Vrtuľník: zariadenie, typy, riadiaci systém, účel

Za plnohodnotný štart prvého vrtuľníka na svete, aj keď vojenského, možno považovať udalosť z 13. januára 1942, keď bol do vzduchu zdvihnutý vrtuľník Sikorsky určený na vojenské účely. Vedec-letecký konštruktér začal s vývojom helikoptér v predrevolučnom Rusku a pokračoval v emigrácii do Spojených štátov. Odvtedy uplynulo veľa času, zariadenie vrtuľníkov prešlo významnými zmenami, ale účely používania technológie zostali rovnaké.

Vo všetkých schémach vrtuľníkov sa rozlišujú rovnaké hlavné časti:

• Hlavný rotor. Vytvára hnacie a zdvíhacie sily a riadi vrtuľník. Konštrukčne sa skladá z lopatiek a objímky, ktorá prenáša krútiaci moment z hriadeľa hlavnej prevodovky na lopatky.
• Skrutka riadenia. Kompenzuje reaktívny krútiaci moment riadenia dráhy hlavného rotora jednorotorového vrtuľníka. Jeho konštrukcia obsahuje puzdro a lopatky pripevnené k hriadeľu zadného kolesa.
• Automatické zošikmenie. Riadi Cyklický a všeobecný rozstup hlavného rotora, prenáša signály z riadiaceho obvodu do axiálneho závesu objímky a potom na lopatky.
• Systém manažérstva. Vrtuľníky sú vybavené tromi nezávislými riadiacimi systémami: koľajovým, pozdĺžno-priečnym a riadiacim celkovým rozstupom vrtule. Takéto systémy zahŕňajú páky v kabíne, mechanizmy silového gradientu, kývanie a trakciu, automatické zošikmenie a posilňovač riadenia.
• Prenos. Prenáša energiu na vrtule a pomocné jednotky z motorov. Počet a umiestnenie motorov, ako aj usporiadanie vrtuľníka určujú konštrukciu prevodovky.
• Trup. K nemu sú pripevnené hlavné komponenty vrtuľníka. Určené na umiestnenie cestujúcich a nákladu, paliva, vybavenia.
• Krídlo. Vytvára dodatočný zdvih, znižuje zaťaženie hlavného rotora a zvyšuje rýchlosť vrtuľníka. Do krídel sa zmestí aj vybavenie, palivové nádrže a výklenky na skrytie podvozku. Rotory vo vrtuľníkoch priečnej schémy sú podopreté krídlom.
• Perie. Poskytuje vyváženie, stabilitu a ovládateľnosť vrtuľníka. Je rozdelená na dva typy-vertikálny alebo kýl a horizontálny alebo stabilizátor.
• Vzletové a pristávacie časti vrtuľníka. Určené na parkovanie vrtuľníkov, ochladzovanie kinetickej energie počas pristátia a pohybu po zemi. Mnoho vrtuľníkov má za letu zasunutý podvozok.
• Motor vrtuľníka. Vytvára energiu potrebnú na napájanie pomocných jednotiek, hlavného pohonu a skrutiek riadenia. Elektráreň kombinuje niekoľko motorov so systémami, ktoré zabezpečujú ich stabilnú prevádzku v rôznych režimoch.

Typy vrtuľníkov

Vrtuľníky sú rozdelené do niekoľkých typov. Každý z typov má svoje vlastné charakteristiky, silné a slabé stránky.

Jednorotorové vrtuľníky

Najbežnejším typom vrtuľníkového zariadenia je jednorotorový stroj s chvostovým rotorom. Výhoda tohto dizajnu spočíva v jednoduchosti-jedna prevodovka, jedna skrutka, jednoduchá obsluha. Asi 8-10% výkonu motora ide na chvostový rotor pri vznášaní sa vo vzduchu, asi 3-4% - počas translačného letu. Relatívne nízka hmotnosť a jednoduchosť konštrukcie pokrývajú takéto straty energie. Nevýhodou takéhoto vrtuľníkového zariadenia je nebezpečenstvo, ktoré ohrozuje pozemný personál z chvostového rotora.

Girodin

Os vrtule takýchto vrtuľníkov, kompenzujúca krútiaci moment, je nasmerovaná za letu. Táto konštrukcia vám umožňuje vytvoriť trakciu bez použitia hlavného rotora. To zvyšuje jeho účinnosť, pretože nie je potrebné ho nakláňať dopredu. Skrutka kompenzujúca krútiaci moment hlavného rotora je umiestnená tak, aby nevytvárala odpor a nezvyšovala výkon dodávaný do kompenzačnej skrutky.

Jet

Zariadenie tohto modelu je jednoduché spôsob, ako problém vyriešiť krútiaceho momentu. Vytvárajú ho motory umiestnené na konci lopatiek, ale neprenášajú sa cez hriadeľ. Na trup sa prenáša iba moment trenia ložísk.

Prúdové motory vytvárajú prúdový ťah. Hlavný rotor tohto typu má jednoduchý dizajn, čo je jeho výhoda; medzi nevýhody patrí vysoká spotreba paliva.

Koaxiálny vrtuľník

Dve vrtule koaxiálneho vrtuľníka, umiestnené na sebe a otáčajúce sa v opačných smeroch, uhasia moment prenášaný na trup. Jedinou požiadavkou na skrutky je rovnaký krútiaci moment.

Koaxiálne helikoptéry sú svojou veľkosťou horšie ako jednorotorové helikoptéry, ale krútiaci moment nie je kompenzovaný výkonom, čo je možné vďaka zariadeniu helikoptér.

Vrtuľníky s priečne umiestneným hlavným rotorom

Výhoda takéhoto vrtuľníka spočíva v znížení výkonu, potrebné pre pohyb vpred. Toto je obzvlášť dôležité u viacmotorových helikoptér, ktoré sa musia so zastaveným motorom naďalej pohybovať v horizontálnom smere.

Nevýhodou takýchto strojov je vysoká odolnosť v dôsledku prejsť na obsah konštrukcie, na ktorej spočívajú hlavné vrtule. Zefektívnenie a zmenšenie rozmerov konštrukcie zvyšuje hmotnosť vrtuľníka.

Vrtuľník s priečnym usporiadaním skrutiek je vybavený zložitejšou prevodovkou a má veľké rozmery, aj keď sú ovplyvnené stupňom prekrytia hlavného rotora. Jednou z najväčších a najťažších helikoptér tohto dizajnu je Mi-12.

Vrtuľník s pozdĺžnym skrutkovým usporiadaním

Priestranný trup a možnosť posunutia ťažiska sú výhodami takejto konštrukcie vrtuľníka. Užitočné zaťaženie je rozdelené medzi rotory. Komplikovaná prevodovka a jej veľká hmotnosť sú hlavnými nevýhodami charakteristickými pre vrtuľníky s priečnym usporiadaním skrutiek.

Druhou nevýhodou je znížená účinnosť skrutiek, pretože trysky ich práce sa pretínajú. Pri lete vpred sa strata kvality znižuje v dôsledku skutočnosti, že zadná vrtuľa je umiestnená vyššie ako predná. Koľko čepelí majú vrtuľníky tohto dizajnu? Priemer skrutiek a počet čepelí sa môžu líšiť, aby sa zlepšila manipulácia a stabilita stroja.

Viacrotorové vrtuľníky

Projekty viacrotorových helikoptér vyvinutých konštruktérmi lietadiel zahŕňali vytvorenie ťažkých modelov strojov. Vďaka niekoľkým rotorom je ovládanie zjednodušené, pretože vrtuľník sa môže otáčať vzhľadom na ktorúkoľvek z troch osí zvýšením ťahu konkrétnej vrtule. Viaczávitovková schéma ťažkých vrtuľníkov vám umožňuje udržiavať priemer skrutiek v určitých medziach.