.jpg/1280px-Ukrainian_Ka-27PS_on_USS_Taylor_(cropped).jpg)
Соосный летательный аппарат — летательный аппарат , у которого винты установлены один над другим на концентрических валах с одной и той же осью вращения, но вращаются в противоположных направлениях ( встречное вращение ).
Такая компоновка несущих винтов характерна для вертолетов российского конструкторского бюро « Камов» .
Идея соосных винтов принадлежит Михаилу Ломоносову . Он разработал небольшую модель вертолета с соосными винтами в июле 1754 года и продемонстрировал ее Российской академии наук . [1]
В 1859 году Британское патентное ведомство выдало первый патент на вертолет Генри Брайту за его соосную конструкцию. С этого момента соосные вертолеты превратились в полностью работоспособные машины, какими мы их знаем сегодня. [2] [3]
Два первых вертолета — «D'AT3», построенный Коррадино Д'Асканио в 1930 году, и в целом более успешный французский Gyroplane Laboratoire середины 1930-х годов — оба использовали для полета соосную схему несущих винтов.
.jpg/1280px-Gyrodyne_QH-50_(cropped).jpg)
Наличие двух соосных наборов роторов обеспечивает симметрию сил вокруг центральной оси для подъема транспортного средства и вбок при полете в любом направлении. Из-за механической сложности многие конструкции вертолетов используют альтернативные конфигурации, чтобы избежать проблем, которые возникают при использовании только одного основного ротора. Распространенными альтернативами являются вертолеты с одним ротором или тандемные роторные компоновки.
Одной из проблем с любым набором лопастей несущего винта является крутящий момент (вращательная сила), 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 рулевой или хвостовой винт противодействует крутящему моменту несущего винта и управляет вращением фюзеляжа.
Соосные роторы решают проблему крутящего момента основного ротора, поворачивая каждый набор роторов в противоположных направлениях. Противоположные крутящие моменты от роторов компенсируют друг друга. Вращательное маневрирование, управление рысканием , достигается путем увеличения общего шага одного ротора и уменьшения общего шага другого. Это вызывает контролируемую асимметрию крутящего момента.
Асимметрия подъемной силы — аэродинамическое явление, вызванное вращением роторов вертолета в прямом полете. Лопасти ротора обеспечивают подъемную силу, пропорциональную количеству воздуха, протекающего над ними. При взгляде сверху лопасти ротора движутся в направлении полета в течение половины вращения (наступающая половина), а затем движутся в противоположном направлении в течение оставшейся части вращения (отступающая половина). Лопасть ротора создает большую подъемную силу в наступающей половине. Когда лопасть движется в направлении полета, поступательное движение самолета увеличивает скорость воздуха, обтекающего лопасть, пока она не достигнет максимума, когда лопасть перпендикулярна относительному ветру . В то же время лопасть ротора в отступающей половине создает меньшую подъемную силу. Когда лопасть движется от направления полета, скорость воздушного потока над лопастью ротора уменьшается на величину, равную поступательной скорости самолета, достигая своего максимального эффекта, когда лопасть ротора снова перпендикулярна относительному ветру. Соосные роторы позволяют избежать эффекта асимметрии подъемной силы за счет использования двух роторов, вращающихся в противоположных направлениях, в результате чего лопасти одновременно выдвигаются вперед с обеих сторон.
Другое преимущество, вытекающее из соосной конструкции, включает в себя увеличение полезной нагрузки при той же мощности двигателя; хвостовой винт обычно тратит часть доступной мощности двигателя, которая была бы полностью направлена на подъем и тягу в соосной конструкции. Снижение шума является главным преимуществом конфигурации; часть громкого «шлепающего» звука, связанного с обычными вертолетами, возникает из-за взаимодействия между потоками воздуха от основного и хвостового винтов, которое в некоторых конструкциях может быть сильным. Кроме того, вертолеты с соосными винтами, как правило, более компактны (имеют меньшую площадь на земле), хотя и за счет увеличения высоты, и, следовательно, используются в районах, где пространство в приоритете; несколько конструкций Камова используются в военно-морских ролях, будучи способными работать из ограниченных пространств на палубах кораблей, включая корабли, не являющиеся авианосцами (примером являются крейсеры класса «Кара» российского флота, которые несут вертолет Ка-25 «Гормон» в качестве части своего стандартного оборудования). Еще одним преимуществом является повышенная безопасность на земле; отсутствие хвостового винта устраняет основной источник травм и смертей среди наземного персонала и прохожих. [ необходима цитата ]
Повышенная механическая сложность ступицы ротора. Соединения и автоматы перекоса для двух роторных систем должны быть собраны на вершине мачты, что является более сложным из-за необходимости приводить в движение два ротора в противоположных направлениях. Из-за большего количества движущихся частей и сложности, соосная роторная система более подвержена механическим неисправностям и возможным отказам. [ необходима цитата ] Соосные вертолеты также более склонны к «хлестанию» лопастей и самостолкновению лопастей, по словам критиков. [4]
Присущая системе устойчивость и быстрая реакция управления делают ее пригодной для использования в небольших радиоуправляемых вертолетах . Эти преимущества достигаются ценой ограниченной скорости поступательного 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 вокруг своих осей для разных углов атаки), что упрощает модель, но исключает возможность компенсации с помощью коллективного ввода. Компенсация даже самого легкого ветра заставляет модель подниматься, а не лететь вперед даже при полном применении циклического .
Беспилотные летательные аппараты типа мультикоптер существуют в многочисленных конфигурациях, включая дуокоптер, [5] трикоптер, квадрокоптер , гексакоптер и октокоптер. Все они могут быть модернизированы до соосной конфигурации, чтобы обеспечить большую устойчивость и время полета, позволяя при этом перевозить гораздо больше полезной нагрузки без увеличения веса. Действительно, соосные мультикоптеры изготавливаются с использованием двух двигателей, направленных в противоположных направлениях (один вверх и один вниз). Таким образом, благодаря соосной конфигурации можно получить четырехосный, восьмироторный летательный аппарат. Дуокоптеры характеризуются двумя двигателями, выровненными 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 соосные мультикоптеры предпочтительны почти для всех коммерческих применений БПЛА с большой полезной нагрузкой . [6]
Министерство транспорта США опубликовало «Базовый справочник по вертолетам». Одна из глав в нем называется «Некоторые опасности полета вертолета». Перечислены десять опасностей, указывающих на то, с чем приходится сталкиваться типичному вертолету с одним ротором. Конструкция соосных винтов либо уменьшает, либо полностью устраняет многие из этих опасностей. В следующем списке указаны:
Снижение и устранение этих опасностей являются сильными сторонами безопасности конструкции соосного ротора. [7] [8]
.jpg/1280px-A_Russian_Helix_KA-27_(cropped).jpg)
