|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Гвинтокрил. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Вертоліт - гвинтокрилий літальний апарат, у якого підйомна і пропульсивна (рушійна) сили на всіх етапах польоту створюються одним або декількома гвинтами з приводом від одного або декількох двигунів.
Протягом майже сорока років після появи літак безроздільно панував у повітрі. За цей час багаторазово зросли швидкість і вантажопідйомність крилатих машин, які з незграбних фанерних "поверхівок" перетворилися на потужних реактивних красенів, які втілювали в собі передові технічні досягнення людської думки. Однак за всіх своїх переваг будь-який літак має один важливий недолік - для того щоб залишатися в повітрі, він повинен постійно і з досить великою швидкістю переміщатися в горизонтальній площині, адже підйомна сила його крил безпосередньо залежить від швидкості руху. Звідси необхідність розбігу під час зльоту та пробігу при посадці, які приковують літак до аеродрому. Тим часом часто виникає необхідність у такому літальному апараті, який має підйомну силу, яка не залежить від швидкості польоту, може вертикально підніматися і сідати, а крім того, здатний "зависати" в повітрі. Ця ніша після довгих конструкторських пошуків була зайнята гвинтокрилою машиною – вертольотом. Маючи всі льотні якості, властиві літаку, вертоліт має, крім того, цілу низку чудових специфічних властивостей: він може злітати з місця без попереднього розбігу, нерухомо висіти в повітрі на потрібній висоті, пересуватися поступально в усіх напрямках, робити повороти в будь-якому напрямку як у час поступального руху, і при зависанні; зрештою, він може сідати на маленький майданчик без подальшого пробігу. Створення апарату, що мав комплекс цих якостей, виявилося надзвичайно складною справою, оскільки теорія вертольота набагато складніша за теорію літака. Потрібні були роки завзятої праці багатьох конструкторів, перш ніж вертоліт став впевнено почуватися в повітрі і зміг розділити з літаком турботи про повітряні перевезення. Перші гвинтокрилі апарати (гелікоптери та автожири) з'явилися чи не одночасно з першими літаками. У 1907 році чотиригвинтовий гелікоптер французів Бреге і Ріше вперше зміг відірватися від землі і підняти над чию людину. Після цього багатьма винахідниками було запропоновано різні конструкції вертольотів. Усі вони мали складну багатогвинтову схему, у якій кілька гвинтів служили підтримки апарату повітря, а ще кілька інших - у тому, щоб штовхати їх у потрібному напрямі. Одногвинтова схема (до якої в наш час належить 90% всіх гелікоптерів) ніким спочатку всерйоз не розглядалася. Та й чи була вона реальною? Підняти апарат у повітря за допомогою одного гвинта – ще куди не йшло. Але як повідомити йому горизонтальний поступальний рух? Як ним керувати? Ті винахідники, які досить добре зналися на аеродинаміці, вказували ще на один великий недолік одногвинтової схеми - наявність реактивного моменту. Справа в тому, що при здійсненні приводу гвинта, що несе від двигуна, жорстко з'єднаного з гондолою, останній повинен був обертати не стільки сам гвинт, скільки (в протилежний бік) корпус апарату. Здавалося, що паралізувати реактивний момент можна лише тоді, коли у конструкції вертольота використовується кілька несучих гвинтів, що обертаються у протилежних напрямках. Причому ці гвинти могли розташовуватися як окремо один від одного (подовжня і поперечна схеми), так і на одній осі - один під іншим (співвісна схема). Приходили на думку та інші переваги багатогвинтової схеми. Адже маючи кілька гвинтів, що управляли, було легше направляти машину в потрібному напрямку. Але незабаром виявилося: чим більше у вертольота гвинтів, тим більше у нього проблем - розрахунок апарата навіть з одним гвинтом уявляв собою дуже складне завдання; врахувати ж взаємний вплив багатьох гвинтів виявилося взагалі неможливо (принаймні, у першій чверті XX століття, коли аеродинаміка робила тільки перші кроки, а теорія повітряного гвинта тільки-но починала формуватися). Значний внесок у подолання багатьох із перелічених проблем вніс російський винахідник Борис Юр'єв. Найбільш важливі свої відкриття він зробив ще на той час, коли був студентом Московського вищого технічного училища і був активним членом Повітроплавного гуртка відомого російського вченого Жуковського. Зацікавившись одногвинтовою схемою, Юр'єв насамперед запитав: як повідомити гелікоптеру поступальний рух у потрібному напрямку? Більшість винахідників на початку XX століття, як уже говорилося, була впевнена, що для цього необхідно забезпечити апарат не тільки гвинтами, що несуть, але і пропелерами. Проте, експериментуючи з безліччю різних моделей, Юр'єв встановив, що за допомогою нахилу осі несучого гвинта можна отримати гарну горизонтальну швидкість польоту, не роблячи спеціального гвинта-пропелера з горизонтальною тягою. Поступального руху вертольота можна домогтися нахилом вперед корпусу апарата. В цьому випадку сила великого гвинта розкладається на дві сили - підйомну і тягу, і апарат починає рухатися поступово. І що більше нахил апарат, то більше буде швидкість польоту. Наступна проблема полягала в тому, як урівноважити реактивний момент, який діє на гондолу. Юр'єв припустив, що найлегше цього можна досягти за допомогою маленького гвинта, розташованого на хвості вертольота і легкого передачі, що приводиться в обертання. За рахунок того, що сила, створювана хвостовим гвинтом, додавалася до довгого плеча (щодо центру тяжкості апарату), дія її легко компенсувала реактивний момент. Розрахунки показували, що це піде 8-15% потужності двигуна. Юр'єв запропонував далі зробити лопаті цього гвинта зі змінним кроком. Збільшуючи або зменшуючи кут нахилу цих лопат до площини обертання, можна було збільшувати або зменшувати тягу цього гвинта. При великій тязі хвостовий гвинт мав пересилувати реактивний момент головного гвинта і розгортати гондолу у потрібному напрямку.
Але найбільшу складність уявляло створення надійної системи управління. Пілот повинен був мати у своєму розпорядженні пристрої, що дозволяли йому швидко змінювати орієнтацію машини щодо всіх її трьох осей: тобто повертати її в будь-який бік щодо вертикальної осі, нахиляти корпус вгору та вниз, а також нахиляти його вправо та вліво. Проблема повороту вирішувалася за допомогою невеликого хвостового гвинта. Для цього, як уже зазначалося, достатньо було зробити його лопаті, що повертаються і з'єднати механізм їх повороту з кермами. Але як забезпечити керованість щодо поздовжньої та поперечної осей? Найпростішим засобом було б пристрій ще двох кермових гвинтів, винесених на консолях на деяку відстань від центру ваги машини і вертоліт, що повертають, у потрібний для пілота бік. Тут гвинт 1 служить для компенсації реактивного моменту, а також виконує роль керма; гвинт 2 дає крени і аналогічний по своїй дії елеронам (площинам крил літака, що перекошуються), а гвинт 3 служить як би кермом висоти. Але ця система, крім того, що була надмірно складною, мала ще той недолік, що робила гелікоптер дуже нестійким у польоті. Юр'єв почав розмірковувати над питанням: чи не можна основний несучий гвинт влаштувати таким чином, щоб він сам створював два необхідні для управління гелікоптером моменти? Пошуки його завершилися в 1911 винаходом одного з найчудовіших в історії вертольота пристроїв - створенням автомата перекосу.
Принцип дії цього автомата дуже простий. Кожна лопата гвинта описує при обертанні коло. Якщо лопаті несучого гвинта зробити рухливими щодо своїх поздовжніх осей, таким чином, що вони зможуть змінювати кут нахилу до площини обертання, можна легко керувати рухом вертольота. Дійсно, якщо частина окресленого нею кола лопата пройде з великим кутом установки, а іншу частину - з меншим, то, очевидно, тяга з одного боку буде більшою, а з іншого менше, і гвинт (а разом з ним і вся машина) буде повертатися у відповідний бік. Автомат перекосу таки забезпечував необхідну установку лопатей. Для цього на валу гвинта на карданному підвісі встановлювалося кільце, до якого за допомогою шарнірів були приєднані повідці, що йдуть до важелів, що повертають лопаті. Кільце оберталося разом із валом гвинта. З двох сторін воно було охоплено нерухомим кільцем, що вільно сиділо на ньому. Це останнє кільце можна було вільно повертати за допомогою кермових тяг і давати йому будь-який нахил у двох площинах. При цьому внутрішнє кільце також нахилялося одночасно обертаючись всередині нерухомого кільця. Легко бачити, що при цьому внутрішнє кільце здійснюватиме за один оборот повне коливання, що в свою чергу змусить коливатися кожну пов'язану з ним лопату: всі вони протягом обороту змінюватимуть кут від якоїсь мінімальної величини до максимальної. Кути ці залежатимуть від нахилу нерухомого кільця, що з важелями управління. Якщо пілотові потрібно було повернути в будь-яку сторону свою машину, він мав направити в цю сторону зовнішнє кільце автомата перекосу. У цьому режимі кут нахилу кожної лопаті змінювався незалежно від інших лопатей. Але легко було зробити і так, щоб автомат перекосу у разі потреби міг змінювати кут установки відразу у всіх лопат одночасно. Це вимагалося, наприклад, при поломці двигуна в режимі, званому авторотацією, коли під впливом повітряного потоку гвинт падаючого вертольота починав самовільно обертатися, діючи як парашут. Гелікоптер при цьому як би планував (у природі цей ефект можна спостерігати у падаючого насіння клена). Для цього достатньо було зробити кардан автомата перекосу, що ковзає вздовж вала гвинта (згори донизу). Піднімаючи або опускаючи автомат перекосу, пілот відразу повертав усі лопаті гвинта в один бік, тим самим збільшуючи або зменшуючи настановний кут або роблячи його негативним (тобто здатним обертатися в протилежний бік, що й вимагалося при авторотації). Таким чином, до 1911 року 22-річний студент МВТУ Борис Юр'єв розробив загалом усю схему одногвинтового вертольота. Запатентувати її він не зміг, бо не мав на це грошей. У 1912 році за проектом Юр'єва студенти МВТУ зібрали макет вертольота, що не літає, в натуральну величину. На міжнародній виставці повітроплавання та автомобілізму, що проходила того ж року в Москві, ця модель була удостоєна малої золотої медалі. Однак коштів на те, щоб побудувати машину, що діє, у училища не знайшлося. Перша світова, а потім і Громадянська війни, що почалася незабаром, надовго відволікли Юр'єва від робіт над його проектом.
Тим часом в інших країнах продовжували з'являтися моделі гвинтових вертольотів. В 1914 побудував свій гелікоптер англієць Мумфорд. На ньому вперше було здійснено політ із поступальною швидкістю. У 1924 році француз Емішен вперше пролетів на своєму гелікоптері замкненим колом. У той же час Юр'єв, обійнявши посаду начальника Експериментального аеродинамічного відділу ЦАГІ, спробував реалізувати свою одногвинтову схему. Під його керівництвом Олексій Черемухін збудував перший радянський вертоліт 1-ЕА.
Ця машина мала два кермові гвинти і два мотори "Рон" потужністю по 120 к.с. кожен. Вона також була вперше забезпечена автоматом перекосу. Перші випробування 1930 року дали блискучий результат. Пілотований Черемхиним вертоліт впевнено відривався від землі і легко злітав на висоту кількох сотень метрів, вільно описував у повітрі вісімки та інші складні постаті. У 1932 році Черемухін піднявся на цьому гелікоптері на висоту 605 м, поставивши цим абсолютний світовий рекорд. Однак і цей вертоліт був ще дуже далеким від досконалості. Він був нестійкий. Гвинт, що несе, був зроблений жорстким (лопаті не змінювали махового руху), що робило його роботу незадовільною. Надалі були розроблені та побудовані інші моделі. У 1938 році під керівництвом Братухіна було створено перший радянський двогвинтовий вертоліт 11-ЕА поперечної схеми. Але в цілому в 30-ті роки гелікоптеробудування не отримало в СРСР державної підтримки. У цей час велику популярність набула теорія, згідно з якою літак незрівнянно досконаліший за гелікоптер і за швидкістю, і за вантажопідйомністю, а гелікоптер - це лише дорога іграшка. Тільки в 1940 році Юр'єву насилу вдалося домогтися дозволу на створення спеціального конструкторського бюро, яке він і очолив. Незабаром, завантажений великою викладацькою роботою, він передав керівництво відділу Івану Братухіну. Через рік почалася війна, і створення скоєного гелікоптера знову відсунулося на невизначений термін. У цей час лідером у гелікоптеробудуванні була Німеччина. Талановитий конструктор Фокке створив у 30-ті роки кілька досконалих двогвинтових гелікоптерів поперечної схеми. У 1937 році на його гелікоптері FW-61 були встановлені світові рекорди: висоти – 2439 м, швидкості – 123 км/год та дальності – 109 км польоту. В 1939 новий вертоліт Фокке досяг висоти 3427 м, а в 1941 його машина FA-223 була запущена в невелику серію. Війна поклала край його розробкам, але успіхи "Фокке-Вульфів" надовго прикували увагу конструкторів до поперечної схеми.
У тому, що одногвинтова схема таки утвердилася у вертольотобудуванні як головна, величезна заслуга належить американському авіаконструктору Ігорю Сікорському. (Російський за походженням він 1919 р емігрував до Америки, а 1923 р. заснував тут свою фірму " Сікорський " .) За своє життя Сікорський розробив кілька десятків моделей літаків, але світову славу йому принесло створення вертольота. Саме він уперше довів до досконалості класичну одногвинтову схему Юр'єва. Свій перший вертоліт S-46 (VC-300) Сікорський збудував у 1939 році. Він одразу відмовився від думки визначити всі параметри апарату шляхом розрахунків і вирішив створити такий вертоліт, до якого під час льотних випробувань можна було б легко вносити конструктивні зміни. Його машина мала підкреслено примітивний вигляд: простий фюзеляж був зібраний у вигляді ферми зі сталевих труб, льотчик відчинено сидів у маленькому кріслі попереду двигуна. Рух від невеликого двигуна 65 к.с. передавалося за допомогою ременів вгору на редуктор, від якого наводився простий по конструкції трилопатевий і тришарнірний гвинт, що несе. Хвостовий однолопатевий кермовий гвинт встановлювався на довгій коробкоподібній балці.
Вже перші випробування виявили численні вади конструкції. Автомат перекосу працював дуже погано, оскільки неправильно розрахований; через це вертоліт погано слухався керма і розгойдувався під час підйому. Зрештою, він перекинувся і сильно зламався. Тоді Сікорський відмовився від автомата перекосу і ввів три кермові гвинти (реалізувавши таким чином ранню схему Юр'єва, про яку йшлося вище). У цій конструкції гелікоптер показав хорошу керованість. У травні 1940 року Сікорський публічно демонстрував своє дітище в Бріджпорт перед американськими льотчиками. На присутніх його машина справила велике враження: гелікоптер вільно переміщався вгору і вниз, убік і назад, нерухомо зависав і розвертався на місці. Вертоліт мав лише один недолік - він наполегливо не хотів летіти вперед. Знадобилося кілька місяців на те, щоб з'ясувати причину його "упертості". Виявилося, що повітряні вихори, створювані гвинтом, що несуть, надавали сильний вплив на роботу рульових гвинтів, так що на великій швидкості вони відмовлялися працювати. Коли кермові гвинти були винесені із зони дії основного гвинта, маневреність та керованість VS-300 відразу значно покращилася. Взагалі VS-300 мав для Сікорського величезне значення. У ході дворічних випробувальних польотів на ньому було випробувано декілька систем управління, різні типи гвинтів та конструкцій, відпрацьовано саму форму вертольота. Кількість конструкційних покращень, внесених до початкової моделі, була настільки значною, що до 1942 року від колишнього вертольота залишилися лише крісло пілота, центральна частина фюзеляжу, паливний бак та два колеса головного шасі. Завдяки цим випробуванням набагато полегшилося створення наступних гелікоптерів. Незабаром командування ВПС США зробило Сікорському замовлення на розробку військового вертольота, яке можна було б використати для коригування вогню та зв'язку. Новий зразок отримав назву VS-316 (S-47). Численні невдачі з першою машиною переконали конструктора в тому, що автомат перекосу необхідний для одногвинтової схеми. Цього разу автомат був розрахований з великою ретельністю, що й вирішило успіх моделі. У січні 1942 року розпочалися льотні випробування готового вертольота. У квітні машина вже демонструвалася перед військовими. Пілот-випробувач Чарльз Моріс, який сидів за штурвалом, зумів показати величезні можливості гвинтокрилого літального апарату. Він зависав над головами здивованих глядачів, злітав і знову сідав на старе місце - просто у виїмки від коліс, переміщався вперед, назад, убік, розвертався на місці. Потім він піднімав спеціальною люлькою авоську з яйцями, переносив на інше місце і опускав, не розбивши жодного. Були продемонстровані й інші трюки, наприклад, спуск і підйом пасажира мотузковими сходами в вертоліт, що завис над землею. Зараз це, зрозуміло, не викликає подиву, але в той час було напрочуд і до глибини душі вражало бачили генерали. Один із присутніх високопосадовців вигукнув: "Ця штука може робити все, що робить кінь!" А відомий англійський льотчик-випробувач Брі зізнався: "Ми були присутніми при диві". Насамкінець Моріс продемонстрував крейсерську швидкість - близько 130 км/год, піднявся над землею на 1500 м, а потім здійснив посадку з вимкненим двигуном на авторотації. У травні 1942 року VS-316 було прийнято на озброєння армії США під найменуванням XR-4 та запущено у серійне виробництво. Загалом було збудовано 130 таких вертольотів. У 1944 році вони були вперше випробувані у бойових умовах у Бірмі. Війна тут йшла у джунглях, і гелікоптер виявився єдиним транспортним засобом, придатним для постачання військ. Японські винищувачі розгорнули справжнє полювання на тихохідні "вертушки", але не змогли збити жодного - при найменшій небезпеці вертоліт притискався до землі, ховався між деревами і таким чином легко ухилявся від бою. У 1943 році фірма Сікорського випустила новий вертоліт XR-5, що відрізнявся набагато більшою швидкістю та вантажопідйомністю. Для нього вперше було розроблено спеціальний вертолітний двигун. Усього було збудовано 65 таких машин, оскільки через закінчення війни міністерство оборони анулювало свої замовлення. Тим часом у 1944 році у Сікорського вже була готова нова модель - S-49 (загалом їх було випущено 229 штук). Після війни гелікоптери почали швидко поширюватися у всьому світі. Сікорський недовго зберігав монополію на їх виробництво, оскільки лише в США 300 фірм розпочали розробку своїх моделей гвинтокрилих машин. Однак Сікорський мав перед ними важливі переваги – добре відпрацьовану конструкцію та налагоджене виробництво. Попри конкуренцію, його фірма як процвітала, а й розширювала виробництво. У 1946 році він розробив модель S-51 (загалом випущено 554 машини), яка знайшла найширше застосування як у військовій, так і в господарській сферах. Цей вертоліт був уперше оснащений автопілотом, який значно полегшив керування. Однак найбільший успіх випав на гелікоптери S-55 "Чікасо" (1949) та S-58 "Сибет" (1954).
Тільки на заводі Сікорського було зібрано 1828 штук вертольотів першої моделі та 2261 – другої. Крім того, безліч фірм у різних країнах придбали ліцензію на їх виробництво. У 1952 році два S-55-х вперше здійснили переліт через Атлантичний океан (з однією дозаправкою на палубі авіаносця) з Америки до Європи. S-58 був визнаний найкращим вертольотом першого покоління. Він став також "лебединою піснею" самого Сікорського. 1957 року 68-річний конструктор відійшов від керівництва компанією. У роки повним ходом розгорнулася розробка гелікоптерів у СРСР. Після війни Юр'єв зумів домогтися організації двох нових КБ: Михайла Міля, який взявся розробляти одногвинтовий гелікоптер, та Миколу Камова, який обрав співвісну схему. У роботу з проектування гелікоптера включилося також КБ Яковлєва. Продовжував свої роботи над гелікоптерами поперечної схеми Братухін. 1946 року з'явився його вертоліт Г-3. 1947 року випустив свій перший вертоліт Ка-8 Камов. Але коли наприкінці 40-х років було оголошено конкурс на найкращу радянську модель, його виграв гелікоптер Міля Мі-1, створений за одногвинтовою схемою Юр'єва. У 1951 році він був запущений у виробництво. Автор: Рижов К.В.
▪ Нейлон
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Шлях до здорового серця лежить через кишечник ▪ Фонова музика заважає творчості ▪ Двовимірний полімер міцніше сталі ▪ Наркоторговців спіймають мережами ▪ Мобільний телефон – друг туриста
▪ розділ сайту Зварювальне обладнання. Добірка статей ▪ стаття І все, що перед собою він бачив, він зневажав чи ненавидів. Крилатий вислів ▪ стаття Що таке камбала? Детальна відповідь ▪ стаття Принципи та методи реанімації. Медична допомога ▪ стаття Дистанційне керування для комп'ютера. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Мексиканські прислів'я та приказки. Велика добірка
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page