Хвостовой винт

Хвостовой винт меньшего размера, представляет собой ротор установленный вертикально или почти вертикально в хвостовой части традиционного одновинтового вертолета , где он вращается, создавая подобную пропеллеру горизонтальную тягу в том же направлении, что и вращение несущего винта . вертолета Положение рулевого винта и расстояние от центра масс позволяют ему развивать достаточную силу тяги , чтобы противодействовать реактивному крутящему моменту, оказываемому на фюзеляж в результате вращения несущего винта . Без рулевого винта или других механизмов противодействия крутящему моменту (например, NOTAR ) вертолет во время полета постоянно вращался бы в направлении, противоположном направлению несущего винта.

Хвостовые винты проще, чем несущие винты, поскольку для изменения тяги им требуется только совокупное изменение шага. Шаг лопастей рулевого винта регулируется пилотом с помощью педалей противодействия крутящему моменту, которые также обеспечивают управление направлением, позволяя пилоту вращать вертолет вокруг вертикальной оси. Его приводная система состоит из вала, приводимого в действие от главной передачи , и редуктора, установленного на конце хвостовой балки . Приводной вал может состоять из одного длинного вала или ряда более коротких валов, соединенных на обоих концах гибкими муфтами , которые позволяют приводному валу изгибаться вместе с хвостовой балкой. Редуктор на конце хвостовой балки обеспечивает угловой привод рулевого винта и может также включать в себя зубчатую передачу для регулировки выходной мощности до оптимальной скорости вращения рулевого винта, измеряемой в оборотах в минуту (об/мин). На более крупных вертолетах с хвостовым пилоном промежуточные редукторы используются для перевода приводного вала рулевого винта с хвостовой балки на верхнюю часть пилона. Пилон рулевого винта может также выполнять функцию вертикальной стабилизации. аэродинамический профиль , чтобы уменьшить потребность в мощности рулевого винта при прямом полете. Пилон хвостового винта может также служить для обеспечения ограниченного противодействия крутящему моменту в определенных диапазонах скорости полета в случае выхода из строя рулевого винта или его органов управления полетом . Около 10% мощности двигателя поступает на рулевой винт. ^[1]

Дизайн [ править ]

Система рулевого винта вращает аэродинамические профили, небольшие крылья, называемые лопастями , которые различаются по шагу, чтобы изменять величину создаваемой ими тяги. В лопастях чаще всего используется конструкция из композитного материала , например, сердечник из алюминия сотового или сот из пластифицированной бумаги, покрытый оболочкой из композитного алюминия или углеродного волокна . Лопасти рулевого винта могут быть выполнены как с симметричным, так и с асимметричным профилем . В механизме изменения шага используется тросовая система управления или трубки управления, идущие от антикрутящих педалей в кабине к механизму, установленному на редукторе рулевого винта. В более крупных вертолетах механизм изменения шага дополнен сервоприводом гидравлического управления. В случае отказа гидравлической системы механическая система по-прежнему способна контролировать шаг рулевого винта, хотя сопротивление управлению, ощущаемое пилотом, будет значительно больше.

Хвостовой винт приводится в движение главной силовой установкой вертолета и вращается со скоростью, пропорциональной скорости несущего винта. В вертолетах как с поршневыми, так и с турбинными двигателями несущий и хвостовой винты механически соединены через систему муфт свободного хода , которая позволяет несущим винтам продолжать вращение в случае отказа двигателя путем механического отсоединения двигателя как от основного, так и от основного. хвостовые винты. Во время авторотации импульс несущего винта продолжает приводить в действие рулевой винт и обеспечивать управление по направлению. Чтобы оптимизировать свою функцию при полете вперед, лопасти рулевого винта не закручиваются, чтобы уменьшить сопротивление профиля, поскольку рулевой винт установлен так, что его ось вращения перпендикулярна направлению полета.

Надежность и безопасность [ править ]

Хвостовой винт и системы, обеспечивающие мощность и управление им, считаются критически важными для безопасного полета. Как и многие детали вертолета, рулевой винт, его трансмиссия и многие детали в системе привода часто имеют ограниченный срок службы , то есть их произвольно заменяют через определенное количество часов полета, независимо от состояния. Между заменами детали подвергаются частым проверкам с использованием как визуальных, так и химических методов, таких как флуоресцентный проникающий контроль, для обнаружения слабых деталей до того, как они полностью выйдут из строя.

Несмотря на акцент на уменьшении количества отказов, они иногда случаются, чаще всего из-за жесткого приземления и удара хвостом или повреждения посторонним предметом . Хотя рулевой винт считается необходимым для безопасного полета, потеря функции рулевого винта не обязательно приводит к катастрофе со смертельным исходом. В случаях, когда отказ происходит из-за контакта с землей, самолет уже находится на малой высоте, поэтому пилот может уменьшить общий шаг несущего винта и посадить вертолет до того, как он полностью выйдет из-под контроля. Если рулевой винт случайно выйдет из строя во время крейсерского полета, инерция вперед часто обеспечит некоторую курсовую устойчивость, поскольку многие вертолеты оснащены вертикальным стабилизатором . Затем пилот будет вынужден перейти на авторотацию и совершить аварийную посадку со значительной скоростью полета вперед, что известно как посадка с разбегом или посадка с перекатом .

Сам хвостовой винт представляет опасность для наземных бригад, работающих рядом с работающим вертолетом. По этой причине рулевые винты окрашены полосами чередующихся цветов, чтобы улучшить их видимость для наземных экипажей во время вращения рулевого винта.

Альтернативные технологии [ править ]

Существовали три основные альтернативные конструкции, которые пытаются решить недостатки системы рулевого винта.

Первый заключается в использовании закрытого канального вентилятора, а не открытых лопастей ротора . Эта конструкция называется « фантейл» или « Фенестрон », торговая марка компании Eurocopter (ныне Airbus Helicopters ) для ее Dauphin серии многоцелевых вертолетов . Кожух вокруг вентилятора снижает потери на вихревые потоки на законцовках , защищает лопасти от повреждения посторонними предметами , защищает наземные бригады от потенциальной опасности, связанной с открыто вращающимся винтом, и создает гораздо более тихий и менее турбулентный профиль шума , чем обычный рулевой винт. Канальный вентилятор использует большее количество более коротких лопастей, но в остальном принцип тяги очень похож на обычный рулевой винт.

Компания McDonnell Douglas разработала систему NOTAR ( NO TA il Rotor ), которая исключает размещение вращающихся частей на открытом воздухе. В системе NOTAR используется канальный вентилятор с изменяемым шагом, приводимый в движение силовой установкой вертолета, но канальный вентилятор установлен внутри фюзеляжа перед хвостовой балкой, а выхлопные газы проходят через хвостовую балку до конца, где выбрасываются с одной стороны. Это создает пограничный слой, который заставляет потоки воды от несущего винта окружать хвостовую балку в соответствии с эффектом Коанды . Это создает силу, которая компенсирует крутящий момент несущего винта и обеспечивает контроль направления. Преимущества системы аналогичны рассмотренной выше системе «Фенестрон».

Есть как минимум четыре способа полностью исключить необходимость в рулевом винте:

Тандемные / поперечные роторы : использовать два непересекающихся несущих винта, которые вращаются в противоположных направлениях, так что крутящий момент, создаваемый одним ротором, уравновешивает крутящий момент, создаваемый другим. Такие конфигурации обычно встречаются на тяжелых вертолетах, таких как CH-47 Chinook с тандемным расположением винтов .

Конструкция конвертоплана , изображенная на V-22 Osprey , представляет собой вариант конструкции поперечного несущего винта, где несущие винты установлены в наклоняемых гондолах на концах неподвижных крыльев . Это позволяет роторам вместо этого служить пропеллерами при полете вперед на полной скорости.

Коаксиальный. В других конструкциях, таких как Камов Ка-50 и Sikorsky X2, используются соосные несущие винты, вращающиеся в противоположных направлениях , что означает, что оба винта вращаются вокруг одной оси, но в противоположных направлениях. Сложность любой системы с двойным несущим винтом почти всегда требует добавления электродистанционной системы управления полетом, что резко увеличивает затраты.
Сцепляющиеся роторы также вращаются в противоположных направлениях, но лопасти вращаются в зазорах между противоположными лопастями, поэтому роторы могут пересекать путь друг друга, не сталкиваясь. Изобретён Антоном Флеттнером и использован в Flettner Fl 282 . ^[2] Kaman HH-43 Huskie и Kaman K-MAX .
Наконечник реактивного самолета . Другой способ устранить эффект крутящего момента, создаваемого винтокрылом, - это установить двигатель на законцовках винтокрыла, а не внутри самого вертолета; это называется реактивная струя . Одним из примеров вертолета, использующего такую систему, является NHI H-3 Kolibrie , который имел прямоточный воздушно-реактивный двигатель на каждой из двух законцовок крыла и вспомогательную силовую установку для раскрутки несущего винта перед запуском прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Другим примером может быть Fairey Rotodyne . Кроме того, винты без двигателя, используемые в автожирах , гиродинах и производных концепциях, также не нуждаются в рулевом винте, хотя почти всем моделям, использующим эту концепцию движения, так или иначе требуется второй пропеллер, чтобы начать движение вперед.

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^[3]

^ Дэйв Джексон. « Динамика полета — определения и алгоритмы. Архивировано 1 ноября 2016 г. на Wayback Machine ». UniCopter , 29 января 2013 г. Доступ: 19 ноября 2013 г.
^ Бойн, Уолтер Дж. (2011). Как вертолет изменил современную войну . Пеликан Паблишинг. п. 45. ИСБН 978-1-58980-700-6 .
^ Справочник по полетам на винтокрылых машинах (PDF) . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: Федеральное управление гражданской авиации США . 2000. стр. 1-2 и 5-3. ISBN 1-56027-404-2 . ФАА-8083-21.

[1] Дэйв Джексон. « Динамика полета — определения и алгоритмы. Архивировано 1 ноября 2016 г. на Wayback Machine ». UniCopter , 29 января 2013 г. Доступ: 19 ноября 2013 г.

[2] Бойн, Уолтер Дж. (2011). Как вертолет изменил современную войну . Пеликан Паблишинг. п. 45. ИСБН 978-1-58980-700-6 .

[FAA-3] Справочник по полетам на винтокрылых машинах (PDF) . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия: Федеральное управление гражданской авиации США . 2000. стр. 1-2 и 5-3. ISBN 1-56027-404-2 . ФАА-8083-21.

[1]

[2]

[3]