Винтокрылая машина

Самолет тяжелее воздуха, создающий подъемную силу над вращающимися крыльями.

Вертолет Bell 47 , ранний образец винтокрылого аппарата с двигателем.

Винтокрылый аппарат или винтокрылый самолет — это летательный аппарат тяжелее воздуха с вращающимися крыльями или лопастями несущего винта, которые создают подъемную силу за счет вращения вокруг вертикальной мачты. Несколько лопастей несущего винта, установленных на одной мачте, называются ротором . Международная организация гражданской авиации (ИКАО) определяет винтокрылый аппарат как «поддерживаемый в полете реакцией воздуха на один или несколько винтов». ^[1]

К винтокрылым аппаратам обычно относятся летательные аппараты, в которых один или несколько винтов обеспечивают подъемную силу на протяжении всего полета, например вертолеты , автожиры и автожиры . Составной винтокрылый аппарат дополняет несущий винт дополнительными тяговыми двигателями, воздушными винтами или статическими несущими поверхностями. Некоторые типы, например вертолеты, способны осуществлять вертикальный взлет и посадку . Самолет, который использует подъемную силу несущего винта для вертикального полета, но переходит на подъемную силу исключительно с неподвижным крылом в горизонтальном полете, является не винтокрылым аппаратом, а конвертопланом .

Классы винтокрылых машин

Вертолет

Вертолет Bell UH-1 Iroquois

Вертолет — это винтокрылый летательный аппарат, несущие винты которого приводятся в движение двигателем(ами) на протяжении всего полета, что позволяет ему взлетать и приземляться вертикально, зависать и лететь вперед, назад или вбок. Вертолеты имеют несколько различных конфигураций одного или нескольких несущих винтов.

Вертолеты с одним несущим винтом с приводом от вала требуют какого-либо устройства противодействия крутящему моменту, такого как рулевой винт , хвостовое оперение или NOTAR , за исключением некоторых редких примеров вертолетов, использующих законцовую реактивную движительную установку, которая практически не генерирует крутящий момент.

Автожир

Тандемный учебно-тренировочный автожир Magni M-16

Автожир (иногда называемый автожиром, автожиром или ротапланом) использует неприводной винт, приводимый в движение аэродинамическими силами в состоянии авторотации для создания подъемной силы, и пропеллер с приводом от двигателя , аналогичный винту самолета с неподвижным крылом , для обеспечения тяги. . Несмотря на то, что ротор автожира внешне похож на ротор вертолета, для создания вращения ротор автожира должен пропускать воздух вверх и через диск ротора. Ранние автожиры напоминали самолеты того времени с крыльями, передним двигателем и пропеллером в конфигурации тягача, которые тянули самолет в воздух. Автожиры последних моделей оснащены задним расположением двигателя и гребным винтом толкающей конфигурации.

Автожир был изобретен в 1920 году Хуаном де ла Сьервой . Автожир с толкающим винтом был впервые испытан Этьеном Дормуа на его автожире Buhl A-1 .

Гиродин

Прототип гиродина Fairey Rotodyne ^[2]

Ротор гиродина обычно приводится в движение двигателем при взлете и посадке (зависая, как вертолет), с противодействующим моментом и тягой для полета вперед, обеспечиваемыми одним или несколькими пропеллерами, установленными на коротких или коротких крыльях. По мере увеличения мощности воздушного винта ротору требуется меньшая мощность для обеспечения прямой тяги, что приводит к уменьшению углов наклона и махов лопастей несущего винта. На крейсерских скоростях, когда большая часть или вся тяга обеспечивается воздушными винтами, несущий винт получает мощность, достаточную только для преодоления сопротивления профиля и поддержания подъемной силы. В результате винтокрылый аппарат работает более эффективно, чем свободно вращающийся винт автожира в режиме авторотации, что сводит к минимуму неблагоприятные последствия срыва отступающих лопастей вертолетов на более высоких скоростях полета.

Роторный змей

Роторный змей Bensen B-6

Роторный змей или гироплан — это винтокрылый летательный аппарат без двигателя. Подобно автожиру или вертолету, для полета он опирается на подъемную силу, создаваемую одним или несколькими наборами винтов. В отличие от вертолета, автожиры и роторные воздушные змеи не имеют двигателя, приводящего в движение их несущие винты, но в то время как автожир имеет двигатель, обеспечивающий прямую тягу, поддерживающую вращение ротора, роторный воздушный змей вообще не имеет двигателя и опирается либо на подъем, либо на подъем. сброшены с другого самолета или подняты в воздух за автомобилем или лодкой.

Конфигурация ротора

Количество лопастей

Поворотное крыло характеризуется количеством лопастей . Обычно это от двух до шести на карданный вал.

Количество роторов

Винтокрылый аппарат может иметь один или несколько несущих винтов. Использовались различные конфигурации ротора:

• Один ротор. Несущие винты с приводом требуют компенсации реакции крутящего момента, вызывающей рыскание, за исключением случаев реактивного привода. Винтокрылые аппараты с одним винтом обычно называют монокоптерами .
• Два ротора. Обычно они вращаются в противоположных направлениях, подавляя реакцию крутящего момента, поэтому хвостовой винт или другой стабилизатор рыскания не требуется. Эти роторы могут быть расположены как
  • Тандем  – Один впереди другого.
  • Поперечный  – бок о бок.
  • Коаксиальный  – один роторный диск расположен над другим, с концентрическими приводными валами.
  • Взаимосвязывание  — двойные роторы, расположенные под острым углом друг к другу, чьи почти вертикальные приводные валы соединены вместе для синхронизации лопастей ротора так, чтобы они зацеплялись, также называемый синхроптером .
• Три ротора. Необычная конфигурация; У Cierva Air Horse 1948 года было три несущих винта, поскольку считалось, что для его размера невозможно построить ни одного ротора достаточной прочности. Все три ротора вращались в одном направлении, а компенсация рыскания обеспечивалась за счет наклона каждой оси ротора для создания компонентов тяги ротора, противодействующих крутящему моменту.
• Четыре ротора. Его еще называют квадрокоптером или квадрокоптером. Обычно два ротора вращаются по часовой стрелке, а два — против часовой стрелки.
• Более четырех роторов. Эти конфигурации , обычно называемые мультикоптерами , а иногда и по отдельности, гексакоптерами и октокоптерами, обычно имеют согласованные наборы роторов, вращающихся в противоположных направлениях. ^{[ нужна цитата ]} Они редко встречаются в полноразмерных пилотируемых самолетах, но популярны для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Остановленные роторы

Некоторые винтокрылые самолеты сконструированы так, чтобы останавливать винт при полете вперед, чтобы он затем действовал как неподвижное крыло. При вертикальном полете и зависании он вращается, действуя как вращающееся крыло или ротор, а при полете вперед на скорости он перестает действовать как неподвижное крыло, обеспечивая часть или всю необходимую подъемную силу. Также могут быть предусмотрены дополнительные неподвижные крылья для обеспечения устойчивости и управления, а также для обеспечения вспомогательной подъемной силы.

Одним из первых американских предложений была переоборудование Lockheed F-104 Starfighter с треугольным несущим винтом. Позже к этой идее вернулся Хьюз. ^[3] Исследовательский самолет Sikorsky S-72 прошел обширные летные испытания.

В 1986 году исследовательский самолет Sikorsky S-72 Rotor Systems (RSRA) был оснащен четырехлопастным остановленным несущим винтом, известным как X-wing. Программа была отменена два года спустя, еще до того, как ротор полетел.

Более поздняя концепция винта/крыла «утка» (CRW) добавила носовую часть «утка» , а также обычное хвостовое оперение, разгружая несущее крыло и обеспечивая управление во время полета вперед. Для вертикального и малоскоростного полета основной аэродинамический профиль приводится в движение законцовками, как винт вертолета, за счет выхлопа реактивного двигателя , и хвостовой винт не требуется . В высокоскоростном полете аэродинамический профиль останавливается в размахе крыла, как основное крыло трехпланного самолета , и выхлоп двигателя осуществляется через обычное реактивное сопло. Два прототипа Boeing X-50 Dragonfly с двухлопастным несущим винтом летали с 2003 года, но программа завершилась после того, как оба разбились, так как не удалось успешно выполнить переход. ^[4]

В 2013 году Лаборатория военно-морских исследований США (NRL) опубликовала метод перехода из вертикального в горизонтальный полет и связанную с ним технологию, запатентованную 6 декабря 2011 года ^[5] , которую они назвали самолетом с вращающимся крылом с поворотным ротором. ^[6] Австралийская компания StopRotor Technology Pty Ltd разработала прототип летательного аппарата Hybrid RotorWing (HRW). ^{[7] [8]} В конструкции используется воздушный поток с высоким альфа- каналом, чтобы обеспечить симметричный поток воздуха через все лопасти несущего винта, что требует его падения почти вертикально во время перехода. ^[8] Переход полета из фиксированного режима в вращательный был продемонстрирован в августе 2013 года. ^{[9] [10] [11]}

Другой подход предлагает конфигурацию хвостового сиденья , в которой подъемные поверхности действуют как винты во время взлета, летательный аппарат наклоняется для горизонтального полета, а ротор останавливается, действуя как неподвижное крыло. ^[12]

Смотрите также

• Конвертоплан
• Механизированный лифт
• Роторное крыло

Рекомендации

1. «Приложение 7 ИКАО». Проверено 30 сентября 2009 г.
2. Фото: Дж. Тинесен, SFF. Архивировано 28 августа 2009 г. в фотоархиве Wayback Machine.
3. «Брошюра о роторном крыле Хьюза». Архивировано 27 февраля 2018 г. в Wayback Machine . Нежелательный блог (получено 15 мая 2014 г.)
4. Маккенна, Джеймс Т. «На шаг дальше», Rotor & Wing , февраль 2007 г., стр. 54
5. "USPTO 8 070 090"
6. "Самолет с поворотным крылом и стоп-ротором". Архивировано 15 января 2018 г. в Wayback Machine . Офис передачи технологий, Исследовательская лаборатория ВМС США. (получено 16 мая 2014 г.)
7. «Стопротор, гибридный винтокрылый вертикальный взлет и посадка». Архивировано 24 сентября 2015 г. в Wayback Machine . Новости СВАС
8. «Конструкция гибридного RotorWing переходит от неподвижного крыла к вращающемуся в полете». Архивировано 16 июля 2016 г. на Wayback Machine gizmag.com.
9. Ротор и крыло «Гибридное крыло RotorWing осуществляет фиксированный/вращательный переход в полете». Архивировано 13 августа 2016 г. в Wayback Machine . Ротор и крыло , 30 августа 2013 г.
10. «Высшие технологии - Летающий трансформатор» . Архивировано из оригинала 14 января 2018 г. Проверено 27 февраля 2018 г.
11. «StopRotor завершает успешный первый переходный полет. Архивировано 8 мая 2014 г. на Wayback Machine » . Australian Aviation , 28 августа 2013 г. По состоянию на 7 мая 2014 г.
12. NASAPAV (21 декабря 2009 г.), Концепция НАСА Tanzenflugel VTOL UAV, заархивировано из оригинала 14 декабря 2016 г. , получено 8 января 2017 г.

Внешние ссылки

• Американское вертолетное общество
• Грэм Уорвик (13 декабря 2017 г.). «Краткая история развития винтокрылой техники». Неделя авиации и космических технологий .