Коаксиальные роторы или коаксиальные роторы представляют собой пару роторов вертолетов, установленных друг над другом на концентрических валах с одной и той же осью вращения, но вращающихся в противоположных направлениях ( противоположное вращение ). Такая конфигурация несущего винта характерна для вертолетов, выпускаемых российским конструкторским бюро вертолетов Камова .
История [ править ]
Идея коаксиальных роторов 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 предоставило Генри Брайту первый патент на вертолет на его соосную конструкцию. С этого момента соосные вертолеты превратились в полностью работоспособные машины, какими мы их знаем сегодня. [2] [3]
Два новаторских вертолета, «D'AT3» 1930-х годов постройки Corradino D'Ascanio и более успешный французский Gyroplane Laboratoire середины 1930-х годов , оба использовали для полета системы соосных несущих винтов.
Соображения по дизайну [ править ]
Наличие двух соосных наборов роторов обеспечивает симметрию сил вокруг центральной оси для подъема транспортного средства и в поперечном направлении при полете в любом направлении. Из-за механической сложности во многих конструкциях вертолетов используются альтернативные конфигурации, чтобы избежать проблем, возникающих при использовании только одного ротора. Обычными альтернативами являются вертолеты с одним винтом или тандемные винты .
Крутящий момент [ править ]
Одной из проблем с любым отдельным набором лопастей несущего винта является крутящий момент (сила вращения), действующий на фюзеляж вертолета в направлении, противоположном лопастям несущего винта. Этот крутящий момент заставляет фюзеляж вращаться в направлении, противоположном лопастям несущего винта. В вертолетах с одним винтом противоторящий винт или хвостовой винт противодействуют крутящему моменту несущего винта и контролируют вращение фюзеляжа.
Коаксиальные роторы решают проблему крутящего момента несущего винта, поворачивая каждый набор роторов в противоположных направлениях. Противоположные крутящие моменты роторов компенсируют друг друга. Вращательное маневрирование, управление рысканием , достигается за счет увеличения общего шага одного ротора и уменьшения общего шага другого. Это вызывает контролируемую асимметрию крутящего момента.
Диссимметрия подъемной силы [ править ]
Диссимметрия подъемной силы - это аэродинамическое явление, вызванное вращением несущих винтов вертолета при прямом полете. Лопасти ротора обеспечивают подъемную силу, пропорциональную количеству воздуха, проходящего над ними. Если смотреть сверху, лопасти несущего винта движутся в направлении полета на половине оборота (наполовину вперед), а затем перемещаются в противоположном направлении на протяжении оставшейся части оборота (наполовину отступая). Лопасть ротора создает большую подъемную силу в продвигающейся половине. По мере того как лопасть движется в направлении полета, поступательное движение самолета увеличивает скорость воздуха, обтекающего лопасть, пока не достигнет максимума, когда лопасть перпендикулярна относительному ветру.. В то же время лопасть ротора в отступающей половине создает меньшую подъемную силу. Когда лопасть удаляется от направления полета, скорость воздушного потока над лопастью несущего винта уменьшается на величину, равную скорости движения самолета вперед, достигая максимального эффекта, когда лопасть несущего винта снова перпендикулярна относительному ветру. Коаксиальные роторы избегают эффектов несимметричности подъемной силы за счет использования двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях, в результате чего лопасти перемещаются с обеих сторон одновременно.
Другие преимущества [ править ]
Другое преимущество коаксиальной конструкции включает увеличение полезной нагрузки при той же мощности двигателя; хвостовой винт обычно расходует часть доступной мощности двигателя, которая была бы полностью направлена на подъемную силу и тягу в соосной конструкции. Снижение шума - главное преимущество конфигурации; Некоторые из громких «шлепающих» звуков, характерных для обычных вертолетов, возникают из-за взаимодействия между воздушными потоками от несущего и хвостового несущих винтов, которое в некоторых конструкциях может быть очень сильным. Кроме того, вертолеты, использующие соосные роторы, обычно более компактны (с меньшими размерами на земле), хотя и за счет увеличения высоты, и, следовательно, используются в областях, где пространство ограничено; несколько конструкций Камова используются в военно-морскихроли, способные действовать из ограниченного пространства на палубах кораблей, включая корабли, отличные от авианосцев (например, крейсеры класса Кара ВМФ России, которые несут вертолет Ка-25 `` Гормон '' как часть своего стандартного оборудование). Еще одно преимущество - повышенная безопасность на земле; Отсутствие рулевого винта исключает основной источник травм и гибели наземных экипажей и прохожих. [ необходима цитата ]
Недостатки [ править ]
Возникает повышенная механическая сложность ступицы ротора. Тяги и наклонные шайбы для двух роторных систем необходимо собирать на мачте, что является более сложным из-за необходимости приводить два ротора в противоположные направления. Из-за большего количества движущихся частей и сложности система соосного ротора более подвержена механическим неисправностям и возможным отказам. [ необходима цитата ] По мнению критиков, коаксиальные вертолеты также более склонны к "хлестанию" лопастей и самоуничтожению лопастей. [4]
Коаксиальные модели [ править ]
Присущая системе стабильность и быстрая реакция управления делают ее пригодной 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 на своих осях для разных углов атаки), что упрощает модель, но исключает возможность компенсации за счет коллективного участия. Компенсация даже легкого ветра заставляет модель набирать высоту, а не лететь вперед даже при полном применении цикличности .
Коаксиальные мультироторы [ править ]
Беспилотные летательные аппараты мультикоптерного типа существуют во множестве конфигураций, включая дуокоптер , трикоптер, квадрокоптер , гексакоптер и октокоптер. Все они могут быть модернизированы до коаксиальной конфигурации, чтобы обеспечить большую стабильность и время полета, позволяя перевозить гораздо больше полезной нагрузки без увеличения веса. Действительно, коаксиальные мультикоптерысостоят из того, что каждая рука несет два двигателя, обращенных в противоположных направлениях (один вверх и один вниз). Следовательно, можно получить окторотор, похожий на квадрокоптер, благодаря коаксиальной конфигурации. Специальные Duocopters характеризуются двумя двигателями, расположенными по вертикальной оси. Управление осуществляется соответствующим ускорением одной лопасти ротора для создания целевой тяги во время вращения. Наличие большей подъемной силы для большей полезной нагрузки объясняет, почему коаксиальные мультикоптеры предпочтительнее для любого профессионального коммерческого применения БПЛА . [5]
Снижение опасности полета [ править ]
Министерство транспорта США опубликовало «Базовое руководство по вертолетам». Одна из глав в нем озаглавлена «Некоторые опасности полета на вертолете». Десять опасностей были перечислены, чтобы указать, с чем приходится иметь дело обычному вертолету с одним винтом. Конструкция соосного ротора снижает или полностью устраняет эти опасности. В следующем списке указано, какие:
- Урегулирование с помощью мощности - Уменьшено
- Стойка отступающего лезвия - Уменьшено
- Колебания средней частоты - Пониженные
- Высокочастотные колебания - Нет
- Отказ системы противодействия крутящему моменту в прямом полете - Устранено
- Отказ системы противодействия крутящему моменту при зависании - Устранено
Снижение и устранение этих опасностей - сильные стороны безопасности конструкции соосного ротора. [6] [7]
Список вертолетов со соосным ротором [ править ]
- Bensen B-9 (1958)
- Брантли Б-1 (1946)
- Bréguet G.111 (1949)
- Лаборатория автожиров Бреге-Дорана (1936)
- Колибри Чу (1948)
- Cierva CR Twin (1969)
- Орлиный окунь (1998)
- Электроэрозионный станок Aerotec CoAX 2D / 2R
- Gyrodyne QH-50 DASH
- Гиродин GCA-2 (1949 г.)
- HTM Skytrac
- Камов Ка-8
- Камов Ка-10
- Камов Ка-15
- Камов Ка-18
- Камов Ка-25
- Камов Ка-26
- Камов Ка-27
- Камов Ка-31
- Камов Ка-32
- Камов Ка-50
- Камов Ка-52
- Камов Ка-92
- Камов Ка-126
- Камов Ка-137
- Камов Ка-226
- Манцолини Либеллула (1952)
- Феникс Скайблейзер (2011)
- Sikorsky S-69 (1973)
- Sikorsky X2 (2008)
- Сикорский S-97
- Сикорский / Boeing SB-1 Defiant
- VRT 300
- VRT 500
- Вагнер Аэрокар
См. Также [ править ]
- Роторы в зацеплении
- Пропеллеры противоположного вращения
- Тандемные роторы
- Поперечные роторы
- Марсианский вертолет-разведчик НАСА
Ссылки [ править ]
- Перейти ↑ Leishman, J. Gordon (2006). Основы аэродинамики вертолетов. Издательство Кембриджского университета. п. 8. ISBN 0-521-85860-7
- ^ НАСА Технический документ 3675 архивации 2012-05-22 в Wayback Machine
- ^ История полета вертолета архивации 2014-07-13 в Wayback Machine , J. Gordon Leishman профессор аэрокосмической инженерии, Университет штата Мэриленд, Колледж Парк.
- ^ "На юго-востоке Москвы разбился новый боевой вертолет" . BBC . Проверено 5 ноября 2013 года .
- ^ «Конфигурации рамы мультиротора» . Коптеркрафт . Проверено 23 декабря 2015 года .
- ^ Коаксиальные преимущества
- ^ Аэродинамические характеристики вертолетов соосной конфигурации
Внешние ссылки [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме вертолетов с коаксиальными роторами . |
- Сайт истории вертолетов
