Соосно-винтовой самолет

Соосно -винтовой самолет — летательный аппарат которого , несущие винты установлены один над другим на концентрических валах, имеющих одну и ту же ось вращения, но вращающиеся в противоположные стороны ( встречно-вращающиеся ).

Такая конфигурация несущего винта является особенностью вертолетов российского вертолетостроительного Камов» бюро « .

История

Идея соосных винтов принадлежит Михаилу Ломоносову . В июле 1754 года он разработал небольшую модель вертолета с соосными несущими винтами и продемонстрировал ее Российской академии наук . ^{[ 1 ]}

В 1859 году Британское патентное ведомство выдало Генри Брайту патент на первый вертолет за его соосную конструкцию. С этого момента вертолеты соосной схемы превратились в полностью работоспособные машины, какими мы их знаем сегодня. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Два новаторских вертолета, D'AT3, построенный Коррадино Д'Асканио середины 1930-х годов в 1930 году, и, в целом, более успешный французский Gyroplane Laboratoire , оба использовали для полета соосные роторные системы.

Рекомендации по проектированию

Наличие двух соосных комплектов несущих винтов обеспечивает симметричность сил вокруг центральной оси подъема аппарата и поперечных при полете в любом направлении. Из-за механической сложности во многих конструкциях вертолетов используются альтернативные конфигурации, чтобы избежать проблем, возникающих при использовании только одного несущего винта. Распространенными альтернативами являются вертолеты с одним винтом или тандемные винты .

Крутящий момент

Одной из проблем любого отдельного набора лопастей несущего винта является крутящий момент (сила вращения), действующая на вертолета фюзеляж в направлении, противоположном лопастям несущего винта. Этот крутящий момент заставляет фюзеляж вращаться в направлении, противоположном лопастям несущего винта. В одновинтовых вертолетах рулевой или рулевой винт противодействует крутящему моменту несущего винта и управляет вращением фюзеляжа.

Соосные роторы решают проблему крутящего момента несущего винта за счет вращения каждого набора роторов в противоположных направлениях. Противоположные крутящие моменты роторов нейтрализуют друг друга. Вращательное маневрирование, управление рысканьем , осуществляется за счет увеличения общего шага одного несущего винта и уменьшения общего шага другого. Это вызывает контролируемую асимметрию крутящего момента.

Диссимметрия подъема

Асимметрия подъемной силы — это аэродинамическое явление, вызванное вращением несущих винтов вертолета при прямом полете. Лопасти ротора обеспечивают подъемную силу, пропорциональную количеству обтекающего их воздуха. Если смотреть сверху, лопасти несущего винта движутся в направлении полета половину оборота (наступающая половина), а затем движутся в противоположном направлении на оставшуюся часть вращения (отступающая половина). Лопасть несущего винта создает большую подъемную силу в наступающей половине. Когда лопасть движется в направлении полета, движение самолета вперед увеличивает скорость воздуха, обтекающего лопасть, пока она не достигнет максимума, когда лопасть перпендикулярна относительному ветру . В то же время лопасть несущего винта в отходящей половине создает меньшую подъемную силу. Когда лопасть отклоняется от направления полета, скорость воздушного потока над лопастью несущего винта уменьшается на величину, равную скорости движения самолета, достигая максимального эффекта, когда лопасть несущего винта снова становится перпендикулярной относительному ветру. Коаксиальные роторы позволяют избежать эффекта асимметрии подъемной силы за счет использования двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях, в результате чего лопасти выдвигаются одновременно с обеих сторон.

Другие преимущества

Еще одним преимуществом соосной конструкции является увеличение полезной нагрузки при той же мощности двигателя; хвостовой винт обычно тратит часть доступной мощности двигателя, которая была бы полностью посвящена подъемной силе и тяге при соосной конструкции. Пониженный уровень шума – главное преимущество конфигурации; Часть громкого «шлепающего» звука, связанного с обычными вертолетами, возникает из-за взаимодействия потоков воздуха от несущего и рулевого винтов, которое в некоторых конструкциях может быть серьезным. Кроме того, вертолеты, использующие соосные несущие винты, как правило, более компактны (с меньшей площадью основания на земле), хотя и ценой увеличенной высоты, и, следовательно, их можно использовать в районах, где пространство ограничено; несколько конструкций Камова используются на флоте , будучи способными действовать из ограниченного пространства на палубах кораблей, в том числе кораблей, не являющихся авианосцами (примером являются крейсеры класса "Кара" российского ВМФ, которые несут Ка-25 "Гормон" 'вертолет как часть стандартного оборудования). Еще одним преимуществом является повышение безопасности на земле; отсутствие хвостового винта исключает основной источник травм и гибели наземных экипажей и прохожих. ^{[ нужна ссылка ]}

Недостатки

Увеличивается механическая сложность втулки несущего винта. Рычаги и автоматы перекоса для двух несущих систем необходимо собирать на мачте, что сложнее из-за необходимости вращать два несущих винта в противоположных направлениях. Из-за большего количества движущихся частей и сложности система соосного ротора более подвержена механическим неисправностям и возможным отказам. ^{[ нужна ссылка ]} По мнению критиков, вертолеты соосной схемы также более склонны к «хлестанию» лопастей и самостолкновению лопастей. ^{[ 4 ]}

Коаксиальные модели

Присущая системе стабильность и быстрая реакция на управление делают ее подходящей для использования в небольших радиоуправляемых вертолетах . Эти преимущества достигаются за счет ограниченной скорости движения и более высокой чувствительности к ветру. Эти два фактора особенно ограничивают использование на открытом воздухе. Такие модели обычно имеют фиксированный шаг (т. е. лопасти не могут вращаться по своим осям для разных углов атаки), что упрощает модель, но исключает возможность компенсации с помощью коллективного ввода. Компенсация даже малейшего ветерка заставляет модель подниматься, а не лететь вперед даже при полном использовании циклического управления .

Коаксиальные мультикоптеры

мультироторного типа Беспилотные летательные аппараты существуют в многочисленных конфигурациях, включая дуокоптер, ^{[ 5 ]} трикоптер, квадрокоптер , гексакоптер и октокоптер. Все они могут быть модернизированы до соосной конфигурации, чтобы обеспечить большую стабильность и время полета, одновременно позволяя нести гораздо больше полезной нагрузки без увеличения веса. Действительно, соосные мультироторы состоят из того, что на каждом рычаге установлены два двигателя, обращенные в противоположные стороны (один вверх и один вниз). Таким образом, благодаря соосной конфигурации можно иметь четырехосный октороторный планер. Дуокоптеры характеризуются двумя двигателями, расположенными по вертикальной оси. Управление осуществляется путем соответствующего ускорения одной лопасти несущего винта для целевого создания тяги во время вращения. Большая подъемная сила для большей полезной нагрузки объясняет, почему соосные мультикоптеры предпочтительны почти для всех коммерческих применений БПЛА с большой полезной нагрузкой . ^{[ 6 ]}

Снижение опасности полета

Министерство транспорта США опубликовало «Базовый справочник по вертолетам». Одна из глав в нем называется «Некоторые опасности полета на вертолете». Перечислены десять опасностей, показывающие, с чем приходится иметь дело типичному одновинтовому вертолету. Коаксиальная конструкция ротора либо уменьшает, либо полностью устраняет многие из этих опасностей. В следующем списке указано, что:

Согласование с властью — Снижено
Срыв отходящего лезвия — уменьшено
Среднечастотные вибрации — Снижены
Высокочастотные вибрации — Нет
Отказ антикрутящей системы при прямом полете — Устранено.
Отказ антикрутящей системы при висении — Устранено.

Снижение и устранение этих опасностей являются сильными сторонами безопасности конструкции соосного ротора. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Список вертолетов соосной схемы

Бендикс Модель К (1945)
Брантли Б-1 (1946)
Бендикс Модель J (1946)
Бреге G.111 (1949)
Лаборатория автожиров Бреге-Дорана (1936 г.)
Сьерва CR Твин (1969)
Крэнфилд Головокружение (1987)
Орлиный окунь (1998)
Электроэрозионная обработка Aerotec CoAX 2D/2R
Гиродин QH-50 DASH
Хиллер XH-44 (1944 г.)
Kamov Ka-8 (1947)
Kamov Ka-10 (1949)
Kamov Ka-15 (1953)
Kamov Ka-18 (1955)
Kamov Ka-25 (1963)
Kamov Ka-26 (1965)
Kamov Ka-27 (1974)
Камов 50-й (1982 и 1997 годы 52-й)
Kamov Ka-92
Kamov Ka-126 (1988)
Kamov Ka-226 (1997)
Манзолини Стрекоза (1952)
Феникс Скайблэйзер (2011)
Сикорский С-69 (1973)
Сикорский Х2 (2008)
Сикорский С-97
Сикорский/Боинг SB-1 Defiant
Вагнер Аэрокар
Марсианский вертолет Ingenuity (2021)

См. также

Ссылки

^ Лейшман, Дж. Гордон (2006). Основы аэродинамики вертолета. Издательство Кембриджского университета. п. 8. ISBN 0-521-85860-7
^ Технический документ НАСА 3675. Архивировано 22 мая 2012 г. в Wayback Machine.
^ История полетов вертолетов. Архивировано 13 июля 2014 г. в Wayback Machine , Дж. Гордон Лейшман. Профессор аэрокосмической техники, Университет Мэриленда, Колледж-Парк.
^ "На юго-востоке Москвы разбился новый боевой вертолет" . BBC . Retrieved 5 November 2013 .
^ «DuoCopter, идеальный дрон» . www.research-drone.com . Проверено 13 ноября 2021 г.
^ «Конфигурации многороторной рамы» . Коптеркрафт . Проверено 23 декабря 2015 г.
^ Коаксиальные преимущества
^ Аэродинамические особенности вертолетов соосной конфигурации

Внешние ссылки

Сайт истории вертолетов

[1] Лейшман, Дж. Гордон (2006). Основы аэродинамики вертолета. Издательство Кембриджского университета. п. 8. ISBN 0-521-85860-7

[2] Технический документ НАСА 3675. Архивировано 22 мая 2012 г. в Wayback Machine.

[3] История полетов вертолетов. Архивировано 13 июля 2014 г. в Wayback Machine , Дж. Гордон Лейшман. Профессор аэрокосмической техники, Университет Мэриленда, Колледж-Парк.

[BBC_crash-4] "На юго-востоке Москвы разбился новый боевой вертолет" . BBC . Retrieved 5 November 2013 .

[5] «DuoCopter, идеальный дрон» . www.research-drone.com . Проверено 13 ноября 2021 г.

[6] «Конфигурации многороторной рамы» . Коптеркрафт . Проверено 23 декабря 2015 г.

[7] Коаксиальные преимущества

[8] Аэродинамические особенности вертолетов соосной конфигурации

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]