Установившийся полет. Неустановившийся полет.

Для рассмотрения сил и координат возьмем для примера одновинтовой вертолет с рулевым винтом.

Полет вертолета может быть установившимся или неустановившимся. В установившемся полете скорость перемещения вертолета постоянна или равна нулю. Иными словами, можно сказать, что в установившемся полете отсутствует ускорение. Из первого закона механики известно, что всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в том случае, когда равнодействующая всех сил, действующих на тело, равна нулю. Если это условие не соблюдено, то под действием неуравновешенной силы скорость перемещения тела меняет свою величину или направление, или то и другое одновременно, т. е. имеется ускорение.

При наличии неуравновешенной силы, а, следовательно, и ускорения, полет вертолета будет неустановившимся, что вызовет появление дополнительных инерционных сил.

Установившиеся режимы полета являются основными режимами, тогда как неустановившиеся являются переходными от одного установившегося режима к другому.

Рассмотрим наиболее простые случаи установившегося полета.

Мы знаем, что плоскостью вращения несущего винта вертолета называется плоскость, проходящая через втулку несущего винта перпендикулярно ее оси.

Однако в полете лопасти несущего винта не вращаются в этой плоскости, а описывают поверхность некоторого конуса, ось которого в общем случае не совпадает с осью винта.

Проведем плоскость через концы лопастей. Образовавшийся при этом угол между плоскостью и лопастью винта называется средним углом конусности. Практически этот угол составляет величину порядка 6°.

Ось конуса, образованного лопастями при ©ращении, в общем случае отклонена (завалена) от оси Несущего винта как в продольной, так и в поперечной плоскостях. В про

дольной плоскости угол завала оси конуса обозначается через. Завал конуса обусловлен наличием скорости обдува винта в плоскости вращения.

В поперечной плоскости угол завала оси конуса обозначается через. Завал конуса вбок обусловлен различной скоростью обдува наступающей и отступающей лопастей.

Можно считать, что полная аэродинамическая сила несущего винта R проходит вдоль оси конуса, образуемого лопастями. Таким образом, полная аэродинамическая сила винта оказывается в общем случае отклоненной от оси, проходящей через втулку винта.

Чтобы понять влияние положения силы R на вертолет, изберем систему отсчета, систему координат, состоящую из трех взаимно перпендикулярных осей X, У и Z.

При этом ось X направим по полету (вперед), ось У — в вертикальной плоскости перпендикулярно оси X, а ось Z пойдет вправо, перпендикулярно плоскости рисунка. Разложим силу R на три составляющие по трем осям избранной нами системы координат.

В результате разложения силы R в общем случае, когда ось вращения отклонена от вертикальной оси, мы получаем три силы. Сила У получилась как проекция силы R на ось вращения, этого винта.

Сила Н получилась как проекция силы R на плоскость вращения винта вдоль оси X вертолета. Эта сила носит название продольной силы винта.

Сила S получилась как проекция силы R на плоскость вращения винта вдоль поперечной оси вертолета Z. Эта сила носит название боковой силы, возникающей в результате маховых движений.

Мы установили, что от несущего винта на вертолет действуют три силы, вдоль каждой из осей координат.

Однако винт, кроме сил, создает еще и моменты вокруг каждой из этих осей.

Из-за различия в условиях работы отдельных лопастей винта лопасти развивают различную подъемную силу в каждый данный момент. Поэтому на горизонтальные шарниры втулки винта действуют разные составляющие силы R. Поскольку горизонтальные шарниры обычно разнесены на некоторое расстояние 1Г. ш от оси вращения, то на втулке создается момент от разности подъемных сил лопастей. Этот момент может быть разложен на два момента: один, действующий вокруг продольной оси, Мх, а другой — вокруг поперечной оси, Мг. Момент Мг стремится вызвать пикирование или кабрирование вертолета, а Мх — его крен.

Поскольку несущий винт воспринимает крутящий момент от двигателя, находящегося в фюзеляже, винт неизбежно передает на фюзеляж ответный, реактивный момент, стремящийся вращать фюзеляж вертолета в сторону, обратную вращению винта.

Кроме того, мы знаем, что на вертолет действует сила тяги рулевого винта и сила веса, а в поступательном полете также и сила вредного сопротивления всех частей вертолета.

Для выполнения установившегося полета надо, чтобы сумма сил, действующих вдоль каждой оси, и сумма моментов сил, действующих относительно каждой оси, избранной нами системы координат, равнялись нулю, т. е.

Такие режимы полета, как висение, вертикальный подъем, подъем по прямолинейной траектории, горизонтальный полет, планирование, вертикальный спуск и полет на режиме самовращения, являются частными случаями установившегося полета.

Все эти случаи могут быть подразделены на три основных режима полета, принципиально отличающихся друг от друга:

• 1. Угол атаки несущего винта А= ±90°. В этом случае воздушный поток подходит к плоскости вращения винта вдоль оси его сверху или снизу. Этому режиму соответствуют висение, набор высоты по вертикали, — вертикальный подъем и вертикальный спуск.

• 2.  Угол атаки несущего винта А < 0. В этом случае воздушный поток подходит к плоскости вращения винта под некоторым углом и проходит его сверху вниз. Этот режим соответствует горизонтальному полету, набору высоты по наклонной траектории и планирующему пологому спуску с работающим двигателем (моторному).

• 3.  Угол атаки несущего винта А>0. Здесь воздушный поток подходит к плоскости вращения винта также косо и проходит сквозь ометаемую винтом поверхность снизу-вверх. Этот режим соответствует безмоторному авторотирующему планированию.

Агрегаты техники