“АКРОБАТИЧЕСКИЕ ТРЮКИ” ВЕРТОЛЕТОВ С.Н. Шмидт

[Введение][Примеры аварий][Новый взгляд][Эксперимент ГДС-01][Выводы]

ВВЕДЕНИЕ

Очень часто вертолеты, при определенных режимах, проявляют “непонятную неустойчивость”. Но, если проанализировать “акробатические трюки” вертолетов, то можно заметить и определенную закономерность.

Вышеприведенные кадры аварийной посадки, наглядно показывают, как корпус вертолета начинает вращаться в направлении вращения несущих винтов, а сам вертолет заваливается на левый бок. Такое вращение корпуса не может быть вызвано ошибкой пилота и его обычно связывают с “заклиниванием” редуктора или разрушением подшипников. Действительно, “заклинивание” привода несущего винта вызовет подобное вращение корпуса. Но возникает много вопросов.

Управление несущими винтами состоит из двух систем: управления общим шагом лопастей и управления циклическим шагом лопастей.
Управление общим шагом лопастей осуществляется одновременным поворотом их в осевом шарнире относительно продольной оси лопасти посредством рычагов и тяг и служат для изменения вертикального режима полета: при одновременном увеличении угла установки всех лопастей вертолет поднимается; при одновременном уменьшении углов - опускается.
Циклическое управление шагом лопастей выполняется автоматом перекоса, изобретенным Б.Н. Юрьевым в 1911 году. Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из двух колец, подвешенных на кардане к неподвижной опоре. Внутреннее кольцо соединено с тягами продольного и поперечного управления; внешнее кольцо - с тягами, управляющими лопастями. Под действием тяг управления внутреннее кольцо автомата перекоса наклоняется, вызывая синусоидальное изменение углов установки лопастей в осевом шарнире и появлением горизонтальной составляющей тяги несущего винта, которая вызывает поступательное движение вертолета и наклоняет его в сторону движения.

Рис. 2

Продольное и поперечное управление вертолетом осуществляется через автоматы перекоса; путевое управление - изменением шага лопастей хвостового винта (на одновинтовых вертолетах) или одновременным изменением общего шага лопастей в противоположных направлениях (на соосных вертолетах). При переходе на режим безмоторного планирования (режим самовращения несущих винтов) опусканием рычага общего шага уменьшают угол установки лопастей до 3-5 градусов.

Как видим, ось вращения винта имеет очень жесткую ориентацию относительно корпуса вертолета. Винт и двигатель соединены между собой посредством передачи, включающей редуктор и муфту сцепления.
При повороте лопастей, момент инерции винта относительно оси вращения должен оставаться постоянным. Но из-за колебательных движений лопастей в воздушном потоке, момент инерции винта изменяется, что приводит к появлению вибраций.
В последнее время стали применять жесткие лопасти, исключающие или уменьшающие их колебания, что повысило устойчивость и управляемость вертолета.
“Заклинивание” может происходить только между деталями привода.
Заметим, что при “непонятных” авариях происходит воздействие несущего винта на всю систему, но никак не двигателя. Винт превращается в инерционный двигатель, раскручивающий корпус вертолета.
Очень хорошо это видно на примере увеличения скорости вращения двигателя при потере подъемной силы у вертолетов Robinson (… во всех случаях обстоятельства авиакатастроф были сходными - неожиданно увеличивались обороты двигателя, он терял высоту и падал).
Но какие силы могут вызвать изменение скорости вращения несущего винта?
Существующая теория может увязать этот процесс только с изменением свойств воздушного потока. Но для этого необходимо, чтобы вертолет попал в мощную струю воздушного потока.
Но большинство аварий происходит в режиме малых горизонтальных скоростей при взлете и посадке в нормальных погодных условиях.
Воздушный поток, способный изменить скорость вращения винта должен также воздействовать и на корпус вертолета, приводя к изменению горизонтальной скорости, что, в свою очередь, приведет к выравниванию относительной скорости потока и вертолета.
Поэтому версию аэродинамического воздействия необходимо отбросить.
Получается, что по “непонятным” причинам винт вертолета приобретает дополнительный тормозной или разгонный момент, не связанный с аэродинамикой и работой двигателя.
При этом тормозной момент может вызвать остановку двигателя, поломку редуктора и подшипниковых узлов. Разгонный момент в основном влияет на динамику движения всего вертолета.
Что же происходит?
Для начала попробуем что-либо узнать о причинах “непонятных” авариях из скупых сообщений прессы: