Вертолет - это тип воздушного судна, которое функционирует за счет вращения лопастей. В отличие от крыльев у самолетов, роторные лопасти вертолета генерируют подъем, чтобы поднять его в воздух из-за расположения и функциональности вращающихся лопастей. Вертолеты способны выполнять маневры, которые недоступны обычным самолетам. Чтобы понять, как вертолеты на самом деле летают, нужно рассмотреть некоторые основы конструкции крыла и подъема.

1. Конструкция крыла и подъем

Подъем, генерируемый крыльями воздушных судов, можно понять через взаимосвязь между скоростью воздуха и давлением, называемую принципом Бернулли. Он утверждает, что когда скорость воздуха возрастает, давление убывает и наоборот. Форма крыла (профиль) разрабатывается так, что при воздействии входящего воздуха создается положительный подъем.

Верхняя поверхность обычно округлая, а нижняя - плоская. Это создает вентури, вызывая различные скорости воздуха на верхней и нижней поверхностях крыла. Под крылом образуется повышенное давление, а над крылом - пониженное, что приводит к подъему.

Самолетам требуется много воздуха, чтобы создать достаточный подъем для поднятия в воздух, и, следовательно, им нужны большие крылья, должны лететь быстро и требуется длинная полоса для взлета и посадки. В то время как лопасти вертолета аналогично созданы для создания подъема, воздух перемещается через них вращением лопастей.

Лопасти генерируют массивный поток воздуха, который поднимает вертолет. Полученный подъем позволяет вертолетам двигаться прямо вверх и вниз, что невозможно для обычных самолетов. Подъем, полученный от лопастей ротора, также позволяет вертолетам парить в воздухе без движения. Более того, вертолеты могут взлетать и садиться вертикально без необходимости специальных взлетно-посадочных полос.

2. Основные компоненты и функциональность

Самая заметная часть вертолета - это огромный вращающийся ротор. Обычно комплект лопастей (4 лопасти) подключается к роторной головке и вентиляционному шарниру, который позволяет ему качаться. Каждой лопасти прикреплен шарнир угла атаки, который позволяет ей наклоняться под более крутым или пологим углом в зависимости от положения вращающейся верхней плиты. Верхняя плита вращается на подшипниках вокруг статической нижней плиты, что позволяет вертолету парить и маневрировать.

Следует отметить, что вертолет не может летать только с одним ротором, двигающимся в одном направлении. Третий закон Ньютона утверждает, что на каждое действие существует равное и противоположное реакционное действие. Таким образом, когда ротор вертолета вращается вокруг своей головки, конструк

ция стремится вращаться в противоположном направлении. Для компенсации этого применяется противовращающий момент. Это можно достичь либо установкой второго большого ротора, вращающегося в противоположном направлении (тандемный ротор), либо установкой еще одного ротора на ту же мачту, что и первый ротор (коаксиальный ротор).

В некоторых конструкциях вращающий момент компенсируется с использованием маленького бокового винта, направленного в сторону, который называется хвостовым винтом. Хвостовой винт приводится в движение валом от двигателя, проходящим через задний конец вертолета. Другой вариант (без хвостового винта) использует струю воздуха, вынужденную через вентиляцию на хвосте, чтобы компенсировать момент основного ротора. Вертикальное хвостовое оперение также может помочь компенсировать некоторый момент от основного двигателя.

Для конструкции с одним основным ротором требуется мера по компенсации вращающего момента для безопасного полета. Следует отметить, что в случае повреждения вторичного хвостового винта вертолет становится опасно неуправляемым и обычно заканчивается крушением.

3. Парение и маневрирование

Искусное устройство роторов позволяет вертолетам парить в воздухе или маневрировать в любом направлении. Для пилотов доступны пять основных средств управления движением. Это два ручных рычага, называемых коллективным и циклическим рычагами, ручка газа и две педали. Вертолеты отличаются тем, что для выполнения различных маневров пилотам нужно выполнять одновременно несколько управляющих действий.

Для достижения парения подъем и вес должны равняться в какой-то момент в воздухе. Увеличение и уменьшение подъема, выполняемое коллективным рычагом, определяет, поднимается ли вертолет или опускается. Управление увеличивает или уменьшает угол атаки вращающихся лопастей относительно входящего воздуха.

Во время взлета лопасти должны быть установлены под более крутым углом для создания максимального подъема. Чтобы достичь парения, пилот должен регулировать подъем на желаемой высоте. Затем подъем должен быть изменен так, чтобы он равнялся весу вертолета. Заметим, что пилоты также используют регулировку газа при регулировке подъема. Аналогично педали газа в автомобиле, увеличивается или уменьшается скорость двигателя, что приводит к большему или меньшему подъему лопастей.

Вертолеты маневрируют, когда на одной стороне ротора применяется больше подъема, чем на другой. Лопасти перемещаются вперед и назад (перетяжка) во время вращения. Они создают более крутой угол на правой стороне, чем на левой, что приводит к более сильному подъему справа. Это наклоняет вертолет влево и направляет его в этом направлении. Механизм управления выполняется с использованием второго рычага, циклического рычага.

Перемещая циклический рычаг вправо, лопасти ротора наклоняются под крутым углом влево, создавая больший подъем слева. Плоский угол и меньший подъем направляют вертолет вправо. Ротор приводится в движение валом, подключенным к трансмиссии и коробке передач. Та же самая трансмиссия приводит в действие второй, более длинный вал, вращающий хвостовой винт.

4. Энергетические установки

Хотя в некоторых небольших вертолетах используются поршневые двигатели, в большинстве из них используются газотурбинные двигатели, подобные двигателям, используемым на обычных самолетах. Вертолеты могут иметь одиночный или двойной двигатель, приводящий в движение несущие винты. Большинство небольших вертолетов Bell имеют один двигатель, установленный горизонтально сразу за несущим винтом.

На более крупных вертолетах, таких как военные «Сихок» и «Апач», для питания используются два двигателя. Большинство современных вертолетов используют турбовальные двигатели, в которых горячие газы из камеры сгорания вращают центральные турбины и карданный вал, приводя в действие систему трансмиссии.