При повороте лопасти относительно ее продольной оси установочный угол изменяется. Такой поворот возможен благодаря наличию осевого шарнира, следовательно, осевые шарниры лопастей несущего винта предназначены для изменения шага. Изменение шага винта нужно для улучшения управляемости и маневренности вертолета, например, При взлете, когда увеличиваются только обороты двигателя, без изменения шага несущего винта, разворачивания вертолета не будет.
Площадь, ометаемая несущим винтом, -- это площадь круга, который описывают концы лопастей.
Понятие ометаемой площади несущего винта вводится потому, что эта площадь может рассматриваться как некоторая несущая поверхность, аналогичная крылу самолета ввиду вязкости и инертности воздуха, образующего при протекании через площадь, ометаемую винтом, одну общую струю.
Удельная нагрузка на ометаемую площадь определяется как отношение веса вертолета к площади, ометаемой несущим винтом
где Р - удельная нагрузка, кг/м2;
G - вес вертолета, кг;
F - ометаемая площадь, м2.
Рассмотрим основные режимы работы.
Условия работы несущего винта или его режим работы определяются положением несущего винта в потоке воздуха. В зависимости от положения различают два основных режима работы: осевого обтекания и косого.
Режимом осевого обтекания называются такие условия работы несущего винта, при которых ось его втулки расположена параллельно набегающему невозмущенному потоку. В этом режиме несущий винт работает на стоянке, при висении, при вертикальном наборе высоты и при вертикальном снижении вертолета. Существенной особенностью режима осевого обтекания является то, что положение лопасти вращающегося несущего винта относительно потока, набегающего на винт, не меняется, следовательно, не меняются аэродинамические силы при движении лопасти по кругу.
Режимом косого обтекания называются такие условия работы несущею винта, при которых лоток воздуха набегает на винт не параллельно оси втулки. Существенное отличие этого режима заключается в том, что при движении лопасти по кругу непрерывно изменяется се положение относительно потока, набегающего на винт. Следствием этого будет изменение скорости обтекания каждого элемента и аэродинамических сил лопасти. Режим косого обтекания имеет место при горизонтальном полете вертолета и при полете по наклонной траектории вверх и вниз.
Из определения режимов работы видно, что положение несущего винта в потоке воздуха имеет существенное значение. Это положение определяется углом атаки несущего винта.
Углом атаки несущего винта называется угол А, образованный плоскостью вращения втулки и вектором скорости полета или невозмущенного потока, набегающего на винт. Угол атаки положителен, если поток набегает на винт снизу. Если поток набегает, на винт сверху -- угол атаки отрицательный. Если же поток воздуха набегает на винт параллельно плоскости вращения втулки, угол атаки равен нулю. Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. М.: «Транспорт», 1969. С. 14.
Нетрудно заметить связь между режимом работы несущего винта и углом атаки: на режиме осевого обтекания угол атаки несущего винта А= ±900; на режиме косого обтекания А<>±90°.
Если угол атаки А=0°, то режим работы несущего винта называется режимом плоского обтекания.
Изучив общие характеристики вертолета и параметры несущего винта, приступим к динамике полета вертолета.
3. Взлет и полет вертолета
3.1 Взлет
Взлет вертолета является неустановившимся ускоренным видом полета. При взлете скорость изменяется от V=0 до скорости, при которой происходит установившийся набор высоты. Чаше всего эта скорость равна экономической скорости горизонтального полета. В зависимости от полетного веса, атмосферных условий, высоты аэродрома над уровнем моря, наличия препятствий взлет может быть выполнен по-вертолетному, по-самолетному и по-вертолетному с использованием «воздушной подушки» (воздушная подушка -- аналог камеры от автомобиля с подаваемым в середину сжатым воздухом) и без использования.
Иногда перед взлетом или в процессе взлета вертолет передвигается по земле, т. е. выполняет руление. Руление на вертолете существенно отличается от руления на самолете.
Руление осуществляется за счет движущей силы Р, которая уравновешивает силы трения колес Fтр. Реактивный момент несущего винта уравновешивается моментом тяги рулевого винта. Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. М.: «Транспорт», 1969. С. 140.
Взлет по-вертолетному является основным видом взлета.
При этом взлете выполняется вертикальный отрыв и на высоте 1,5--2 м производится контрольное висение (проверяется работа несущего винта, двигателя и оборудования). Затем вертолет переводят в набор высоты по наклонной траектории с одновременным увеличением скорости. При этом переходе возможно «проседание» вертолета, т. е. уменьшение высоты, а иногда и удар колесами о землю. Такое явление вызывается наклоном оси конуса несущего винта вперед для создания движущей силы Р, в результате чего уменьшается вертикальная составляющая тяги несущего винта. Поэтому одновременно с наклоном оси конуса несущего винта вперед нужно увеличивать силу тяги путем увеличения шага винта.
Когда вертолет наберет высоту 20--25 м или окажется выше окружающих препятствий, взлет считается законченным.
Взлет пo-самолетному. При взлете по-самолетному вертолет выполняет разбег по земле, затем отрыв и переход к набору высоты по наклонной траектории. При таком взлете используется основное преимущество работы несущего винта на режиме косого обтекания -- увеличение тяги, развиваемой винтом при увеличении скорости набегающего на несущий винт потока воздуха.
В результате увеличения силы тяги возрастает подъемная сила. Когда она становится несколько больше силы веса, вертолет отрывается от земли и переходит к набору высоты по наклонной траектории при дальнейшем увеличении скорости полета. Если при V=0 взлет невозможен из-за недостатка мощности, то при скорости 40--50 км/ч образуется значительный избыток мощности, что и позволяет вертолету перейти на режим набора высоты с одновременным увеличением скорости полета.
Разбег выполняется на всех колесах шасси. На некоторых вертолетах последняя часть разбега заканчивается на носовом колесе. При такой технике разбега ускорение увеличивается за счет наклона продольной оси фюзеляжа и увеличения б результате этого движущей силы Р. Взлет вертолета считается законченным при наборе безопасной высоты (25 м) и скорости по траектории, близкой к экономической скорости горизонтального полета.
Взлет по-вертолетному с использованием воздушной подушки. При взлете по-самолетному на разбеге по неровной поверхности могут возникнуть вибрации. Тогда взлет выполняется с использованием воздушной подушки. При таком взлете вертолет отрывается вертикально, используя повышенную тягу несущего винта в зоне влияния воздушной подушки (высота от плоскости вращения несущего винта до земли не превышает R).
После отрыва и висения в зоне воздушной подушки вертолет переводится на выдерживание, т. е. полет на малой высоте с увеличением скорости. На выдерживании по мере увеличения скорости уменьшается влияние воздушной подушки, но увеличивается эффективность косого обтекания, в результате чего сила тяги несущего винта увеличивается, что и позволяет перевести вертолет в набор высоты по наклонной траектории. Для выполнения такого взлета необходимо иметь довольно ровную площадку, т. е. на ней не должно быть больших канав и обрывов, где исчезает влияние воздушной подушки.
В некоторых случаях все рассмотренные выше способы взлета неприменимы вследствие препятствий, окружающих площадку. Тогда взлет выполняется без использования воздушной подушки, т. е. выполняется отрыв и контрольное висение, затем вертикальный набор высоты. На высоте 5--10 м выше окружающих препятствий вертолет переводят на набор высоты по наклонной траектории с одновременным разгоном до экономической скорости. Вертикальный взлет применяется редко, потому что требует повышенной мощности и производится в опасной зоне. Если достаточного запаса мощности нет, а взлет выполнять необходимо, то в этом случае надо уменьшить вес вертолета.
Мы рассмотрели разновидности взлета вертолета, и переходим к горизонтальному полету.
3.2 Горизонтальный полет
В реферате мы более подробно рассмотрим горизонтальный полет, так как это основной режимы полета.
Горизонтальным полетом вертолета называется прямолинейный полет с постоянной скоростью в горизонтальной плоскости. Это основной режим для вертолета. Так как земля является шаром, то полет на постоянной высоте происходит по криволинейной траектории. Но радиус кривизны земной поверхности настолько велик, что кривизной земной поверхности при полете можно пренебречь.
В горизонтальном полете на вертолет действуют силы: У подъемная сила, Р движущая сила, Sб боковая сила, G веса вертолета, тяги несущего винта Т, вредного сопротивления Хвр, тяги рулевого винта Трв.
Условия горизонтального полета выражаются следующими равенствами:
Y = G или G-Y = 0;
Р=Хвр или Р-Хвр = 0;
Tрв=Sб или Tрв-Sб=0;
цт=0. Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. М.: «Транспорт», 1969. С. 89.
вертолет несущий винт
Первое условие обеспечивает постоянство высоты полета, второе--постоянство скорости, третье -- линейность полета в горизонтальной плоскости.
Заключение
В этом реферате мы рассмотрели механику полета вертолета. Для раскрытия этой темы мы рассмотрели включить общую характеристику вертолета, а также основные составляющие движения вертолета: взлет и полет. Главный же акцент в реферате я сделал на основные характеристики несущего винта, так как мы могли убедиться, что основную работу вертолета выполняет именно этот элемент.
В заключении хочу сказать, что главными задачами было популярно изложить текст, который был написан в большинстве статей и книг слишком «сухо», и связать характеристики, классификации и прочее, в одно целое, реферат. И эти проблемы, по моему мнению, были решены.
Список литературы
1. Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. М.: «Транспорт», 1969. С. 196.
2. Гессоу А. и Мейерс Г. Аэродинамика вертолета. / Пер. В.И.Бирюлин. М.: Государственное Издательство Оборонной Промышленности, 1954. С. 254.
3. Загордан А.М. Элементарная теория вертолета. М.: Военное Издательство Министерства Обороны Союза ССР, 1955. С. 216.
4. Электронная энциклопедия Википедия. Вертолет. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%80%D1%82%D0%BE%D0%BB%D1%91%D1%82. - Данные соответствуют 29.03.10.
5. Основные параметры, характеризующие несущий винт. http://acv179672006.narod.ru/history3-1.htm. - Данные соответствуют 29.03.10.