Коаксиальный роторный самолет

Коаксиальный роторный самолет -это самолет которых , роторы установлены одно над другим на концентрических валах, с той же осью вращения, но поворачиваясь в противоположных направлениях ( противопоставленные ).

Эта конфигурация ротора является функцией вертолетов, созданных российским бюро Камова вертолета дизайна .

История

Идея коаксиальных роторов возникает с Михаилом Ломоносовым . Он разработал небольшую модель вертолета с коаксиальными роторами в июле 1754 года и продемонстрировал ее Российской академии наук . ^{[ 1 ]}

В 1859 году Британское патентное управление наградило первый патент на вертолете Генри Брайту за его коаксиальный дизайн. С этого момента коаксиальные вертолеты превратились в полностью эксплуатационные машины, как мы их знаем сегодня. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Два новаторских вертолета, Corradino d'Ascanio -построенный «D'At3» от 1930 года и, как правило, более успешные французские гироплановые лаборатории в середине 1930 -х годов , оба использовали системы коаксиальных ротора для полета.

Соображения дизайна

Наличие двух коаксиальных наборов роторов обеспечивает симметрию сил вокруг центральной оси для подъема транспортного средства и в боковом направлении при полете в любом направлении. Из -за механической сложности многие конструкции вертолета используют альтернативные конфигурации, чтобы избежать проблем, возникающих при использовании только одного основного ротора. Общие альтернативы-однопользовые вертолеты или тандемные композиции ротора .

Крутящий момент

Одной из проблем с любым одним набором лопастей ротора является крутящий момент (вращательная сила), возникающая на вертолета фюзеляже в направлении, противоположном лопастям ротора. Этот крутящий момент заставляет фюзеляж вращаться в направлении, противоположном лопастям ротора. В одном роторе вертолеты антиторкный ротор или хвостовой ротор противодействуют крутящему моменту главного ротора и контролирует вращение фюзеляжа.

Коаксиальные роторы решают проблему крутящего момента главного ротора, поворачивая каждый набор роторов в противоположных направлениях. Противоположные крутящие моменты от роторов отменяют друг друга. Вращательное маневрирование, контроль рыскания , достигается путем увеличения коллективного шага одного ротора и уменьшения коллективного шага с другой. Это вызывает контролируемую диссимметрию крутящего момента.

Диссимметрия подъема

Диссимметрия подъема является аэродинамическим явлением, вызванным вращением роторов вертолета в прямом полете. Лезвия ротора обеспечивают подъем, пропорциональный количеству воздуха, текущего над ними. При просмотре сверху лезвия ротора движутся в направлении полета для половины вращения (наступающая половина), а затем движутся в противоположном направлении для оставшейся части вращения (отступление половины). Лезвие -ротор производит больше подъема в продвинутой половине. Когда лезвие движется в направлении полета, переднее движение самолета увеличивает скорость воздуха, текущего вокруг лезвия, пока не достигнет максимума, когда лезвие перпендикулярно относительному ветру . В то же время лезвие ротора в отступающей половине создает меньше подъема. Когда лезвие отодвигается от направления полета, скорость воздушного потока над лезвием ротора уменьшается на количество, равное прямой скорости самолета, достигая максимального эффекта, когда лезвие ротора снова перпендикулярно относительному ветру. Коаксиальные роторы избегают влияния диссимметрии подъема за счет использования двух роторов, поворачивающихся в противоположных направлениях, в результате чего лопасти продвигаются с обеих сторон одновременно.

Другие преимущества

Другое преимущество, возникающее в результате коаксиальной конструкции, включает в себя повышенную полезную нагрузку для той же мощности двигателя; Хвостовой ротор обычно тратит впустую часть доступной мощности двигателя, которая была бы полностью посвящена подъему и утянувшемуся с коаксиальной конструкцией. Пониженный шум является основным преимуществом конфигурации; Некоторые из громких «порка», связанного с обычными вертолетами, возникает в результате взаимодействия между воздушными потоками от основных и хвостовых роторов, которые в некоторых конструкциях могут быть серьезными. Кроме того, вертолеты, использующие коаксиальные роторы, имеют тенденцию быть более компактными (с меньшей площадью на земле), хотя по цене повышения высоты и, следовательно, имеют использование в областях, где пространство находится на премии; Несколько конструкций Kamov используются в военно-морских ролях, способных работать из ограниченных пространств на палубах кораблей, включая корабли, отличные от авианосцев (примером являются крейсеры кара-класса российского флота, которые несут гормон кара-25 ' «Вертолет как часть их стандартного оборудования). Еще одним преимуществом является повышение безопасности на местах; Отсутствие хвостового ротора устраняет основной источник травм и погибших для наземных экипажей и свидетелей. ^{[ Цитация необходима ]}

Недостатки

Существует повышенная механическая сложность концентратора ротора. Связи и смазочные пластины для двух систем ротора должны быть собраны на вершине мачты, что является более сложным из -за необходимости управлять двумя роторами в противоположных направлениях. Из -за большего количества движущихся частей и сложности система коаксиального ротора более подвержена механическим разломам и возможным разрушением. ^{[ Цитация необходима ]} По словам критиков, коаксиальные вертолеты также более склонны к «взбиты» лезвий и лезвий. ^{[ 4 ]}

Коаксиальные модели

Присужденная стабильность системы и быстрый отклик в управлении делают ее подходящей для использования в небольших радиоуправляемых вертолетах . Эти преимущества поступают за счет ограниченной вперед скорости и более высокой чувствительности к ветру. Эти два фактора особенно ограничивают на открытом воздухе. Такие модели обычно представляют собой фиксированную перенос (т.е. лопасти не могут быть вращаются на своих осях для разных углов атаки), упрощая модель, но устраняет способность компенсировать коллективным вводом. Компенсирование даже малейшего ветеда заставляет модель подниматься, а не летать вперед даже с полным применением циклического .

Коаксиальные многооруженные

Многородные типы беспилотных летательных аппаратов существуют в многочисленных конфигурациях, включая Duocopter, ^{[ 5 ]} Трикоптер, квадрокоптер , гексакоптер и окнокоптер. Все они могут быть обновлены до коаксиальной конфигурации, чтобы обеспечить большую стабильность и время полета, позволяя перевозить гораздо большую полезную нагрузку, не набирая слишком большого веса. Действительно, коаксиальные мультироторы производятся, если каждая рука с двумя двигателями, обращенными в противоположные направления (один вверх и один вниз). Следовательно, можно иметь квадросис оси, Octorotor Airframe благодаря коаксиальной конфигурации. Дуокоптеры характеризуются двумя двигателями, выровненными по вертикальной оси. Контроль выполняется путем соответствующего ускорения единого лезвия ротора для целевой генерации тяги во время революции. Наличие большей подъемной мощности для большей полезной нагрузки объясняет, почему коаксиальные мультироторы предпочтительнее практически для всех коммерческих приложений БАС . ^{[ 6 ]}

Снижение опасности полета

Министерство транспорта США опубликовало «Руководство по базовым вертолетам». Одна из глав в нем называется «Некоторые опасности полета вертолета». Десять опасностей были перечислены, чтобы указать, с чем должен иметь дело типичный вертолет с одним ротором. Конструкция коаксиального ротора либо уменьшает, либо полностью устраняет многие из этих опасностей. В следующем списке указывается, кто:

Оседание с властью - уменьшено
Отступающий прилавок лезвия - уменьшен
Средние частотные вибрации - уменьшены
Высокочастотные вибрации - нет
Отказ системы против крутящего момента в прямом полете - устранен
Отказ системы против крутящего момента во время колебания - устранена

Снижение и устранение этих опасностей являются сильными точками для безопасности конструкции коаксиального ротора. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Список коаксиальных вертолетов ротора

Bendix Model K (1945)
Branty B-1 (1946)
Bendix Model J (1946)
Bréguet G.111 (1949)
Лаборатория Breguet-Dorand Gyroplane (1936)
Cierva CR Twin (1969)
Cranfield Vertigo (1987)
Eagle's Perch (1998)
EDM Aerotec Coax 2D/2R
Гиродин QH-50 Dash
Hiller XH-44 (1944)
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)
Cumble - 50 (1982 и 1997)
Kamov Ka-92
Kamov Ka-126 (1988)
Kamov Ka-226 (1997)
Манзолини Либеллула (1952)
Феникс Skyblazer (2011)
Sikorsky S-69 (1973)
Sikorsky X2 (2008)
Sikorsky S-97
Sikorsky/Boeing SB-1 Defiant
Вагнер Аэрокарт
Марс вертолетный изобретательность (2021)

Смотрите также

Ссылки

^ Leishman, J. Gordon (2006). Принципы вертолетной аэродинамики. Издательство Кембриджского университета. п. 8 ISBN 0-521-85860-7
^ Технический документ NASA 3675 Архивировал 2012-05-22 на The Wayback Machine
^ История полета вертолета Архивирована 2014-07-13 на The Wayback Machine , J. Gordon Leishman Профессор аэрокосмической инженерии, Университет Мэриленда, Колледж Парк.
^ "На юго-востоке Москвы разбился новый боевой вертолет" . BBC . Retrieved 5 November 2013 .
^ «Дуокоптер, идеальный беспилотник» . www.research-rone.com . Получено 2021-11-13 .
^ «Конфигурации мультироторной кадры» . Коптеркрат . Получено 23 декабря 2015 года .
^ Коаксиальные преимущества
^ Аэродинамические функции вертолетов коаксиальной конфигурации

Внешние ссылки

Сайт истории вертолета

[1] Leishman, J. Gordon (2006). Принципы вертолетной аэродинамики. Издательство Кембриджского университета. п. 8 ISBN 0-521-85860-7

[2] Технический документ NASA 3675 Архивировал 2012-05-22 на The Wayback Machine

[3] История полета вертолета Архивирована 2014-07-13 на The Wayback Machine , J. Gordon Leishman Профессор аэрокосмической инженерии, Университет Мэриленда, Колледж Парк.

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

[5] «Дуокоптер, идеальный беспилотник» . www.research-rone.com . Получено 2021-11-13 .

[6] «Конфигурации мультироторной кадры» . Коптеркрат . Получено 23 декабря 2015 года .

[7] Коаксиальные преимущества

[8] Аэродинамические функции вертолетов коаксиальной конфигурации

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]