МОДЕЛИСТУ О ВЕРТОЛЕТЕ

Многократные попытки переделок свободнолетающих моделей вертолетов на радиоуправляемые, как это было с моделями самолетов и планеров, оказались безуспешными. Это объясняется тем, что модели вертолетов свободного полета, построенные по несимметричной или соосной схемам с вращающимися двигателями, не имеют того, что называется корпусом. Попросту говоря, у них нет ни носа, ни хвоста. Поэтому всякое движение для них, кроме «вверх» и «вниз», имеет направление вперед. А управление направлением движения модели вертолета без ориентированного в пространстве корпуса, как и управление скоростью движения, невозможно без автомата перекоса. Его же на свободно-летающих и так называемых таймерных вертолетах и нет.

Уточним, что радиоуправляемой называется такая модель вертолета, которая может совершить посадку на место взлета. Современная модель такого типа имеет почти те же органы управления, что и большой вертолет (хотя на отдельных моделях, как и на описываемой, нет привода на общий шаг). Почти все модели оснащены гироскопическими автоматами стабилизации (непосредственно связанными с несущим ротором), назначение которых — обеспечить постоянное положение плоскости вращения несущего ротора при резких внешних возмущениях.

Приводим краткое описание и чертежи одной из японских моделей ТМ-20. Не все технические задачи решены в ней наилучшим образом. Конструктору, желающему заняться освоением этой неизученной области технического творчества, следует подготовиться к преодолению значительных трудностей.

В отечественной литературе описаний радиоуправляемых моделей вертолетов и рекомендаций по их постройке пока нет. Дело это для наших моделистов новое, а быть пионером в новом направлении модельной техники почетно.

Радиоуправляемые модели вертолетов — новый класс в авиамодельном спорте. В правилах соревнований пока нет даже определения, что такое модель вертолета, не разработаны и четкие технические требования.

Недостаток информации о таких моделях сдерживает развитие этого класса. Как результат, к сожалению, приходится констатировать большое отставание в нем наших спортсменов.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

Было немало попыток поднять в воздух радиоуправляемую модель вертолета, но преодолеть психологический барьер — боязнь разбить столь сложную технику — удалось только авиамоделистам Московского авиационного института Виталию Макееву и Игорю Цибизову, которые установили первый Всесоюзный рекорд продолжительности полета с посадкой на место взлета, равный 6 мин 20 с. В другом полете их модель пролетела 2700 м и совершила посадку на заранее намеченную площадку.

Освоение ими пилотирования модели обошлось без серьезных поломок. Поэтому возможность безаварийного освоения новой техники следует считать доказанной. Высказывается даже мнение, что научиться пилотировать модель вертолета сразу проще, чем переучиваться после пилотирования модели самолета. Но прежде чем приступать к постройке модели, необходимо познакомиться с особенностями схемы, конструкции и принципом попета вертолета. Начнем с терминологии, которая в дальнейшем облегчит наше взаимопонимание.

Вертолет — летательный аппарат тяжелее воздуха, способный неподвижно висеть, а также перемещаться в воздухе под любым углом к горизонту. Подъемная сила и тяга у него создаются одним или несколькими роторами, приводимыми во вращение мотором.

Однороторный вертолет (рис. 1) с одним (главным) несущим ротором и хвостовым винтом для компенсации реактивного момента. Хвостовой винт используется также для управления по курсу.

Соосный вертолет (К-26, рис. 2) с двумя роторами, расположенными на одной оси и вращающимися в противоположных направлениях.

Вертолет поперечной схемы (рис. 3) с двумя роторами, расположенными по сторонам фюзеляжа и вращающимися в противоположных направлениях.

Вертолет продольной схемы (рис. 4) с двумя роторами, расположенными по концам фюзеляжа и вращающимися в противоположных направлениях.

Рис. 5. Автомат-перекос:

1 — вал ротора, 2 — тяга, 3 — оси автомата-перекоса, 4 — автомат-перекос, 5 — тяга поперечного управления, 6 — тяга продольного управления, 7 — рычаг управлення общим шагом.

Рис. 6. Схема однороторного вертолета:

1 — тяга, 2 — вертикально поставленные тяги, 3 — горизонтально поставленные тяги, 4 — вес, 5 — лобовое сопротивление.

Ротор (главный) — винт, служащий для создания подъемной силы.

Автомат-перекос (рис. 5) — механизм, служащий для циклического изменения угла установки (шага) лопастей ротора.

Втулка ротора — агрегат, служащий для соединения лопастей с ведущим валом.

Горизонтальный шарнир — часть втулки ротора, обеспечивающая возможность махового движения лопастей.

Осевой шарнир — часть втулки ротора, позволяющая изменять угол установки (шага) лопастей.

Конус ротора — поверхность, описываемая лопастями ротора.

Плоскость вращения ротора — плоскость, проходящая через втулку ротора перпендикулярно ее оси.

Угол взмаха — угол между осью лопастями и плоскостью вращения ротора.

Угол установки — угол между хордой профиля попасти и плоскостью вращения ротора.

Изменение общего шага — одновременное, одинаковое изменение углов установки всех лопастей всех роторов вертолета.

Висение — неподвижное положение вертолета в воздухе, когда его вертикальная и горизонтальная скорости относительно окружающего воздуха равны нулю.

Авторотация — режим работы ротора без подачи мощности от мотора. Ротор на режиме авторотации вращается под действием набегающего (снизу или сбоку) потока воздуха, создавая подъемную силу и тягу. Термин применяется к вертолету в цепом.

В авиамоделизме наибольшее распространение по конструктивным соображениям получили однороторные модели вертолетов.

О работе ротора нужно знать следующее.

Чем меньше число лопастей, тем больше его эффективность.

При висении и при вертикальном подъеме ротор вертолета работает подобно пропеллеру. При поступательном полете его ось вращения наклоняется вперед, и он работает на режиме новой обдувки. Когда лопасти вращаются, подъемная сила заставляет их подниматься, в то время как центробежная сила препятствует их чрезмерному закидыванию вверх, поэтому диск ротора приобретает коническую форму.

От формы лопасти теоретически зависят аэродинамические характеристики вертолета. Однако практика четных испытаний не выявила этого влияния настолько, чтобы можно было сделать какие-либо определенные выводы. Но улучшение поверхности лопасти дает значительное снижение необходимой для попета мощности двигателя. Отрицательная закрутка попасти на 8—10° дает увеличение тяги на 3—4%.

Скорость движения лопасти относительно воздуха неодинакова. Она меньше у оси вращения и больше у конца и, кроме того, меняется в зависимости от положения попасти по отношению к направлению полета.

Так, при вращении винта скорость попасти, движущейся вперед, слагается из скоростей ее вращения и поступательного движения вертолета. Для лопасти же, движущейся назад, скорость будет определяться разностью между скоростью поступательного движения всей машины и собственной скоростью вращения.

Из-за меньшей скорости у попасти, движущейся назад, будет меньше и подъемная сила или, вернее, была бы меньше, если бы в этом случае не увеличивался ее угол атаки для сохранения равновесия. Но слишком увеличивать этот угол тоже нельзя.

Предел максимальной скорости полета определяется величиной истинного угла атаки отстающей попасти. Увеличение числа оборотов ротора при соответственном уменьшении его диаметра приводит к ухудшению характеристики висения. Существенных улучшений можно достигнуть, применив профили с большим значением критических углов атаки, если это не приведет к значительному возрастанию сопротивления.

Рис. 7. График необходимой мощности для горизонтального полета.

Рис. 8. Диаграмма безопасных высот для случая авторотирующей посадки.

Близость земли и так называемая «земная подушка» значительно влияют на аэродинамические характеристики ротора. Но на расстоянии, равном диаметру ротора, этим влиянием уже можно пренебречь. Для висения вертолета без поступательной скорости необходима мощность на 30% большая, чем при горизонтальном полете на оптимальной скорости.

Такое же явление наблюдается при наборе высоты. Динамический потолок (с поступательной скоростью) всегда больше статического (на режиме висения). При остановке мотора вертолет становится автожиром. В этом случае ротор вращается без подвода мощности в результате действия аэродинамических сил. Последние обеспечивают необходимую тягу ротора и поддерживают его вращение. Но это превращение зависит от многих факторов. Основной из них — направление обдувки ротора воздушным потоком.

При моторном полете воздушный поток набегает на ротор вертолета сверху, на режиме авторотации — снизу. Для обеспечения авторотации необходима определенная скорость потока (прямого или косого), то есть вертолет должен перемещаться относительно него. Так, для безопасной авторотирующей посадки с режима висения аппарат должен иметь запас высоты не менее 150 м или при горизонтальном полете, поступательную скорость не менее 120 км/ч, в противном случае авария неизбежна.

Таковы краткие сведения о вертолете, которые необходимо знать авиамоделисту.