит сзади центра тяжести, в результате чего возникает момент относительно центра тяжести, заставляющий вертолет опускать нос. Опускание — это будет продолжаться до тех пор, пока линия действия силы R снова не совпадет с центром тяжести.

Итак, благодаря наклону автомата-перекоса лопасть не сохраняет постоянного установочного угла, а значит, и не сохраняет постоянного угла атаки. При угле азимута 0° (лопасть проходит над хвостовой балкой) угол атаки наибольший; -при движении от угла азимута 0 до 180° (лопасть направлена вперед) угол атаки уменьшается, а затем начинает увеличиваться и при угле азимута 360° снова доходит до максимального значения. А это и есть циклическое изменение углов атаки лопасти в зависимости от ее азимутального положения.

Так создается на современном вертолете наклон конуса лопастей и сила, двигающая вертолет в избранном направлении.

Для полета назад ручка управления вертолетом должна быть отклонена на себя, за нейтральное положение.

Полет вбок, например вправо, требует отклонить ручку управления вертолета вправо от нейтрального положения. Вследствие этого автомат-перекос увеличивает установочный угол лопастей, ометающих левую часть диска, за счет чего на этом участке увеличивается их подъемная сила и лопасти взмахивают, и, наоборот, уменьшает установочный угол лопастей, ометающих правую часть диска, где лопасти опускаются. Весь конус лопастей оказывается таким образом наклоненным вправо. Появляется горизонтальная составляющая сила винта, направленная вправо, которая и служит причиной перемещения вертолета в этом направлении.

Если при висении аэродинамическая сила винта проходила через центр тяжести, то теперь она проходит левее центра тяжести. Появившийся момент наклоняет фюзеляж вертолета вправо до тех пор, пока линия действия силы не совпадет с центром тяжести. Поэтому полет вправо сопровождается наклоном фюзеляжа вправо.

Следует, однако, заметить, что наклон аэродинамической силы несущего винта не повторяет в точности наклона автомата-перекоса. В самом деле, пусть автомат-перекос наклонен назад, конус несущего винта также будет наклонен назад. Однако в этом случае происходит нежелательное изменение углов атаки у наступающей и отступающей лопастей, так как наклон винта назад неизбежно меняет тот угол, с которым встречают поток лопасти, проходя навстречу потоку или уходя от потока. Угол атаки наступающей лопасти увеличится, а отстающей уменьшится. Это вносит изменение в маховое движение лопастей, благодаря чему образуется угол отставания аэродинамической силы винта от того направления, в котором отклонен автомат-перекос.

Желательно, однако, чтобы аэродинамическая сила несущего винта строго подчинялась движению ручки управления вертолетом. Для этого передача от ручки управления к автомату-перекосу выполняется таким образом, чтобы автомат-перекос отклонялся несколько иначе, чем ручка, но зато наклон аэродинамической силы строго соответствовал бы наклону ручки управления вертолетом.

Если отклонение ручки управления вертолетом изменяет наклон линии действия подъемной сипы, развиваемой несущим винтом, то рычаг «шаг-газ» служит для изменения величины этой силы.

Когда рычаг «шаг-газ» отклоняется назад на себя, то ползун скользит вверх по шлицам и заставляет все три лопасти увеличить установочный угол. В результате этого происходит увеличение подъемной силы каждой лопасти, а значит, и увеличение полной аэродинамической силы всего винта. Если рычаг «шаг-газ» отклоняется вперед от себя, то сила винта уменьшается.

Когда аэродинамическая сила ввита становится больше силы веса, то висящий вертолет отвесно набирает высоту. Когда аэродинамическая сила винта становится меньше силы веса, то вертолет совершает вертикальный спуск. Когда аэродинамическая сила винта равна силе веса, то вертолет висит на одной высоте.

Показано, насколько увеличивается потребная мощность для вращения несущего винта (среднего размера) в зависимости от увеличения установочного угла при постоянных оборотах 250 о6\мин.

Схематически показано управление шагом рулевого винта.

Отклонение правой или левой педали через тросовое управление передается «а червячный механизм рулевого винта. Движение педалей заставляет вращаться червячную гайку. При этом червяк вывертывается или ввертывается. С червяком связаны тяги, идущие к рычагам лопастей. Движение червяка через рычаги передается на лопасти несущего винта, благодаря чему они поворачиваются в осевых шарнирах. При этом изменяется их общий установочный угол, а, следовательно, и тяга рулевого винта.

При висении вертолета или при прямолинейном полете тяга рулевого винта должна уравновешивать реактивный момент несущего винта.

Если вертолет необходимо повернуть вправо или влево, то движение педалей увеличивает или уменьшает шаг рулевого винта. В одном случае тяга становится больше, а в другом случае меньше той величины, которая необходима для уравновешивания реактивного момента несущего винта. Вертолет при этом разворачивается или под действием момента тяги рулевого винта, или под действием реактивного момента.

Отказ рулевого винта (например, из-за поломки хвостового вала трансмиссии) вызывает повороты вертолета под действием ничем не уравновешенного реактивного момента, например, на режиме висения вертолет делал бы несколько десятков оборотов в минуту вокруг вертикальной оси, что исключало бы возможность продолжения полета. Поэтому хвостовой вал, как и вся трансмиссия, изготовляется с большим запасом прочности.

При помощи органов управления на вертолете возможно совершать необходимые эволюции. Вертолет может летать с различными горизонтальными скоростями; он может как из горизонтального полета, так и с режима висения перейти на набор высоты или спуск, может крутиться на одном месте вокруг вертикальной оси, может быстро набирать скорость и быстро останавливаться, может совершать виражи и спирали. Вертолет остается полностью управляемым и в том случае, когда откажет двигатель. При этом самовращающийся несущий винт через трансмиссию передает вращение п на рулевой винт.

Для выполнения всех этих эволюций требуется координированное действие ручкой управления вертолетом, рычагом «шаг-газ» и ножными педалями.

Агрегаты техники