ВЕРТОЛЕТ - винтокрылый летательный аппарат, называемый также винтокрылом, - летательный аппарат, у которого подъемная сила создается вращающимися винтами. Хотя полеты винтокрылых летательных аппаратов были осуществлены только в 20 в., сама концепция винтокрыла имеет намного более раннее происхождение. В рукописи Леонардо да Винчи (1452-1519) имеется рисунок машины с винтом на вертикальной оси, приводимым в движение мускульной силой летящего на ней человека. Это, несомненно, прообраз вертолета. В настоящее время существуют как небольшие двухместные учебные вертолеты, так и гигантские транспортные винтокрылые машины, способные поднимать в воздух более 22 т груза и перевозить, например, гусеничные транспортные средства. Вертолеты - это высокоманевренные и универсальные летательные аппараты, предназначенные для выполнения разнообразных функций и не требующие больших и ровных площадок для взлета и посадки.
ВЕРТОЛЕТ береговой охраны США "Белл 222" в спасательной операции.
Самолеты могут лететь быстрее, чем вертолеты, но только в одном направлении. Вертолеты редко развивают скорости выше 320 км/ч, однако могут перемещаться в любую сторону и при необходимости зависать в воздухе.
О ПОЛЕТЕ ВЕРТОЛЕТА
Полет вертолета объясняется теми же законами аэродинамики, что и полеты любых других летательных аппаратов тяжелее воздуха, а именно - обтеканием воздухом лопастей винта или крыльев, создающих подъемную силу. В случае самолета воздух обтекает крыло, движущееся вперед. В случае вертолета воздух обтекает лопасть винта, вращающегося над фюзеляжем. Так как подъемная сила возникает при вращении винта, сам вертолет может перемещаться туда, куда его направят.
Крутящий момент. Вследствие вращения винта на фюзеляж вертолета действует момент сил, закручивающий его в противоположном направлении. Существует несколько способов компенсации этого крутящего момента, и соответственно различаются схемы вертолетов. Наиболее распространенной является схема с большим несущим винтом, устанавливаемым над фюзеляжем и обеспечивающим создание подъемной силы и горизонтальное перемещение, и небольшим хвостовым винтом, который вращается в вертикальной плоскости, как винт самолета, и используется для управления. Хвостовой винт создает силу тяги, момент которой противоположен крутящему моменту, порождаемому несущим винтом, и препятствует вращению фюзеляжа.
ВЕРТОЛЕТ "Шериф" нью-йоркской полиции во время дежурного облета города.
В двухвинтовой конфигурации вертолет имеет два несущих винта, вращающихся в горизонтальной плоскости. Винты устанавливаются на противоположных концах летательного аппарата и вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя моменты. В двухвинтовых схемах один винт располагается в передней части фюзеляжа, а второй - в хвостовой; такая схема называется продольной. У некоторых винтокрылов эти два винта расположены на концах поперечных выносных ферм (поперечная схема); по этой схеме выполняются летательные аппараты с поворотными воздушными винтами (см. ниже). Наконец, существуют вертолеты с винтами, установленными друг над другом на одной оси и вращающимися в противоположных направлениях. Эта схема называется соосной. Соосная схема является одной из первых концепций винтокрылов, однако она нашла практическое воплощение только в Советском Союзе (вертолеты Н.И.Камова, который приступил к их конструированию еще в начале 1920-х годов).
КА-25 - вертолет конструкции Камова с вращающимися в противоположных направлениях соосными винтами.
Хотя схема вертолета с несущим и хвостовым винтами оказалась наиболее подходящей во многих отношениях, возникло желание убрать хвостовой винт, так как на его работу расходуется часть мощности двигателя, а лопасти могут представлять опасность. Фирма "Макдоннелл - Дуглас геликоптер" (США) разработала летательный аппарат, на котором крутящий момент гасится с помощью воздушной струи, выдуваемой из хвостовой части вертолета. Регулируя величину и направление реактивной силы струи, летчик создает компенсирующий крутящий момент.
Система управления полетом. Управление полетом вертолета осуществляют с помощью четырех органов управления. Это рычаг управления двигателем, рычаг "шаг - газ", ручка управления и педали ножного управления рулевым винтом. Рычаг управления двигателем регулирует подачу топлива и, следовательно, мощность двигателя. Рычаг "шаг - газ" служит для регулирования подъемной силы посредством изменения общего шага лопастей несущего винта. Этот рычаг располагается слева от кресла летчика. Поднимая рычаг вверх, летчик увеличивает угол
наклона (тангажа) лопастей - одновременно и одинаково сразу на всех лопастях. С увеличением угла тангажа подъемная сила винта возрастает. Ручка управления используется для изменения направления движения: вперед, назад или вбок. Она расположена непосредственно перед летчиком. Накреняя ручку в желаемом направлении полета, можно в соответствующую сторону наклонить ось диска ротора. При наклоне оси диска вперед нос летательного аппарата наклоняется вниз, и создается ускорение, направленное вперед. При отклонении ручки управления "на себя" летчик поднимает нос летательного аппарата вверх, и вертолет движется назад. Педали ножного управления рулевым винтом (т.е. рысканием) служат для изменения угла тангажа лопастей хвостового винта, используемого для компенсации крутящего момента. Чем больше угол тангажа лопастей хвостового винта, тем больше его тяга и тем больший крутящий момент от несущего винта он может погасить. Управляемый полет вертолета возможен даже при остановке двигателя. Воздушный поток, возникающий при движении вертолета вперед или при снижении, поддерживает вращение винта. Это явление называется авторотацией. При относительно большой высоте полета у летчика хватит времени выбрать место для аварийной посадки, подлететь к нему и произвести мягкую посадку. Использование этого явления входит в программу обучения начинающих пилотов. Вертолеты обладают качествами, которые позволяют применять их в нетрадиционных ситуациях. Для взлета и посадки они могут использовать любые небольшие площадки, включая палубы кораблей, крыши зданий, лесные поляны и пляжи. Для них не нужны специальные взлетно-посадочные полосы. Кроме того, они могут перевозить большие тяжести и опускать их в точно указанное место. Вследствие этого вертолеты способны выполнять разнообразные специфические задания, в частности высотные монтажные работы.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЕРТОЛЕТОВ
Впервые вертолеты использовали в военных целях во время Второй мировой войны для несения патрульной службы и спасательных работ. Эвакуация раненых с поля боя была главной задачей для вертолетов во время войны в Корее. Эти вертолеты имели поршневые двигатели, и поэтому скорость их полета и грузоподъемность были невысокими. Американские вертолеты с газотурбинными двигателями появились во время войны во Вьетнаме. Роль вертолетов значительно возросла. Военные вертолеты использовались для наблюдения, транспортировки войск и снаряжения. Позже вертолеты начали принимать активное участие и в боевых действиях. Вооруженный реактивными снарядами и ракетами, вертолет стал высокоэффективным средством борьбы с танками. Дальнейшее усовершенствование оптических приборов расширило возможности применения вертолетов для контроля за передвижением войск даже ночью (с помощью инфракрасных приборов ночного видения). Появились вертолеты-разведчики и вертолеты для выполнения специальных заданий, таких, как борьба с террористами.
ПОСАДКА вертолета ВМС США на палубу корабля.
В сухопутных войсках США насчитывается более 7000 действующих вертолетов. ВМС, морская пехота и ВВС США также используют вертолеты. Вертолеты находят универсальное применение как транспортное средство. Они используются для воздушного наблюдения, поисковых и спасательных операций, перевозки людей и грузов, особенно в труднодоступных районах. Почти четверть гражданских вертолетов США принадлежит частным компаниям. Служебные вертолеты компаний используются главным образом для перевозки работников в деловые центры, филиалы компании и аэропорты. Вертолеты обслуживают также и обычных пассажиров. Во многих крупных городах имеются рейсовые вертолеты, которые курсируют между центром города и ближайшими аэропортами. Рыбаки используют вертолеты для обнаружения косяков рыбы. Фермеры применяют их для обработки посевов, а лесничие - для обнаружения лесных пожаров. Универсальность вертолетов содействовала их успешному применению в многочисленных совершенно различных областях человеческой жизнедеятельности.
ДРУГИЕ ВИДЫ ВИНТОКРЫЛОВ
Существуют винтокрылы, не являющиеся, строго говоря, вертолетами. К ним относится автожир, авторотирующий винт которого создает подъемную силу, но не позволяет зависать в воздухе. Для взлета и посадки автожира требуется взлетно-посадочная полоса. Хуан де ла Сиерва изобрел автожир в 1919. Первые модели его летательного аппарата были оборудованы ротором со свободно машущими лопастями из бамбука. Этот автожир не имел хвостового винта, так как на нем не нужно было конпенсировать крутящий момент. Вертолеты более маневренны, чем самолеты с неподвижным крылом, но имеют меньшую скорость полета. Инженеры давно мечтали объединить достоинства этих различных типов летательных аппаратов. Примером такого аппарата является конвертоплан (преобразуемый летательный аппарат). Этот летательный аппарат осуществляет взлет и посадку, как вертолет, однако он преобразуется в самолет с фиксированным крылом при полете в воздухе. Имеется несколько вариантов схемы таких преобразуемых аппаратов. В одной схеме используется ротор с вращающимися лопастями для взлета и посадки. На высоте крейсерского полета лопасти останавливают. Затем их можно убрать внутрь фюзеляжа или оставить снаружи, используя в качестве крыльев. Был разработан проект и испытан опытный образец такой компоновки преобразуемого летательного аппарата. Концепция преобразуемого летательного аппарата получила наибольшее развитие в компоновке самолета с поворотными винтами, располагаемыми на концах крыла этого летательного аппарата (см. САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ; АВИАЦИЯ ВОЕННАЯ). Во время взлета и посадки винты вращаются в горизонтальной плоскости, как на вертолете поперечной схемы. При достижении высоты крейсерского полета гондолы винтов поворачивают на 90°, чтобы винты вращались в вертикальной плоскости подобно винтам двухмоторного самолета с фиксированным крылом. Были исследованы различные варианты этой компоновки. В США наибольших успехов добилась вертолетостроительная фирма "Белл", разработавшая, в частности, усовершенствованный СВВП XV-15, осуществляющий переход из вертикального полета в горизонтальный посредством поворота гондол несущих винтов. Фирма "Белл" совместно с "Боинг геликоптер" также разработала и запустила в производство СВВП с поворотными винтами, способный перевозить более 40 пассажиров. Этот многоцелевой военный самолет подходит и для выполнения многих гражданских задач. Так как для взлета и посадки такого самолета не нужны большие взлетно-посадочные полосы, его можно использовать для разгрузки аэропортов.
См. также САМОЛЕТ ПРЕОБРАЗУЕМЫЙ.
ЛЕТАЮЩИЕ ПЛАТФОРМЫ
Одним из видов винтокрылых летательных аппаратов являются летающие платформы. Подобно вертолетам и конвертопланам, они удерживаются в режиме висения подъемной силой, создаваемой при непрерывном ускорении вниз масс окружающего воздуха. В отличие от транспортных средств на воздушной подушке, летающие платформы способны подниматься на значительную высоту. Летающая платформа - это винтокрылый летательный аппарат, у которого размер несущего винта мал по сравнению с корпусом. Первый свободный полет летающей платформы был осуществлен 4 февраля 1955. Построенная вертолетостроительной фирмой США "Хиллер" платформа имела диаметр 1,8 м. Вращение винтов осуществляли два двигателя.
ЛЕТАЮЩАЯ ПЛАТФОРМА сухопутных войск США - с винтом в кольцевом канале.
Летающие платформы имеют три недостатка, и все они обусловлены малыми размерами несущих винтов. Во-первых, вследствие малого размера несущего винта для создания нужной подъемной силы приходится увеличивать скорость струи. Такая струя вызывает эрозию почвы и поднимает тучи пыли. Кроме того, для создания высокоскоростной струи нужен двигатель большой мощности и много топлива. Во-вторых, из-за малых размеров несущих винтов в случае отказа двигателя большая скорость снижения платформы может привести к катестрофе. Чтобы решить эту проблему, летающие платформы оборудуют несколькими отдельными двигателями. В-третьих, при таких соотношениях между размерами несущих винтов и летательного аппарата в целом возникает значительная аэродинамическая интерференция, особенно сильная при горизонтальном полете. Эти помехи существенно ухудшают характеристики устойчивости и управляемости.
КОНСТРУКТИВНАЯ СХЕМА вертолета. 1 - рычаг "Шаг - газ"; 2 - педали ножного управления; 3 - ручка продольно-поперечного управления; 4 - рычаги раздельного управления двигателем; 5 - проводка системы управления; 6 - лопасти несущего винта; 7 - вал хвостовой трансмиссии; 8 - хвостовой винт; 9 - двигатель.
ЛИТЕРАТУРА
Камов Н.И. Винтовые летательные аппараты (автожиры и геликоптеры). М., 1948 Ружицкий Е.С. Безаэродромная авиация. М., 1959 Бирюлин В.А. Винтокрыл Ка-22. - Крылья Родины, №8, 1980 Изаксон А.М. Советское вертолетостроение. М., 1981
