книги / Тайна автожира

Силовая установка – двигатель Аллисон, приводящий на висении центробежный компрессор. Сжатый воздух, проходя по трубопроводам, попадает через гибкий рукав в распределительное устройство, охватывающее вал н.в. (фиг. 8).

Фиг. 7. Пропульсивная система вертолета «Спринтер»:

1 – вертолетный режим; П – переходный режим; Ш – режим автожира (крейсерский полет); 1 – н.в.; 2 – редуктор;

3 – вентиляторы;

4 – компрессор.

Из распределителя вал через гибкие шланги попадает в комлевую часть шарнирно подвешенных лопастей. На концах лопастей горячий воздух, нагретый до 127 ◦ С, при перепаде давления истекает через щелевые сопла, вписанные в обводы концевых частей лопастей (фиг. 9), и приводит н.в. на висении и в полете на малой скорости. Проектом предусмотрена установка планетарного редуктора с малым передаваемым крутящим моментом, двух конических шестерен для привода вентиляторов и

51

тормозного переключающегося устройства на валу компрессора для подачи мощности на компрессор или на вентиляторы.

Для перехода к горизонтальному полету летчик сообщает машине ускорение обычным путем – наклоняя несущий винт вперед. При увеличении скорости вентиляторы с фиксированными лопастями раскручиваются под действием набегающего потока. На

Фиг. 8. Втулка н.в. вертолета «Спринтер» Фиг. 9. Щелевое сопло на конце лопасти с воздушно-распределительным устройством вписанное в обводы лопасти

скоростях в пределах 55-75 км/час летчик может продолжать полет по – вертолетному до скорости 185 км/час не включая вентиляторы, или включив вентиляторы может совершать полет в режиме крейсера, увеличивая горизонтальную скорость до 250 км/час. Так как вентиляторы раскручиваются заблаговременно, то переход на полные обороты занимает всего 0.5 секунды.

52

В таблице 2.9 приводятся весовые и прочие характеристики комбинированного вертолета Н3.

Весовые и прочие данные

Таблица 2.9

Взлетный вес 980 кг складываетсяиз весапустоймашины490 кг плюс веса топлива при полезной нагрузке 270 кг.

При максимальном взлетном весе и полете в стандартных условиях ISA на уровне моря максимальная крейсерская скорость равна 250 км/час, нормальная крейсерская скорость 240 км/час, скороподъемность в установившемся режиме 118 м/мин, наивыгоднейшая скороподъемность 400 м/мин и дальность при максимальной крейсерской скорости 500 км с 10-минутным

динамический взлет и набор высоты, которые оказываются

53

возможными благодаря большому весу лопастей и, соответственно, значительному моменту инерции. При раскрутке с малым шагом до максимального числа оборотов винт накапливает большое количество кинетической энергии, которую можно использовать в дополнение к нормальной мощности силовой установки. Динамический взлет выполняется при постепенном

увеличении шага с целью полного использования запасенной энергии. Этим обеспечивается избыточная подъемная сила, и вертолет может совершать вертикальный набор высоты со скоростью более 490 м/мин. На высоте 85 м накопленная винтом энергия расходуется полностью и машина продолжает вертикально набирать высоту с нормальной установившейся скоростью. Следует отметить, что динамический взлет отличается от прыжкового взлета тем, что в первом случае к н.в. подводится полная мощность на протяжении выполнения всего взлетного маневра, а при прыжковом взлете н.в. мощность не потребляет.

Несмотря на большой момент инерции, разгон н.в. до максимальной скорости происходит всего лишь за 8 секунд, т.к. при нулевых оборотах к винту подводится полная мощность.

Чтобы получить высокое значение коэффициента совершенства н.в. на висении с приводом холодного цикла поперечное сечение лопасти рассчитывалось таким образом, чтобы обеспечить, по возможности, максимальную площадь сечения трубопровода. Сечение лопасти показано на фиг. 11, отношение площади сечения

воздухопровода к

Фиг. 11.Поперечное сечение комля лопасти н.в. вертолета Н3

площади поперечного сечения лопасти равно 60%. При таком отношении можно использовать профиль с 15% относительной толщиной при коэффициенте заполнения - 5.5%, что согласуется

54

с требованиями выполнения горизонтального полета и висения. Отсюда следует, что представленный проект по сравнению с другими проектами н.в. с приводом холодного цикла, характеризуется рядом значительных улучшений. Лопасть представляет собой сложную конфигурацию из тонколистового металла, склеиваемую за одну операцию.

Дальнейшей работе над проектом предшествовало тщательное сравнение потребных мощностей для Спринтера и чистого вертолета с обычным вальным приводом несущего и хвостового винтов. Анализ показал, что потребная результирующая сила на скоростях 240 км/час у н.в. с вальным приводом была на 27% выше из-за:

-отрицательной подъемной силы фюзеляжа;

-наклона диска н.в. для создания пропульсивной силы;

-дополнительного вредного сопротивления;

-сопротивления вследствие интерференции хвостового винта и хвостовой балки.

Уавторотирующего н.в. вследствие более низкой результирующей силы, наступление срыва и рост лобового сопротивления замедляются, этим объясняется меньшее потребление мощности. Кроме того, достигается не только 4% экономия мощности (благодаря устранению вредного сопротивления хвостового винта), но экономится еще 3-3.5% мощности затрачиваемой обычно на привод хвостового винта.

На фиг. 12 показано распределение расчетных углов атаки лопасти для 2-х исследованных случаев.

Можно отметить более благоприятное распределение углов атаки у авторотирующего н.в., чем и обусловливается его более высокое аэродинамическое качество.

Витоге сделано заключение о том, что поскольку тяговый к.п.д. воздушных винтов или вентиляторов превышает 70%, то на скоростях выше 200 км/час общий к.п.д. системы привода разрабатываемого вертолета превысит к.п.д. привода эквивалентной машины с вальным приводом

55

Фиг. 12. Распределение углов атаки по диску н.в. при коэффициенте перегрузки n=2.87:

1– скорость 240 км/час;

2– направление полета;

3– режим авторотации;

4– вертолетный режим.

Общеизвестно, что простое сравнение характеристик не является достаточным для объявления преимуществ одной машины перед другой. Необходимо сопоставить также взлетные веса и величины прямых эксплуатационных расходов. Качественный уровень разработки каждого проекта является также одним из факторов, влияющих на конечный результат. Но фирма была удовлетворена тем, что ей удалось разработать, если не лучший, то, по крайней мере, конкурентоспособный проект.

56

После многолетней тщательной подготовки проект был остановлен, т. к. вертолеты с механическим приводом к тому времени начали быстро развиваться в связи с появлением мощных и легких реактивных двигателей.

Рис.2.19. Н-3

Avian 2/180 «Gyroplane», сертифицированный двухместный автожир вертикального взлета, 1968, Канада [6].

Серийное производство этих автожиров так и не было развернуто, несмотря на успешное прохождение всех испытаний. Вместо этого правительство заказало проект небольшого вертолета. Подробно описание конструкции и истории создания «Авиана» приведено в 4.Тяжелые легкие лопасти.

57

Рис.2.20. Авиан

Rabouyt D-2, двухместный автожир, взлетающий вертикально, 1971, Франция[6].

Впервые был показан на авиасалоне в Париже в 1971 г. D 2 является двухместным автожиром. Он взлетает вертикально, как вертолет, во всех других режимах полета несущий винт работает в режиме авторотации. Для движения вперед усилие от двигателя передаетсянатолкающийотунелованныйвоздушныйвинт. Управление полетомосуществляетсянаклономосивращенияротора. Управлениена землеосуществляется педалями, соединеннымисрулемнаправления. В полетепедалинеиспользуются.

Сообщается, что подход к месту посадки осуществляется совершенно безопасно на скорости 30 км/час без риска войти в штопор и падения. D 2 былпервоначальнооборудовандвигателемнедостаточной мощностии входе испытаний былпереоборудован. Нанемустановили авиационныйдвигательмощностью150 л.с.

Двухлопастный полужесткий ротор оборудован механизмом, ограничивающим моментную вибрацию. Лопасти с постоянной хордой из древесной склейки, покрыты стеклотканью на эпоксидной смоле. Не считая фазы вертикального взлета, ротор постоянно находится в авторотации, такчтовслучаелюбойполомкиаппаратможетсовершить посадкуснулевойскоростью.

Для горизонтального полета двигатель связан с четырехлопастным отунелованным воздушным винтом изменяемого

58

шага, синхронизованнымсшагомнесущеговинта.

Фюзеляжсделанпотипуподвесногооборудования, изтрубхромванадиевойсталисэпоксиднымпокрытием.

Хвостовое оперение имеет только вертикальные плоскости, включая маленький киль и большой руль направления, поддерживаемыйбалкой, идущейотнижнейчастифюзеляжа.

Неубирающееся трехколесное шасси с обтекателями на задних колесах. Носовое колесо соединено с рулем направления через педали дляуправленияназемле.

Места для двух членов экипажа расположены рядом, в полностью

закрывающейся кабине. Вход через открывающиеся вперед двери с каждойстороныкабины.

59

B-8MJ, одноместныйавтожир Бенсенас«прыжковым» стартом. Оборудован специальной втулкой с ДВС (мотовтулкой), первый полет – 1977 г., США [4].

Опыт показал, что В-7М вяло выполнял команды пилота, что энерговооруженность аппарата недостаточна, что нужен более мощный двигатель и В-8М оснастили 72-сильным двухтактным двигателем. В-8М стал наиболее известной и повторяемой моделью Бенсена. Фирма продавала чертежи по цене $30 или набор для сборки за $995, двигатель можно было приобрести по цене от $495 до $1195. Для сборки требовалось около 40 человеко-часов [1].

Летно – технические характеристики B-8M

Таблица 2.11