Из чего сделан винт у вертолета. Вертолеты

Летом прошлого года мне довелось в Ростове-на-Дону наблюдать соревнования спортсменов-вертолетчиков. Кроме привычных одновинтовых машин конструкции М. Миля в соревнованиях участвовали двухвинтовые вертолеты Ка-26 с короткими лопастями. Эти машины, видимо, только начали поступать в аэроклубы. О самом вертолете Ка-26 журнал в прошлом году писал, но о его лопастях почти ничего не было сказано.

Прошу рассказать о конструкции лопастей вертолета Ка-26 и о том, из чего и как они изготовляются.

Ответ:

Действиетельно, многоцелевой сосный двухдвигательный вертолет Ка-26, широко использующийся в народном хозяйстве, недавно начали осваивать и спортсмены ДОСААФ. Впервые эти машины участвовали в соревнованиях вертолетчиков в 1977 году. Особенность конструкции Ка-26, его силовой установки и несущих винтов, расположенных один над другим и вращающихся в противоположных направлениях, позволяли спортсменам без особого напряжения выполнять все упражнения, предусмотренные программами соревнований.

Лопасти несущих винтов вертолета Ка-26, как и других винтокрылых аппаратов, подвергаются в полете сложным переменным нагрузкам. Их конструкция и технология производства существенно влияют на тактико-технические и экономические характеристики всего вертолета, его надежность. Поэтому совершенствованию лопастей и несущей системы в целом уделяется постоянное внимание.

Лопасть несущего винта современного вертолета представляет собой довольно сложную конструкцию (см. рисунок) из специальных материалов, обеспечивающих высокую надежность при относительно малом весе. Основным силовым элементом лопасти Ка-26 является лонжерон из стеклопластика. Ее узел крепления изготовлен из специальной стали, выдерживающей высокие знакопеременные нагрузки. После механической обработки он для повышения надежности подвергается поверхностному упрочнению. К лонжерону узел крепится болтами и особым клеем. Носовая часть лонжерона, в которой расположен и центровочный груз, залитый в латунную око-ву, защищена от абразивного износа светоозоностойкой резиной. Вся лопасть Покрыта несколькими слоями перхлор-виниловой краски.

К задней части лонжерона приклеены хвостовые секции. Каждая секция состоит из тонкой стеклопластиковой обшивки и легкого пенопластового заполнителя.

Лонжерон лопасти прессуется в специальной пресс-форме из многих слоев стеклоткани с заполнением эпоксидными смолами. Затем он «печется» в автоклаве при строгом выдерживании заданных температуры, давления и времени. Кстати сказать в цехе, изготовляющем лопасти, поддерживается не только идеальная чистота, но и определенный микроклимат (температура, влажность). Все работают в белых халатах и перчатках, стремятся, чтобы ничего постороннего, даже пыль, не попала в элементы, входящие в конструкцию лопасти.

Высокая культура изготовления лопастей несущих винтов обеспечивает их надежность при достаточно большом гарантийном сроке эксплуатации. Этот срок установлен после всесторонних испытаний лопастей на специальных стендах, где имитируются нагрузки, которым лопасть подвергается на всех возможных режимах в реальном полете.

Эксплуатация лопастей сверх установленного ресурса не разрешается. Постоянный и бдительный контроль за их состоянием - важное условие безопасности полетов.

В наше время трудно представить жизнь без воздушного транспорта . Он прочно вошёл в быт народов нашей планеты, стал неотъемлемой частью представлений человека о стремительном прогрессе науки и техники. Гражданская авиация, как бы сблизившая страны и континенты, способствует развитию политического, экономического, культурного сотрудничества между государствами.

Наша авиация развивалась и мужала вместе со всей страной и ныне находит самое широкое применение во многих областях хозяйственного строительства, вносит большой вклад в укрепление экономического и оборонного могущества нашей Родины. Она поистине детище партии и народа. В её истории отразилась сама жизнь государства рабочих и крестьян - бурная, полная революционного динамизма, новаторской энергии, созидательной мощи.

Сегодня среди авиатранспортных предприятий и компаний мира первое место принадлежит Аэрофлоту , располагающему большим парком современных комфортабельных скоростных самолётов и вертолётов , хорошо оснащенному аэропортами на магистральных и местных воздушных трассах, осуществляющему полёты по разветвлённой сети внутренних и международных авиалиний.

Самолёты и вертолёты гражданской авиации заняты не только перевозкой пассажиров и различных грузов, но широко применяются во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Гул авиационных двигателей можно услышать над сельскохозяйственными и лесными угодьями, над стройками и таёжными посёлками геологов, над научными станциями Арктики и Антарктиды.

В феврале 1972 г. работники Аэрофлота, а вместе с ними вся страна отмечали 50-летие гражданской авиации СССР. «Созданная по инициативе В. И. Ленина гражданская авиация, - говорилось в приветствии ЦК КПСС, Президиума Верховного Совета СССР и Совета Министров СССР работникам Аэрофлота, - в результате заботы Коммунистической партии и Советского правительства, героического труда нашего народа превратилась в высокоразвитую отрасль народного хозяйства, оснащённую первоклассной авиационной техникой. Она успешно выполняет возложенные на неё задачи по перевозке пассажиров и грузов, оказывает большую помощь сельскому хозяйству и медицине, широко используется в охране лесных богатств и геологоразведочных работах».

Большую долю задач, поставленных перед Аэрофлотом XXIV съездом партии, выполняют вертолёты. Притом с появлением новых, более мощных и совершенных моделей вертолётов сфера их применения в народном хозяйстве неуклонно растёт.

Когда в Ле Бурже летом 1971 г. проходил 29-й Международный салон авиации и космонавтики, то на смотровой площадке рядом с советским вертолётом В-12 оказались два сверхзвуковых лайнера Ту-144 и «Конкорд ». Каково же было удивление посетителей, когда они увидели, что эти огромные самолёты свободно умещаются под мотогондолами вертолёта-гиганта. Он был одним из самых интересных экспонатов выставки, или, как писали в своих отчётах журналисты, звездой первой величины. Авиационных специалистов не так удивляли феноменальные лётно-технические данные вертолёта, сколько смелое, принципиально новое решение конструктивных проблем, связанных с компоновкой двигателей, созданием новых редукторов, трансмиссий, несущих винтов. Несколько мировых рекордов, установленных на В-12, и его успешный перелёт по странам Европы протяжённостью свыше семи тысяч километров - подтверждение высоких качеств грузолёта.

От первой модели вертолёта, созданной более двухсот лет тому назад великим русским ученым М. В. Ломоносовым, до современных многотонных вертолётов - таков путь развития винтокрылых машин.

С каждым годом вертолёты находят всё более широкое примеёнение в народном хозяйстве и в военном деле. Они используются как средство транспорта и связи в труднодоступных районах страны, для ледовой разведки, в сельском хозяйстве, для обслуживания экспедиций и рыболовного флота, при погрузке и разгрузке судов , несут в портах и гаванях лоцманскую и диспетчерскую службу. Широкое применение вертолёты нашли при составлении карт местности, для геофизической и геологической разведки, спасения людей во время наводнений и при других стихийных бедствиях. Вертолёты сыграли важную роль в осуществлении таких крупных геологических открытий, как якутские алмазы, тюменская нефть, газ Ямала.

На советских вертолётах установлены десятки мировых рекордов, многие из которых остаются непревзойдёнными и по сей день.

В предлагаемой читателю книге в популярной форме кратко рассказывается об истории создания вертолёта, его устройстве и применении в различных отраслях народного хозяйства и в военном деле. Книга рассчитана на широкой круг читателей, незнакомых с устройством вертолёта и принципами его полёта.

Глава I. Из истории создания вертолётов

Рис. 1. Воздухобежная машина М. В. Ломоносова

Рис. 2. Один из первых советских вертолётов ЦАГИ-1-ЭА

Рис. 3. Вертолёт конструкции И. П. Братухина 5-ЭА

Рис. 4. Вертолёт Ми-1 конструкции М. Л. Миля

Рис. 5. Вертолёт Ми-2 по всем показателям превзошёл своего предшественника

Рис. 6. Ми-8 - мощные советские вертолёты

Рис. 7. Вертолёт Ми-10 - летающий кран

Рис. 8. Вертолёт конструкции Н. И. Камова - Ка-18

Рис. 9. Вертолёт-гигант В-12

С древнейших времен человек мечтал подняться в воздух подобно птице. Велик путь воплощения этой мечты - от мифа о полете Икара к Солнцу и сказок о ковре-самолёте до сверхзвуковых полётов современных воздушных лайнеров и космических кораблей.

Идея создания вертолёта - одна из самых древних в истории полётов. Это подтверждается материалами, найденными в архивах Миланской библиотеки в середине XIX века. Среди них сохранились рисунки, сделанные рукой известного итальянского ученого и художника Леонардо да Винчи в 1475 г. В этих рисунках и подписях к ним высказывалась идея применения винта Архимеда при постройке летательного аппарата. Леонардо да Винчи предполагал осуществить вертикальный взлёт своей модели с помощью винта, вращающегося в горизонтальной плоскости. Но его проект был далёк от практического осуществления.

Первый опыт постройки действующей модели вертолёта осуществил в 1754 г. великий русский учёный М. В. Ломоносов. Занимаясь исследованием верхних слоёв атмосферы, учёный сконструировал небольшой летательный аппарат, способный поднимать в воздух метеорологические приборы. О конструктивных особенностях этого аппарата даёт представление чертёж, сделанный М. В. Ломоносовым. В небольшом лёгком корпусе помещалась часовая пружина, которая системой зубчатых колёс была соединена с двумя концентрическими валиками с прикреплёнными к ним двумя воздушными винтами, расположенными друг над другом (рис. 1).

Исследователи предполагают, что, работая над созданием этого аппарата, М. В. Ломоносов учёл реактивный момент, вызываемый вращением несущей системы, и уравновесил его путём расположения на одной оси двух винтов, вращающихся в противоположных направлениях. Такое расположение винтов в дальнейшем получило название соосной схемы и нашло широкое применение в практике вертолётостроения.

По чертежам М. В. Ломоносова была построена действующая модель машины, которую он продемонстрировал 1 июля 1754 года членам Российской Академии наук. «Высокопочтенный советник Ломоносов показал изобретённую им машину, называемую им аэродинамическою (то есть воздухобежной), - было записано в протоколе. - Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двум блокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположного конца. Как только пружина заводилась, машина поднималась на высоту и поэтому обещала достижения желаемого действия. Но это действие, по суждению изобретателя, ещё более увеличится, если будет увеличена сила пружины и если увеличить расстояние между той и другой парой крыльев, а коробка, в которой заложена пружина, будет сделана для уменьшения веса из дерева. Об этом он (Ломоносов) обещал позаботиться».

В те годы винт как устройство для приведения в движение транспортных средств, в том числе и судов, вообще не был известен и не использовался. М. В. Ломоносов впервые в истории предпринял попытку для подъёма в воздух летательного аппарата, что было для того времени большим достижением. Конечно, при недостаточном уровне развития техники в те годы построить модель большого размера из-за отсутствия мощного и надёжного двигателя было невозможно.

Многие изобретатели и умельцы в разных странах пытались строить летательные аппараты с машущими крыльями - орнитоптеры, то есть использовать решение, подсказанное самой природой. Однако их попытки не увенчались успехом, и до сих пор не построено ни одной птицекрылой машины, которая могла бы хорошо держаться в воздухе и обладала элементарными лётными характеристиками. Техническая задача создания птицекрылой машины оказалась исключительно сложной.

Многочисленные неудачи в этой области повернули мысль изобретателей к аппаратам с несущими винтами, которые приводятся в движение двигателями.

Во второй половине XIX века технический прогресс создал благоприятную обстановку для учёных и изобретателей, работающих в области воздухоплавания и авиации. Создание машины, способной подняться в воздух, стало реальным лишь после того, когда техника двигателестроения достигла сравнительно высокого уровня.

В 1869 г. известный русский электротехник А. Н. Лодыгин спроектировал первый «электролёт», который имел два воздушных винта. Один - несущий для создания вертикальной тяги, другой - тянущий для горизонтальной тяги. Для вращения винтов конструктор спроектировал специальный электродвигатель мощностью 300 л. с. Но этот проект из-за отсутствия необходимых средств не был осуществлён.

Большой вклад в изучение работы воздушных винтов для вертолётов внёс академик М. А. Рыкачев. Ещё в начале семидесятых годов прошлого столетия он построил специальный прибор для изучения силы тяги винта, вращающегося в горизонтальной плоскости. В конце XIX века в России появились первые теоретические работы о воздушных винтах и аэродинамике. Их авторами были известные русские учёные С. К. Джевецкий, Д. И. Менделеев, Н. Е. Жуковский, С. А. Чаплыгин, К. Э. Циолковский и другие.

Результаты первых работ по вертолётам в одной стране были мало известны в других странах, и часто развитие новых идей в этой области шло независимо и параллельно.

Ещё в начале 1907 г. русский военный инженер К. А. Антонов начал разработку проекта вертолёта, который был построен три года спустя. Два винтовых колеса состояли из отдельных алюминиевых треугольных пластин-лопастей, скреплённых двумя большими обручами. Лопасти винтов могли поворачиваться вокруг своих продольных осей. Изменяя по желанию углы атаки лопастей, можно было образовать из винтовых колёс своеобразный парашют. Небольшой винт должен был создавать вертолёту тягу, обеспечивающую горизонтальное перемещение. Аппарат был снабжён горизонтальным стабилизатором и рулём поворота. Гондола обнесена решёткой с перилами. Винтовые колёса приводились в движение бензиновым мотором мощностью 30-35 л. с., передающим одновременно движение винтам с помощью специального вала и зубчатой передачи. Аппарат был установлен на тележку, три колеса которой имели возможность поворачиваться. При испытаниях аппарат из-за маломощного двигателя не смог развить необходимой подъёмной силы и оторваться от земли.

Построенный в 1908 г. студентом Киевского политехнического института И. И. Сикорским вертолёт имел два двухлопастных винта, укреплённых на вертикальной оси на некотором расстоянии один от другого. Винты приводились в движение трёхцилиндровым бензиновым двигателем мощностью 12 л. с. Испытания показали, что мощность двигателя недостаточна для подъёма аппарата.

Несмотря на неудачу, Сикорский к весне 1910 г. построил второй геликоптер . Он имел два трёхлопостных винта и был снабжён более мощным двигателем в 25 л. с. Аппарат весил 180 кг. Но конструктор не довёл своих работ до конца над геликоптером, начав работать в области создания аэропланов .

В начале 1909 г. студент Московского высшего технического училища и деятельный участник воздухоплавательного кружка, впоследствии академик, заслуженный деятель науки и техники Б. Н. Юрьев разработал проект оригинального геликоптера. В средней части его корпуса должен был размещаться двигатель «Гном» мощностью 70 л. с. для вращения двух двухлопастных винтов. Верхний - диаметром 9 м и нижний - 3 м. Кроме того, аппарат имел рулевой винт с поворотными лопастями.

Для обеспечения управляемости и устойчивости геликоптера в полёте был предусмотрен так называемый автомат-перекос, позволявший изменять углы установки лопастей винта и благодаря этому наклонять аппарат в нужном направлении. Геликоптер был снабжён шасси для разбега и парашютом на случай остановки двигателя. Общий вес аппарата составлял 315 кг.

В конце 1909 г. Юрьев разработал второй вариант своего геликоптера. Но для него не удалось найти подходящего двигателя, так как потребная для взлёта мощность составляла 50 л. с. Единственным двигателем, которым располагал воздухоплавательный кружок при Московском высшем техническом училище, был «Анзани» мощностью 25-30 л. с. Юрьеву пришлось ещё раз переделать проект геликоптера, с тем чтобы можно было использовать единственный двигатель.

Лишь в начале 1912 г. был построен геликоптер Юрьева. Он был одновинтовым. Диаметр двухлопастного винта составлял 8 м. Реактивный момент несущего винта конструктор предложил компенсировать при помощи рулевого винта, установленного в конце хвостовой фермы. Он приводился во вращение основным двигателем с помощью специального передаточного механизма. Эта схема вошла в историю современного вертолётостроения как классическая схема одновинтовых вертолётов с хвостовым (рулевым) винтом.

Из-за малой мощности двигателя и необходимости максимально облегчить вес аппарата Юрьеву пришлось отказаться от установки автомата-перекоса и поворотных лопастей винта. Тем не менее аппарат весил 202,5 кг.

Весной 1912 г. этот вертолёт демонстрировался на 2-й Международной воздухоплавательной выставке в Москве, и ему была присуждена золотая медаль.

Однако, как писал сам Юрьев, «начатые опыты с этим вертолётом пришлось прекратить, так как произошла поломка главного вала из-за крайне неравномерного хода трёхцилиндрового четырёхтактного двигателя „Анзани“. Денег на продолжение работ у кружка не было…».

Задолго до аналогичных изобретений за рубежом Б. Н. Юрьеву удалось создать автомат-перекос, изучить авторотацию винтов и разработать проблему безопасности спуска аппарата в случае остановки двигателя. Им же были разработаны вопросы о поступательной скорости и грузоподъёмности геликоптера.

Вся история развития воздухоплавания и авиации в царской России отмечена тупым и безразличным отношением правительственных чиновников к судьбе того или иного изобретения, конструкции летательного аппарата. Даже в тех редких случаях, когда правительство давало средства на осуществление проекта, дело почти никогда не доводилось до конца. Достаточно было первой неудачи, поломки или аварии, чтобы конструкция или изобретение забраковывалось. Обычно царские чиновники, испуганные первой случайной неудачей, отказывались финансировать продолжение работ. Поэтому многие прекрасные проекты и уже построенные замечательные образцы обрекались на уничтожение. Так было с самолётом Можайского, с дирижаблем Костовича, с тяжёлым самолётом «Святогор» Слесарева и с многими другими изобретениями. Бездарность правительственных чиновников, общая техническая и экономическая отсталость страны тормозили развитие авиации в России. Лишь Великая Октябрьская социалистическая революция открыла широчайшие возможности для творческой деятельности отечественных учёных, конструкторов и изобретателей.

Становление и развитие нашей авиации неразрывно связано с именем В. И. Ленина. Ещё на заре строительства Советского государства вождь партии и народа прозорливо увидел в авиации одну из наиболее прогрессивных отраслей народного хозяйства, имеющую важное значение для будущего страны социализма. Уже тогда в тяжелейшей экономической обстановке, несмотря на разруху, В. И. Ленин и партия призвали рабочий класс, всех трудящихся незамедлительно приступить к созданию Красного Воздушного Флота. В делах Совета Труда и Обороны хранится немало документов по вопросам авиации, подписанных В. И. Лениным.

Надо было обладать гением великого Ленина, чтобы с удивительной точностью предсказать значение аэрофикации, ту огромную социальную роль, которую была призвана сыграть авиация в нашей необъятной стране.

Выполняя указания Владимира Ильича Ленина, советский народ, руководимый Коммунистической партией, несмотря на трудности, находит средства для развития авиации. В стране открываются первые регулярные воздушные линии, первые научно-исследовательские учреждения, первые конструкторские бюро. То было начало. Подобно тому, как ленинский план электрификации явился прообразом грядущих пятилеток, так и многое из того, что делалось в те годы в области авиационной науки и техники, подготовки кадров, послужило истоком нынешних достижений.

В нашей стране были организованы конструкторские бюро и научные учреждения, которые занимались разработкой теории самолётостроения, созданием новых моделей самолётов и вертолётов.

Конструкторы и изобретатели вертолётов использовали несколько способов уравновешивания реактивного момента несущей системы: хвостовой винт, парные винты, вращающиеся в противоположных направлениях (соосная, поперечная и продольная схемы). Но во всех случаях несущие винты, как правило, имели «жёсткую» заделку лопастей во втулке. Лопасть могла поворачиваться только относительно своей продольной оси, но сохраняла неизменное пространственное положение оси относительно втулки несущего винта.

До 1925-1927 гг. вертолёты с «жёсткими» несущими винтами не поднимались выше 4-6 м, не достигали скорости более 15-20 км/час. Наибольшей дальностью был полёт по кругу на один километр. Причиной такого медленного улучшения лётных характеристик были сильные вибрации вертолётов, плохая устойчивость, трудности балансировки и невозможность планирования при остановке двигателя.

Конструкторы настойчиво работали над устранением этих недостатков. Требовалось создать такую несущую систему, которая обеспечивала бы безопасность моторных и безмоторных спусков, имела бы лучшую устойчивость и управляемость и создавала меньший уровень вибраций.

Чтобы решить эти задачи, конструкторам пришлось отойти от классических схем вертолётов и искать новые пути. И вот появился автожир . На нём устанавливался самовращающийся винт и применялась шарнирная подвеска лопастей. Именно эти два решения и определили успех нового летательного аппарата: дали возможность совершать безмоторные планирующие спуски, обеспечили хорошую балансировку и устойчивость на всех режимах полёта и уменьшили вибрации.

В конце 20-х годов были созданы первые советские автожиры. В отличие от самолёта подъёмная сила автожира создаётся не крылом, а большим несущим винтом. Аппарат движется поступательно за счёт тяги тянущего винта, так же как и самолёт. Но в отличие от самолёта несущий винт автожира вращается не от двигателя, а от набегающего потока воздуха. Поэтому автожир не мог взлететь вертикально или висеть в воздухе. Его преимущество перед самолётом состояло в том, что он имел небольшую длину разбега и при отказе двигателя обеспечивалось безопасное снижение. В конце 1928 г. авиасекцией Осоавиахима по проекту Н. И. Камова и Н. К. Скржинского был достроен первый советский автожир Каскр-1 («Красный инженер»).

В ходе создания этой модели был отработан шарнирно-сочленённый винт, у которого лопасти подвешены ко втулке на горизонтальных и вертикальных шарнирах. Это дало возможность каждой лопасти совершать маховые движения в вертикальной плоскости и колебательные в плоскости вращения. Кроме того, был освоен режим самовращения, что обеспечивало надёжность и безопасность полёта. Впоследствии на автожирах была отработана система управления циклическим и общим шагом несущего винта.

В Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) в конце 1926 г. был создан отдел особых конструкций, которым руководил Б. Н. Юрьев. Группа молодых инженеров занималась теоретическими и экспериментальными исследованиями, построила несколько моделей вертолётов. В основу первых опытных лёгких вертолётов была положена одновинтовая схема, как наиболее простая. В ходе предварительных исследований использовались специальные аэродинамические весы. На них устанавливали одновинтовой вертолёт с автоматом-перекосом и регулятором шага. Здесь в 1928-1929 гг. провели обширные исследования, которые позволили в довольно сжатые сроки спроектировать и построить вертолёт ЦАГИ-1-ЭА .

14 августа 1932 г. была открыта новая страница в истории советского вертолётостроения. В этот день вертолёт ЦАГИ-1-ЭА, пилотируемый профессором А. М. Черёмухиным, поднялся на высоту 605 м, что было крупнейшим техническим достижением тех лет. Вертолёт легко поднимался и опускался вертикально, делал повороты на месте, свободно перемещался во всех направлениях. Он был построен по одновинтовой схеме, имел четырёхлопастный винт диаметром 11 м, приводимый во вращение двумя ротативными двигателями мощностью по 120 л. с. Двигатели располагались по обеим сторонам фюзеляжа. Реактивный крутящий момент уравновешивался четырьмя хвостовыми винтами, установленными попарно на хвостах фюзеляжа.

Осенью 1933 г. был подготовлен к испытаниям вертолёт 5-ЭА конструкции И. П. Братухина. Эта машина имела хорошую устойчивость. На ней был установлен шестилопастный несущий винт оригинальной конструкции. Три длинные лопасти крепились на шарнирах, а три короткие - жёстко, то есть не могли поворачиваться вокруг собственных осей.

В 1940-1941 гг. вертолётное бюро Московского авиационного института под руководством И. П. Братухина спроектировало и построило двухвинтовой вертолёт «Омега » с двумя двигателями общей мощностью 440 л. с. Его максимальная скорость достигала 115 км/час, дальность полёта - 250 км.

Ещё в довоенные годы советские конструкторы провели большие экспериментальные работы с первыми образцами винтокрылых летательных аппаратов, которые во многом способствовали успешному решению основных проблем в области вертолётостроеиия. Отдельные автожиры были переданы в производство и изготовлялись в небольших сериях. Эскадрилья автожиров А-7 участвовала в боевых действиях в начальный период Великой Отечественной войны. Они действовали днём и ночью в тылу противника и в прифронтовой зоне. Это был первый опыт применения винтокрылых летательных аппаратов в военном деле.

В послевоенные годы благодаря заботам Коммунистической партии и Советского правительства нашими конструкторами созданы современные вертолёты, завоевавшие широкое признание в нашей стране и за рубежом.

В процессе развития советского вертолётостроеиия возникла и окрепла научная школа, крупнейшими представителями которой являются М. Л. Миль, Н. И. Камов, А. С. Яковлев и многие другие.

В конце 1947 г. было создано конструкторское бюро, возглавляемое доктором технических наук М. Л. Милем, под руководством которого был создан трёхместный вертолёт Ми-1 , получивший широкое практическое применение во многих областях народного хозяйства и в военной авиации.

На этом вертолёте устанавливался двигатель АИ-26В мощностью 575 л. с. Его крейсерская скорость - 130 км/час, дальность полёта - 370-600 км, высота - 3000 м. Вертолёт строился серийно в транспортном, сельскохозяйственном и санитарном вариантах. На Ми-1 было установлено 17 мировых рекордов для вертолётов с полётным весом от 1750 до 3000 кг.

В 1952 г. был запущен в серийное производство вертолёт Ми-4 , получивший золотую медаль на всемирной выставке в Брюсселе. Главному конструктору и его ближайшим помощникам за создание этого вертолёта была присуждена Ленинская премия. В то время Ми-4 превосходил по грузоподъёмности большие серийные американские вертолёты и, по общему признанию специалистов, был одним из самых надёжных вертолётов. На нём было установлено несколько мировых рекордов грузоподъёмности и скорости полёта.

В июне 1957 г. совершил свой первый полёт вертолёт Ми-6 , на котором было установлено два турбовинтовых двигателя. Ми-6 - один из самых скоростных вертолётов. За преодоление рубежа скорости 320 км/час, долгое время остававшейся пределом для винтокрылых машин, коллективу Миля был присуждён международный приз. На базе Ми-6 был создан гигантский летающий кран Ми-10 , который поднимал груз 25 т на высоту 2800 м.

Применение новых газотурбинных двигателей позволило создать второе поколение вертолётов «Ми», более грузоподъёмных, надёжных и значительно более экономичных. На смену Ми-1 пришёл Ми-2 , а Ми-4 был заменён вертолётом Ми-8 . Это экономичная, надёжная и относительно простая в эксплуатации машина. Сохранив габариты своего предшественника, вертолёта Ми-4, новый винтокрылый аппарат более чем в два раза превосходит его по коммерческой нагрузке и имеет значительно большую скорость полёта.

Очень хороший для своего времени высотный двигатель вертолёта Ми-4 при мощности в 1700 л. с. весил 1040 кг. Два двигателя конструкции С. П. Изотова, установленные на Ми-8, весят 660 кг, а мощность развивают в 3000 л. с.

Это в значительной мере определило увеличение производительности нового вертолёта как транспортного средства. Возросла и грузоподъёмность с 1200-1600 кг на Ми-4 до 3000 кг на Ми-8, а на малой дальности (в 100 км) до 4000 кг, крейсерская скорость соответственно увеличилась с 155 км/час до 220 км/час.

Таким образом, часовая производительность вертолёта выросла более чем в 3,5 раза, а вес пустой машины увеличился всего на 30 %.

Отношение часовой производительности к одной тонне веса пустой машины у Ми-8 в 3 раза больше, чем у его прототипа, что в значительной мере характеризует экономичность вертолёта как транспортного средства. Часовая производительность определяет полезную отдачу, а вес пустой машины - стоимость аппарата.

Соответственно возросшей грузоподъёмности была увеличена ёмкость грузовой кабины. Она шире и длиннее, чем на Ми-4. В пассажирском варианте в ней размещается 28 человек.

Вертолёт способен длительное время продолжать полёт на одном двигателе, что существенно повышает безопасность полёта. Значительно по сравнению с Ми-4 упрощает пилотирование и автомат оборотов, который обеспечивает не только их постоянство, но синхронизацию работы обоих двигателей. Одновременно в случае отказа одного из двигателей автоматически увеличивается мощность работающего.

Советские вертолёты Ми-6, Ми-10, Ми-8, представленные на авиационном и космическом салоне в Париже в 1965 году, вызвали сенсацию. Английская газета «Файнэшнл таймс» писала в те дни: «В Ле Бурже собрана внушительная армада советских аппаратов. На западных авиационных наблюдателей произвело большое впечатление их превосходное техническое состояние. Посмотрим, справятся ли русские с теми коммерческими джунглями, которые представляет ныне торговля самолётами на Западе, с её часто жестокой и ни перед чем не останавливающейся конкуренцией. Однако, если они выберут этот путь, в то их аппараты доставят западным коммерсантам много головной боли».

Бесспорно то, что немало советских вертолётов, проданных во многие страны мира, эксплуатируется в самых различных климатических условиях. Венцом в создании вертолётов конструкторским бюро, работавшим под руководством Миля, явился сверхгигант В-12 , поднявший груз сорок с лишним тонн на высоту больше двух километров. За это феноменальное достижение конструкторское бюро удостоилось высшей международной вертолётной награды.

Хорошими пилотажными качествами и почти полным отсутствием вибраций отличаются советские двухвинтовые соосные вертолёты Ка-10 , Ка-15 , Ка-18 , Ка-26 и другие, созданные коллективом конструкторов под руководством Н. И. Камова. На соосных двухвинтовых вертолётах реактивный момент несущих винтов взаимно уравновешивается, потому что винты вращаются с одинаковой скоростью и в противоположные стороны и потребляют одинаковые мощности. На вертолётах этой схемы отсутствует хвостовой винт.

Соосные вертолеты имеют минимальные габариты, хорошую маневренность. Например, поворот на 360° на месте вертолёт такой схемы совершает за 3-5 секунд. Уровень вибрации на соосных вертолётах минимальный. Мощность двигателя у них расходуется только на вращение несущих винтов и не тратится на хвостовой винт. Благодаря меньшему весу конструкции соосные вертолёты имеют большую весовую отдачу.

Вертолёт Ка-26 образно называют «летающие шасси». В зависимости от назначения меняется внешний вид машины. В пассажирском варианте вертолёт оборудован кабиной на 6 человек. Если откинуть сиденья, то в кабине можно перевозить грузы. В комплект вертолёта входит открытая грузовая платформа, которая подвешивается к центроплану вместо кабины. Груз можно подвешивать непосредственно на крюк. Тогда вертолёт превращается в летающий кран.

Основное же назначение Ка-26 - выполнение сельскохозяйственных работ. При подвеске бункера с соответствующей аппаратурой обеспечивается равномерное распыление, рассыпание или разбрызгивание химикатов. Вертолет Ка-26 - результат многолетней совместной работы конструкторского бюро и Аэрофлота , тщательного экономического анализа применения вертолётов в народном хозяйстве. Можно было бы создать машину специально для авиационно-химических работ на полях колхозов и совхозов. Она имела бы бункер с соответствующей аппаратурой, коробкой приводов и электрооборудованием (компрессор, генератор переменного тока для приведения в действие насосов опрыскивателя и т. п.).

Но расчёты показали, что такой вертолёт не будет экономичным, поскольку обработка полей - дело сезонное, и он простаивал бы по несколько месяцев в году без работы. Поэтому конструкторы решили создать многоцелевой вертолёт и успешно справились с этой задачей.

Одно из направлений развития винтокрылых аппаратов - машина с комбинированной несущей системой: несущие винты и крыло. Для поступательного полёта аппарат имеет тянущие винты. Он получил название винтокрыла. В обычном полёте винтокрыл взлетает вертикально, как вертолёт. Вся подъёмная сила (тяга) создаётся несущими винтами. При достижении скорости 60-80 км/час шаг тянущих винтов увеличивается, и тогда происходит дальнейший интенсивный разгон.

Физические параметры лопастей
и их влияние на поведение модели.

Лопасти для вертолета как резина для автомобиля. Мягкие лопасти сглаживают реакции вертолета, делают его более ленивым. Жесткие, напротив, заставляют вертолет реагировать на управление без задержек. Тяжелые лопасти замедляют реакции, легкие обостряют. Лопасти с высоким профилем отбирают больше энергии, а с низким склонны к срыву потока, когда подъемная сила резко снижается. Выбирая лопасти, стоит учесть их параметры и выбрать те, что подойдут вашему стилю и опыту больше всего.

От длины зависит подъемная сила, и сопротивление вращения которые создает лопасть. Длинная лопасть способна создать большую подъемную силу, но при этом отнимает больше энергии на вращение. С длинными лопастями модель стабильнее при висении и обладает большей "летучестью", т.е. способна на более крупные маневры и лучше выполняет авторотацию.

Хорда (ширина лопасти)

Важный параметр лопасти, который чаще всего не указывают вовсе, и остается только измерить хорду самостоятельно. Чем шире лопасть, тем больше подъемную силу она может создать при тех же углах атаки и тем резче вертолет при управлении по циклическому шагу. Широкая лопасть имеет более высокое сопротивление вращения и потому сильнее нагружает силовую установку. При использовании лопастей с широкой хордой важна точная работа шагом, иначе можно легко "задушить" мотор. Наибольший разброс ширины встречается у лопастей для вертолетов 50-ого класса и выше.

Материал

Следующее, на что нужно обратить внимание, это материал, из которго сделаны лопасти. Сегодня наиболее распространенные материалы, из которых изготавливают лопасти вертолетов это карбон и стеклопластик. Деревянные лопасти постепенно сходят со сцены, так как не обладают достаточной прочностью и сильно ограничивают вертолет в летных возможностях. К тому же деревянные лопасти склонны к изменению формы, что приводит к постоянному появлению «бабочки». Пожалуй, наименьшее, на что сегодня стоит соглашаться, это стеклопластиковые лопасти. Они не страдают изменением формы, обладают достаточной жесткостью для выполнения легкого 3D и отлично подойдут начинающим вертолетчикам. Пилоты со стажем непременно выберут карбоновые лопасти как наиболее жесткие, позволяющие вертолету выполнять экстремальные фигуры высшего пилотажа и наделяют вертолет молниеносной реакцией на управление.

Важный параметр - вес лопасти. При прочих равных более тяжелая лопасть сделает вертолет более стабильным, снизит скорость управления по циклическому шагу. Тяжелая лопасть добавит стабильности и размеренности и запасет больше энергии при выполнении авторотации, что сделает маневр более комфортным. Если вы стремитесь к 3D полетам, выбирайте более легкие лопасти.

Прямая, трапециевидная. Чаще встречается прямая форма, трапециевидная скорее относится к экзотике. Последняя позволяет снизить сопротивление вращения ценой снижения отдачи.

Полусимметричный – снизу лопасти профиль имеет меньшую высоту. Такие лопасти способны создавать подъемную силу даже при нулевых углах атаки, т.е. Создают подъемную силу аналогично тому, как это делает крыло самолета. Такие лопасти используются редко, как правило, только на больших копийных вертолетах.

Высота профиля

Чем выше профиль, тем лучше он сопротивляется срыву потока, но тем выше его сопротивление. Деревянные лопасти обычно имеют более высокий профиль, но лишь для того, что бы обладать достаточной прочностью.

Толщина комля напрямую связана с размером цапф вашего вертолета. Если комель толще, то лопасть не влезет в цапфу, если наоборот – будет болтаться. Обычно в пределах одного класса вертолетов толщина комля стандартна, тем не менее, при покупке лопастей убедитесь, что они подходят к вашему вертолету. Некоторые производители комплектуют лопасти шайбами-проставками, которые можно использовать, если посадочное место цапфы больше толщины комля. Такие шайбы надо устанавливать парами сверху и снизу комля, что бы лопасть была закреплена по центру цапфы.

Диаметр крепежного отверстия

Диаметр отверстия должен совпадать с диаметром крепежного винта цапфы. Как и толщина комля, этот параметр стандартный, тем не менее, стоит его проверить перед покупкой лопастей.

Положение крепежного отверстия относительно наступающей кромки

Определяет то, насколько наступающая кромка лопасти выступает вперед цапфы. Смещенное назад отверстие приводит к тому, что при вращении лопасть отстает от цапфы, что делает такие лопасти более стабильными. Напротив, смещение отверстия к наступающей кромке заставляет лопасть при вращении выдвигаться вперед цапфы, и такое положение делает лопасть менее стабильной.

Форма концевой части влияет на сопротивление вращения ротора. Различают прямую, закругленную и скошенную форму. Более прямая форма создает подъемную силу по всей длине лопасть, но и имеет наибольшее сопротивление вращения.

Продольный центр тяжести

Положение центра тяжести в продольном направлении. Чем ближе центр тяжести к концевой части лопасти, тем лопасть более стабильна и лучше выполняет авторотацию. Наоборот, смещение центра тяжести к комлю делает лопасть более маневренной, но страдает накопление лопастью энергии при авторотации.

Поперечный центр тяжести

Положение центра тяжесть поперек лопасти, от наступающей кромки к отступающей. Обычно стараются размещать центр тяжести так, чтобы при вращении лопасть не отставала от цапфы и не выступала вперед. Лопасть с сильно смещенным назад центром тяжести выступает при вращении вперед цапфы и, следовательно, более динамична.

Динамическая балансировка: выступающая/отступающая лопасть

Параметр зависит от положения крепежного отверстия, веса, положения поперечного и продольного центров тяжести. В целом, если лопасть при вращении выступает вперед цапфы, то такая лопасть более маневренная и больше подходит для 3D полетов, но делает вертолет недостаточно стабильным. Если напротив лопасть при вращении отстает от цапфы, то такая лопасть более стабильная. Если лопасть не отстает и не выступает, то это нейтральная лопасть, Такая лопасть наиболее универсальная и одинаково хорошо подходит как для маневров висения и для 3D полетов.

Ночные лопасти

Ночные лопасти со встроенными светодиодами и встроенным, либо съемным аккумулятором служат для комплектации вертолета для ночных полетов. Совместно с лопастями используются различные способы подсветки корпуса вертолета.

Лопасти с защитным стержнем

Стержень не дает лопасти разлетаться на отдельные части в случае падения. Очень полезный элемент безопасности, который к сожалению присутствует только в дорогих лопастях известных производителей. Случается, что обломки лопастей, не оборудованных таким стержнем, разлетаются на расстояние до 10 метров от места падения и могут привести к травме.

Олег Муринский (Aarc)

Л опасти для вертолета как резина для автомобиля. Мягкие лопасти сглаживают реакции вертолета, делают его более ленивым. Жесткие, напротив, заставляют вертолет реагировать на управление без задержек. Тяжелые лопасти замедляют реакции, легкие обостряют. Лопасти с высоким профилем отбирают больше энергии, а с низким склонны к срыву потока, когда подъемная сила резко снижается. Выбирая лопасти, стоит учесть их параметры и выбрать те, что подойдут вашему стилю и опыту больше всего.

Когда мы выбираем лопасти, то в первую очередь смотрим на их длину, поскольку длина лопасти зависит от класса вертолета. Чаще под длиной подразумевается расстояние от крепежного отверстия лопасти до ее концевой части. Некоторые немногочисленные производители указывают полную длину лопасти от комля до концевой части. К счастью таких случаев мало.
От длины зависит подъемная сила, и сопротивление вращения которые создает лопасть. Длинная лопасть способна создать большую подъемную силу, но при этом отнимает больше энергии на вращение. С длинными лопастями модель стабильнее при висении и обладает большей "летучестью", т.е. способна на более крупные маневры и лучше выполняет авторотацию.

Хорда (ширина лопасти)

Длина и хорда.

Материал

Форма лопасти

Форма лопасти.

Симметричный - высота профиля одинаковая сверху и снизу лопасти. Лопасти с симметричным профилем способны создавать подъемную силу только при ненулевом шаге. Такие лопасти наиболее распространены среди современных вертолетов и используются на всех моделях, выполняющих 3D пилотаж.
Полусимметричный – снизу лопасти профиль имеет меньшую высоту. Такие лопасти способны создавать подъемную силу даже при нулевых углах атаки, т.е. Создают подъемную силу аналогично тому, как это делает крыло самолета. Такие лопасти используются редко, как правило, только на больших копийных вертолетах.

Высота профиля

Форма профиля и его высота.

Толщина комля

Толщина комля.

Диаметр крепежного отверстия

Положение крепежного отверстия относительно наступающей кромки.

Положение крепежного отверстия.

Форма концевой части лопасти.

Продольный центр тяжести.

Поперечный центр тяжести.

Продольный и поперечный центр тяжести.

Динамическая балансировка: выступающая/отступающая лопасть.

Параметр зависит от положения крепежного отверстия, веса, положения поперечного и продольного центров тяжести. В целом, если лопасть при вращении выступает вперед цапфы, то такая лопасть более маневренная и больше подходит для 3D полетов, но отбирает больше энергии и делает вертолет недостаточно стабильным. Если напротив лопасть при вращении отстает от цапфы, то такая лопасть более стабильная. Если лопасть не отстает и не выступает, то это нейтральная лопасть. Такая лопасть наиболее универсальная и одинаково хорошо подходит как для маневров висения, так и для 3D полетов.

Динамическая балансировка.

Ночные лопасти.

Лопасти с защитным стержнем.

Сегодня я расскажу вам про вертолеты. Не знаю, как вы, но лично я просто по уши влюблен в эти машины. Влюблен как визуально, так и просто обожаю их потроха и внутренности. Потому что вертолет - это, по–моему, самая крутая машина из всех, которые только строил человек.
Внутри будет много подробностей про вертолеты, их техническое устройство, много картинок, разоблачение стереотипов и заблуждений, а также интересные факты

Сразу должен сказать, что я являюсь просто помешанным любителем, никогда не получал специального образования в области вертолетостроения. C самого детства зачитал книги по их устройству до дыр, и сейчас грежу мечтой построить свой вертолет.

Вообще, вертолетов бывает много разных, я приложу сначала картинку, которая показывает некоторые типы вертолетов.

Буду рассказывать в основном о двух типах вертолетов: соосных под цифрой I и классической схемы под цифрой V, потому что во всем мире это самые распространенные схемы.

Вертолет - это машина компромисса. Трудно рассказать о том, как она устроена в одну историю, потому что одна тема задевает другую, другая тема задевает третью.

Сначала поговорим о самом просто и очевидном: у каждого вертолета есть двигатель и трансмиссия, посредством которой момент передается на винты.

Вроде такая очевидная вещь, но тут тоже есть свои нюансы: идеальный двигатель для вертолета должен обладать следующими параметрами: должен быть надежен, обладать высокой энерговооруженностью, желательно обладать высоким крутящим моментом и невысокими оборотами выходного вала.

Двигателей, которые отвечают всем этим параметрам, просто не существует. Приходится искать компромиссы.

Поэтому на большие современные вертолеты сейчас ставят два типа двигателей: поршневые и турбовальные. Последние при этом несмотря на то, что обладают высокой удельной мощностью, на выходе имеют очень высокие обороты (обычно это десятки тысяч оборотов в минуту), тогда как винту вертолета достаточно просто сотен оборотов. Из–за этого приходится ставить здоровенную трансмиссию - вот как на картинке, это редуктор от МИ–8.

Это трансмиссия от МИ–28 - видно вал и редуктор, который идет к хвостовому винту.

У соосного вертолета редуктор должен вращать нижний винт в одну сторону, а верхний винт в другую.
Пример фотографии редуктора самодельного соосного вертолета. Довольно небольшой редуктор, но и сам вертолет очень небольшой.

Фотография самого вертолета, называет он «Братишка»

Вертолёт Братишка

Кстати говоря, у соосного вертолета верхний и вижний винты всегда связаны, т.е. если вращается верхний винт, то он будет вращать нижий и обороты у них будут равны - это очень важная особенность соосных вертолетов.

Авторота́ция - режим вращения воздушного винта летательного аппарата или турбины двигателя, при котором энергия, необходимая для вращения, отбирается от набегающего на винт потока. Термин появился между 1915 и 1920 годами в период начала разработок вертолётов и автожиров и означает вращение несущего винта без участия двигателя.

Авторотация - это особое состояние вертолета, которая часто бывает штатным и помогает пилотированию, а в некоторых случаях спасает жизни, так как без авторотации, если у вертолета откажет двигатель (а двигатель - это то, что чаще всего и отказывает), вертолет просто разобьется.

Авторотация возникает при определенных условиях, одно из таких условий - начальная скорость вращения винта. Если винт изначально вращался недостаточно, то ни о какой авторотации не может идти и речи. Поэтому первое, что должен сделать пилот, если отказал двигатель - это как можно раньше это понять. Затем пилот должен максимально уменьшить угол атаки лопастей. Вертолет при этом будет снижаться и двигаться поступательно вперед, т.е. как раз поступательное движение вперед и создает эту самую силу, которая раскручивает винт и дает некую подъемную силу.
На картинке немного видно, как это происходит. При этом важно понять одну вещь - пилот максимально уменьшает угол атаки лопастей, который для некоторых вертолетов может равняться отрицательным значениям - 3, 4 градуса. Авторотация возможна и в какой–то степени при положительном угле атаки, но не более определенных градусов.

Редукторы и двигатели

Вообще редуктор, как и двигатель, может быть любыми, но они всегда есть:
Вот Ми–1, на него устанавливали звездообразный двигатель:

На Robinson R–22 и R–44 ставят опоозитные двигатели.

Что же касается редукторов, то тут тоже очень много схем:

У робинсона стоит ременной редуктор.
Некоторые самоделкины ставят цепной редуктор, хотя я такое встречал очень редко.
Вот у мужчины, который собрал свой вертолет, стоит ременной привод рулевого винта. И ременной же редуктор привода несущего винта.

Вообще есть одна закономерность: на легкие вертолеты чаще ставят ременной редуктор, тогда как на тяжелые ставят только с зубчатыми колесами.

Редукторы больших вертолетов стоят очень много денег, так как каждый винтик и болтик там проверяется по многу раз, ставятся датчики металлической стружки, чтобы пилот вовремя мог адекватно реагировать и прочее и прочее.

Это очень важный узел и подходят к нему очень ответственно.

Сцепление

Дальше помимо редуктора и двигателя у большинства (но не у всех) вертолетов есть сцепление. Его выполняют по разным технологиям: иногда достаточно просто ослабить клиновой ремень, иногда ставят центробежное сцепление, иногда ставят диски сцепления, как на обыкновенных автомобилях. Сцепление нужно для того, чтобы пилот мог завести двигатель и прогреть его. После этого сцепление замыкается и момент передается на винты.

Муфта свободного хода

И еще одна важная часть вертолета, без которой не делают ни один вертолет - это муфта свободного хода или обгонная муфта. Вот такая штука:

Благодаря этой штуке винт может свободно вращаться, если остановится двигатель. Это очень важная деталь и без нее ни один вертолет не сможет толком летать. К тому же без нее летать будет вообще очень опасно. Об этом уже говорили выше - без этой муфты невозможно самовращение несущего винта (авторотация).
Кстати, даже у маленьких радиоуправляемых вертолетов, но профессиональных, есть такая муфта - без нее было бы невозможно делать пилотаж.

Винты и лопасти

Теперь самое интересное.
Вообще все эти вертолеты объединяет одно - у каждого вертолета есть несущий винт.
Когда вертолеты только появились, винт вертолета был похож на винт самолета. Оказалось, что такой подход ошибочен и ничего толком не дает. Несущий винт состоит из лопастей, втулки несущего винта и системы управления.
Во–первых, чтобы рассказать про винт вертолета, сначала нужно рассказать про лопасти.

Как же устроена каждая лопасть?

Сейчас лопасть вертолета похожа в большей степени на крыло самолета.
Посмотрим на лопасть в разрезе и увидим точно такой же профиль, какой применяется на самолетах. При этом самолет движется вперед, а лопасть вертолета вращается. Из–за этого лопасть винта имеет некоторые особенности: профиль лопасти у основания и профиль лопасти на конце может отличаться; лопасти вертолета могут иметь «крутку», т.е. у основания угол отаки лопасти больше, чем угол атаки лопасти на конце - так приходится делать из–за того, что скорость движения лопасти у основания ниже, чем скорость на конце, соответственно конец лопаси создает большую подъемную силу.

Еще одна интересная вещь, о которой многие не знают - подъемная сила на лопасти вертолета создается в большей степени ее верхней частью, а не нижней. Т.е. лопасть как бы стремится вверх, потому что там разряжено давление, а не опирается на воздух, как многие думают. Подъемная сила от нижней части лопасти дает только 20% от общей подъемной силы.

Очень хорошее видео про аэродинамику находится тут, если кому–то будет очень интересно и нечем будет заняться на досуге. Но видео очень длинное и очень старое:

Исторически лопасти из чего только не делали: деревянные, металлические, сейчас же лопасти в основном делают из композитов, первые в этом были ОКБ Камова.

Лопасть состоит из силового элемента - лонжерона, который воспринимает нагрузку и хвостовой секции, обычно из легкого материала. Так же лопасть часто снабжают грузами, которые находятся в передней части лопасти. Это нужно для того, чтобы избежать такого неприятного эффекта как флаттер, т.е. самоколебаний лопасти - для этого центр тяжести лопасти нужно смести вперед перед центром давления. Не спрашивайте меня, почему так делают, просто так нужно делать и все!

Вообще, лопасти довольно эластичны, вот фотография Ми–8 на стоянке:

Видно, как лопасти прогнулись под собственным весом. У гигантов типа Ми–26 зимой под давлением снега лопасти могут свисать чуть ли не до самой земли. Жесткость лопастей и не нужна - она формируется под действием центробежной силы, когда лопасти вращаются.

Вот фотография Ми–8 в полете, видно, как лопасти выгнулись в конус.

Чем больше нагрузка на лопасти, тем более выгнутый конус будет у вертолета.

Прежде чем поставить лопасти на вертолет, каждая лопасть балансируется относительно другой. Лопасти должны быть одинакового веса и у них должны совпадать центры тяжести. Помимо этого, когда лопасти вращаются, у них должна быть одинаковая подъемная сила.

Лопасти чуть–чуть отличаются по своему профилю. Но чтобы вертолет летал как надо, нужно, чтобы каждая лопасть давала определенную подъемную силу. Для этого у лопастей есть триммеры. Это такие пластинки на концах лопастей. Техники триммируют лопасти так: красят каждую лопасть в отдельный цвет свежей краской. Заводят вертолет, раскручивают лопасти. Затем подносят к образовавшемуся конусу большой лист бумаги и смотрят в каких местах лопасти ударили. Затем ровняют все лопасти к средней и делают так до тех пор, пока все лопасти не будут бить в одно место.

Тримерные пластины на лопастях лопасти вертолета Ка–22,

К вопросу о размерах вертолётов.

А это синхрокоптер. Очень интересная схема вертолетов. Вот реальный пример:

У каждого вертолета может быть разное число лопастей. И тут есть одно простое правило: чем меньше лопастей - тем лучше. В идеале бы строить вертолеты с 1 лопастью, но такие винты будет невозможно уравновесить. У двулопастных винтов тоже есть свои минусы, поэтому считается, что оптимальное число лопастей 3 штуки, почему так считается - я честно говоря сам не знаю, но так пишут во всех учебниках, что мол оптимальное. Почему же много лопастей - это плохо? Потому что каждая лопасть влияет на соседнюю и в итоге, чем больше лопастей, тем ниже КПД винта. Тогда почему есть вертолеты с 5ю лопастями, а Ми–26 имеет вообще 8? Дело в том, что на каждую лопасть ложится нагрузка от веса вертолета и полезного груза. Чем тяжелее вертолет и чем больше груз, тем больше нагрузка на лопасти, поэтому их приходится делать все больше и больше. К тому же, чем меньше лопастей, тем больше при равных условиях нам потребуется диаметр винта, а слишком большой диаметр винта тоже никому не нужен.

С лопастями разобрались. Теперь поговорим о втулке несущего винта. Эта часть вертолета является наиболее интересной и как раз в этом вопросе больше всего вариантов ответа и больше всего разных решений.

Дело в том, что один вертолет может кардинально отличаться от другого только лишь одной втулкой.

Изначально винт вертолета был достаточно просто: лопасти крепились к валу жестко. Считалось, чтобы вертолет поднимался или опускался нужно просто изменить обороты винта и все.
У таких машин были большие проблемы: во–первых, такой вертолет не мог толком двигаться вперд или назад: как–то только машина набирала какую–нибудь скорость - так сразу ее начинало сильно кренить.
Выяснилось, что это возникает из–за того, что лопасть, которая набегает на поток воздуха дает больше подъемной силы, чем та лопасть, которая отбегает от потока, отсюда и крен.
Вот картинка, из которой все более или менее должно быть понятно:

Решение нашли в двух вещах: во–первых, создали автомат перекоса, а во–вторых лопасти начали крепить к валу не жестко, а через шарниры.

Про автомат перекоса я расскажу в следующем комментарии, тем более он бывает разных видов и там тоже все очень интересно.

У лопастей появился осевой шарнир - благодаря ему лопасть может вращаться вокруг своей оси, тем самым меняя угол атаки лопасти. Появился горизонтальный шарнир, благодаря ему лопасть может совершать маховые движения, т.е. как бы махать. И вертикальный шарнир - лопасти могут отклоняться.

Зачем нужны такие хитрости?

Вертолет - это динамическая машина, еще эта машина должна уметь маневрировать, уметь противостоять порывам ветра и т.д.

Конструкторы, подвесив лопасти на шарниры во–первых, смогли существенно снизить нагрузки, которые возникают в местах крепления лопастей. Во–вторых лопасти за счет маховых движений позволяют вертолету самостабилизироваться: лопасть делает взмах в том случае, если у нее выросла подъемная сила, а как только он делает взмах, то подъемная сила падает - замороченная фраза я знаю.

Как раз изобретение автомата перекоса и шарнирного крепления лопастей к втулке несущего винта позволило уже создавать настоящие вертолеты - это главные изобретения вертолетостроения.

Сейчас я просто покажу различные типы креплений лопастей к валу несущего винта.

Начнем с самого простого.
Двулопастной винт, общий горизонтальный шарнир. Это самая простая схема из всех. Стоит на хуеве туче вертолетов, ее очень сильно любят самодельцы - в основном только эту схему и реализуют в виду своей простоты и дешевезны.
Самый известный - Robinson

Такой винт приходится крепить достаточно высоко, так как у него высокий шанс задеть хвостовую балку, посмотрите на сам вертолет:

Эрокез

Самоделкины:

Вообще, тысячи этих самоделок именно с такой втулкой, трудно найти самодельный вертолет без такой втулки. У вертолета «Братишка» тоже такая втулка, только там по–моему осевой шарнир сделан из торсиона.
Вот соосный вертолет с таким типо втулки, осевой шарнир так же сделан с помощью торсиона:

Помимо простоты и дешевезны у этой схемы есть большие минусы:
- Самая большая вибрация
- Проблемы с управляемостью: лопасти свободно болтаются на валу и с трудом передают момент, поэтому приходится хитрить: ось горизонтального шарнира находится выше осевый шарниров, хорошо видно у Робинсона.
- Из–за этого вертолет по–разному реагирует на рычаг циклического шага в зависимости от оборотов винта
- Must bumping - неприятная вещь из–за которой винт может к хуям оторваться от вала, если вертолетом неаккуратно управлять. Возникает после того, когда вертолет набирал высоту кабрированием и потом ручкой циклического шага пилот переводит вертолет в пикирование.

Подробнее по видео:

В общем, самая хуевая схема среди всех. Сейчас на меня могут налететь владельцы и пилоты Robinson и ругать меня. Но факт остается фактом - это самая хуевая схема, но ее дешевизна дала ей возможность распространиться вообще везде. Такие дела.