Отчего разнится количество винтов и лопастей вертолета

Авиаторы считают официальным годом рождения вертолета 1940-ой. Первую винтокрылую машину VS-300 создал российский (чем безмерно гордимся) и американский ученый-авиастроитель Игорь Иванович Сикорский. С тех давних пор конструктив и формы вертолетов претерпели колоссальные изменения. Но константой остается одно – несущий (основной) винт с вертикальной осью вращения. Устройство ось-винт-лопасть часто называют ротором. Пропеллер – тоже подходящее слово.


Ротор – механизм, который обеспечивает подъемную силу вертолета. С его помощью пилот взмывает в небо, осуществляет управляемый горизонтальный полет и сажает машину на выбранном пятачке. Картина не слишком сложная и принципиально понятная. Но нас занимает количество винтов и лопастей. Почему они разнятся на моделях?

Подробнее о действии несущего винта

Вертолет демонстрирует уникальные возможности: взлетает и садится перпендикулярно земле, легко маневрирует, быстро меняет траекторию движения, зависает в вышине. Его никогда не величают воздушным судном, так как в этом случает возникает ассоциация с самолетом. Чаще вертолетчики слышат безобидное «стрекоза».


Всем возможностям машина обязана винту, который возвышается над крышей. Это ключевая деталь летательного аппарата. Винт представляет собой вращающийся вал большого диаметра со встроенными лопастями. Последние имеют различные профили, но соотношение длины к ширине составляет 14:1 или 15:1.

При запуске двигателя винт начинает вращаться, раскручивая лопасти. Воздух обтекает их и создает разницу давления. Под лопастями оно выше, чем над ними: физическое тело неизбежно оторвется от земли и рванет вверх. То есть в зону низкого давления.

Для движения вперед пилот меняет угол наклона лопастей. Выходит, человек за штурвалом контролирует направление и скорость полета. Но при взлете получается нежелательный эффект: лопасти создают реактивный момент, который стремится развернуть фюзеляж в противоположную сторону.


Для компенсации этого явления на хвостовой балке устанавливают еще один пропеллер. Этот небольшой винт своим вращением создает боковую тягу, которая и уравновешивает реактивный момент. Благодаря хвостовому механизму машина сохраняет устойчивость и управляемость. Итак, винт – подъемная и движущая (пропульсивная) сила машины. Выяснив, вернемся к теме роторов позднее.

Две лопасти хорошо, а восемь лучше?

Ответ отрицательный. Или, уточним, неоднозначный. Все зависит от цели, с которой создают аппарат, и ТТХ конкретной модели. А задачами трудяга завален выше крыши.

В гражданском секторе:

✅ перевозит пассажиров и грузы
✅ тушит пожары
✅ выполняет строительно-монтажные работы
✅ проводит аварийно-спасательные операции
✅ мониторит местность

Военное назначение еще круче. Сверхлегкая «стрекоза» обладает взлетным весом 1000 кг, а тяжелый винтокрылый – 13 000 кг. Исходя из целеустановки, размера и массы вертолета производитель выбирает количество лопастей. То есть всякий раз меняет конструкцию.


Инженеры добиваются максимальной эффективности при использовании машины, где бы она не трудилась. При этом подъемная сила, стабильность в пространстве и управляемость должны находится в оптимальном соотношении.

Количество лопастей – 2-8 шт. Увеличив число деталей, скажем, вдвое, можно сократить частоту вращения пропеллера. При этом подъемная сила не пострадает. Выходит, большее количество лопастей выгодно. Но не всегда оправдано (вспоминаем о целях летательных аппаратов).

Преимущества и недостатки многолопастных моделей

У многолопастных машин появляются неоспоримые плюсы. Ценнейший: конструкторы сокращают диаметр оси. Такой шаг одновременно решает проблему превышения скорости звука на оконечностях лопастей. А ведь для тяжелых «вертушек» это особенно актуально: большие лопасти создают серьезную нагрузку на конструкцию и вызывают нежелательную вибрацию.


Важно:



Вывод: большое количество лопастей – хорошо. Но! Высвечивается другая сторона медали. Добавив лишние элементы, инженеры усложняют конструктив, техническое обслуживание и последующий ремонт, а также добавляют лишний вес.

Перечисленные факторы прямо ведут к удорожанию модели. Поэтому славные разработчики ищут и находят баланс между числом, размером, профилем лопастей и общей эффективностью аппарата.

Возвращаемся к винтам

Улучшить технические и эксплуатационные характеристики вертолета можно и за счет «лишних» винтов. Не последнюю роль тут играет способ установки дополнительного ротора. На части моделей два винта располагают друг за другом вдоль фюзеляжа.


Примером послужит грузовой CH-47 Chinook производства США. В хвостовом оперении в этом случае необходимости нет. Значит, длина укорачивается, и «вертушка» отлично работает в ограниченном пространстве.

Бывает, винтокрылого намериваются использовать для перевозки грузов на внешней подвеске. Тогда авиаинженеры применяют схему с двумя перекрещивающимися несущими винтами, которые вращаются в противоположном направлении. Выгода следующая: при компактных размерах и небольшой массе «стрекоза» успешно справляется с подъемно-транспортными операциями. Подобные модели часто применяют на лесозаготовках.


Еще один вариант установки дополнительного пропеллера рассмотрим на нашем Ка-52 «Аллигатор». Здесь наблюдается соосное расположение винтов, то есть они сидят на общем валу один над другим. Вращаются детали в разных направлениях. Недостаток нестандартного решения в том, что компоненты мешают друг другу и часть энергии тратится впустую.

Российские гражданские вертолеты

Список заводов, выпускающих винтокрылые аппараты, длинный. В него входят предприятия городов Арсеньев, Воронеж, Екатеринбург, Луховицы и ряд других. Ежегодно в стране на разных производственных площадках собирают до 185 экземпляров. Рассмотрим модели, которыми гордимся.

АНСАТ

Машину разработал Казанский вертолетный завод. Серийное производство легкой многоцелевой «стрекозы» началось в 2004 году. Воздушное средство передвижения берет на борт 7-9 пассажиров и 1,3 т груза.


АНСАТ – одновинтовой «воздушный вездеход» с двойным хвостовым оперением. Силовую установку представляют два газотурбинных двигателя PW-207K. Модификация с повышенным уровнем комфортности перевозит высокопоставленных лиц государства, поэтому ее называют «летающий лимузин».

КА-226Т

Машина, разработанная ОАО «Камов», тоже из серии легких: количество пассажиров и грузов примерно совпадает. Но тяжести весом 1 350 кг можно перевозить на внешней подвеске.


Вертолет с парой газотурбинных моторов построен по двухвинтовой схеме. Задачи КА-226Т: патрулирование охраняемых зон, перевозка терпящих бедствия, скорая медицинская помощь. Заводской ресурс – 18 000 летных часов.

VRT500

Презентация аппарата соосной схемы состоялась в 2018 году. Авторство – конструкторское бюро «ВР-Технологии». Размеры (ДхВ): 8,09х3,77 м.


Крейсерская скорость составляет 225 км/ч. Дальность полетов – 860 км. Взлетная масса – 1 650 кг. Кабина объемом 5,3 м³ рассчитана на пятерых пассажиров. Машину предполагают использовать как аэро-такси, поэтому внутри удобные энергопоглощающие кресла.

Заключение (лирическое)

Не раз приходилось наблюдать, особенно в сельской местности, трогательную картину. В небе с характерным тарахтящим звуком появляется «стрекоза». Жители, как один, поднимают головы, улыбаются, приветственно машут руками.

Детишки бегут, истошно вопя: «Вертолет! Забери меня в полет!». В свое время, ребятушки. Пока хорошо учитесь: пилот – профессия сложная…