Как вертолет работает: Устройство и работа несущего винта вертолета

Устройство и работа несущего винта вертолета

Для того чтобы самолет или планер летал, нужна подъемная сила, а эта сила создается крылом. Поэтому главным в самолете является крыло, ибо в конечном счете Весь самолет может быть сведен в летающее крыло, без фюзеляжа, без оперения.

У вертолета роль крыла играет несущий винт. Даже если в летательном аппарате ничего больше нет, кроме несущего винта, мы можем принципиально назвать его «вертолетом».

Наверное, многие в детстве делали себе такой «вертолет», состоящий только ив одного винта, вырезанного из куска жести. Стартовым устройством для него служила обыкновенная катушка от ниток, вращающаяся на стержне.

Однако роль несущего винта вертолета гораздо более многогранна, чем роль крыла самолета.

Созданием подъемной силы еще не ограничивается назначение несущего винта.

Когда вы посмотрите на вертолет в горизонтальном полете, вы неизбежно обратите внимание на то, что фюзеляж носом наклонен к горизонту. При этом наклоненным вперед оказывается и несущий винт.

Полная аэродинамическая сила R, развиваемая несущим винтом и направленная перпендикулярно к плоскости вращения концов лопастей, в этом случае может быть разложена на две составляющие: направленную вертикально подъемную силу, которая поддерживает вертолет на заданной высоте, и силу, направленную по касательной к траектории полета, Р, которая на вертолете является силой тяги. За счет этой силы вертолет летит вперед. Таким образом, несущий винт в поступательном полете одновременно является и тянущим винтом.

Однако и этим не ограничивается роль несущего винта. У вертолета в отличие от самолета нет рулевых поверхностей, таких, как элероны, триммеры, рули направления и высоты. Да они и не имели бы смысла, так как во время полета не обдувались бы потоком воздуха и в силу этого не могли бы служить целям управления.

Ведь мы знаем, что для изменения положения тела, к нему нужно приложить внешнюю силу. В полете вертолет окружен воздухом, поэтому внешняя сила может быть только результатом взаимодействия каких-либо частей вертолета с воздушной средой. Для того чтобы возникла сила сопротивления воздуха, тело должно перемещаться с большей скоростью. Когда вертолет висит в воздухе, то этому условию не отвечает ни одна его часть, кроме винта. Поэтому роль органа управления вертолетом также возложена на несущий винт. Действуя ручкой управления, летчик с помощью особых устройств, о которых будет рассказано в следующих главах, добивается такого положения, которое равносильно изменению плоскости вращения несущего винта. При этом изменяет свое направление и полная аэродинамическая сила воздушного винта и обе ее составляющие. И если подъемная сила всегда направлена вертикально вверх, то вторая составляющая — по касательной к траектории полета.

В зависимости от угла наклона полной аэродинамической силы меняется не только направление, но и величины ее составляющих. Следовательно, управляя несущим винтом, летчик может изменять не только направление полета, но и скорость полета.

Для подъема или спуска вертолета летчик также воздействует на лопасти несущего винта, уменьшая или увеличивая одновременно и на одинаковую величину угол установки всех лопастей.

Если на вертолете отказывает двигатель, то, уменьшая углы атаки лопастей, летчик ставит несущий винт в положение самовращения (авторотации). Поддерживаемый подъемной силой, создаваемой винтом на этом режиме работы, вертолет совершает безопасный планирующий спуск.

Из сказанного выше ясно, что для понимания устройства и полета вертолета надо разобраться прежде всего в работе несущего винта; для того чтобы вертолет успешно мог летать, конструктор должен обеспечить надежность прежде всего несущего винта.

Летчики, инженеры, техники и механики, летающие на вертолетах и обслуживающие их, прежде всего должны следить за безукоризненным состоянием несущего винта.

Итак, несущий винт — вот что главное в вертолете

Режимов работы несущего винта вертолета чрезвычайно много. Каждому режиму полета вертолета соответствует свой режим работы несущего винта. Основными для вертолета являются: пропеллерный режим, режим косой обдувки, режим самовращения (авгоротация) и режим вихревого -сольца.

Пропеллерный режим возникает при вертикальном подъеме или висении вертолета.

Режим косой обдувки возникает при поступательном полете вертолета.

Режим самовращения возникает при отключении двигателя вертолета от несущего винта в полете, при этом винт вращается под действием потока воздуха.

Режим вихревого кольца возникает при снижении вертолета. При таком режиме поток воздуха, проходя сквозь ометаемую винтом поверхность сверху вниз, вновь подходит к винту сверху.

Однако в некоторых частных случаях, например, в пропеллерном режиме, его работа схожа с работой самолетного винта. Когда самолет находится на земле или летит горизонтально, его винт обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Когда вертолет находится на земле, висит в воздухе или поднимается вертикально вверх, его несущий винт также обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Различие при этом состоит только В ТОМ, что у самолета струи воздуха проходят через плоскость вращения винта в горизонтальном направлении, спереди назад, тогда как у вертолета — в вертикальном направлении, сверху вниз. При этом несущий винт захватывает воздух из зоны А сверху и отбрасывает его, закручивая, вниз, в зону. На место частиц воздуха, забранных из зоны А, поступают частицы воздуха из окружающей среды и частично из зоны Б, но уже вне плоскости вращения винта.

До того, как несущий винт был приведен во вращение, воздух над винтом н под ним находился в состоянии покоя С началом вращения винта приборы, внесенные с область действия винта, но находящуюся вдали от него, покажут наблюдателю, что в сечении 0—0 воздух по-прежнему находится в состоянии относительного покоя. Его давление равно атмосферному, а скорость. Расстояние от сечения 0—0, где еще не наблюдается влияния винта, до плоскости вращения винта есть величина переменная, которая зависит от вязкости среды и точности применяемых нами приборов. Чем точнее прибор, тем он дальше от винта зарегистрирует наличие скорости воздуха, частички которого будут устремлены к винту.

Если бы воздух был лишен сил вязкости, то действие винта сказалось бы бесконечно далеко.

Фактически ввиду того, что воздух представляет собой вязкую среду, влияние винта перестает ощущаться уже на расстоянии десятков метров.

Перенося наши приборы из сечения 0—0 все ближе к сечению, мы заметим постепенный прирост скорости воздуха, подсасываемого винтом. Та скорость, которую воздух имеет, подходя к сечению, называется индуктивной скоростью подсасывания. На основании закона сохранения энергии кинетическая энергия (энергия скорости движения) не может увеличиться без того, чтобы не уменьшался другой какой-либо вид энергии. И действительно, наряду с ростом скорости воздуха до ш, мы замечаем, что давление воздуха р0 при этом падает. Это значит, что увеличение скорости воздуха произошло за счет уменьшения давления. За винтом сечение потока сжимается и происходит еще большее увеличение скорости воздуха. Казалось бы, должно было последовать дальнейшее падение давления. Однако сразу за винтом давление растет до р-2. Не противоречит ли это закону сохранения энергии? Да, противоречит, если мы не примем во внимание того обстоятельства, что воздух извне (от винта) получил добавочную энергию (механическую). Механическая энергия винта, преобразуюсь в кинетическую и потенциальную энергию потока, увеличивает и скорость и давление воздуха одновременно.

В сечении сразу за винтом прибор нам показывает, что воздух по сравнению с сечением имеет скорость и», называемую скоростью отбрасывания. Причем скорость отбрасывания оказывается вдвое больше скорости подсасывания.

Далеко за винтом, в сечении (теоретически на бесконечном удалении), скорость и давление воздуха восстанавливаются до первоначальных значений. Энергия потока при этом из-за наличия сил вязкости рассеивается в пространстве.

Таково действие винта на воздух, которое является следствием приложения к винту энергии вращения. Этому действию соответствует ответное действие воздуха на винт, которое проявляется в виде силы тяги, являющейся проекцией полной аэродинамической силы R на ось, проходящую через втулку винта перпендикулярно плоскости его вращения. Если динамометр, соединенный с винтом, при остановленном винте показывал нулевое значение тяги, то по мере роста оборотов тяга будет все больше и больше возрастать. На режиме висения и вертикального подъема на всех других режимах полета

Величину тяги, создаваемой винтом, можно не только замерить, но и подсчитать.

Как вертолет Ка-52 уворачивается от ракеты: эксклюзивные кадры

Как вертолет Ка-52 уворачивается от ракеты: эксклюзивные кадры — ТРК Звезда Новости, 04.08.2017

Читать далее

читайте ниже следующую новость

/news/next/?referer=/news/201708041154-842h. htm&date=2017-08-04 11:54:00

Предлагаем посмотреть эту страницу на версии сайта для мобильных устройств.

https://mcdn.tvzvezda.ru/storage/old-images/news/forces/content/201708041154-842h.htm/1.jpg

Как летает вертолет?

16 мая 2018 г.

Вертолеты — настоящие летательные аппараты. Они могут взлетать и приземляться без взлетно-посадочной полосы. Они могут
парить в воздухе. Они могут маневрировать в любом направлении в пространстве на 360 градусов. В этой статье будут раскрыты
сложность и наука за полетом на вертолете.

Пройдя физику полета вертолета, вы также поймете, почему пилоты вертолетов
выполняет невероятно сложную работу (рис. 1).

Рис.1 Вертолет

Аэродинамическая поверхность

Вертолеты используют принцип аэродинамического профиля для создания подъемной силы. Когда лопасти вращаются относительно воздуха,
форма аэродинамического профиля создаст подъемную силу и заставит их летать (рис. 2А). Лопасти получают вращение от двигателя, более
особенно турбовальный двигатель. Компрессор всасывает воздух и нагнетает его. При этом сжигается топливо
сжатый и горячий воздух. Горячий выхлоп, выходящий из камеры сгорания, проходит через серию турбин.
этапы и заставьте их работать (рис. 2B).

Рис. 2A Вертолеты используют аэродинамический профиль для создания подъемной силы

Рис. 2B Турбовальный двигатель

Имеется 2 комплекта турбин. Одна турбина вращает компрессор, а другая вращает вертолет.
вал ротора. Реактивные двигатели самолетов используются для создания силы тяги. Тем не менее, основная функция
реактивный двигатель вертолета должен вращать вал несущего винта (рис. 3).

Рис.3 Реактивные двигатели самолетов используются для создания силы тяги

Органы управления вертолетом

Самая сложная часть управления вертолетом — это органы управления. То есть, как он может лететь вперед? Как может
он летит назад? Боком? Или как он может повернуться? Ответ довольно прост, достаточно развернуть вертолет
в направлении, в котором вы хотите двигаться, и просто летите (рис. 4). Когда вертолет находится под углом, сила
производимое лезвием не является вертикальным. Горизонтальная составляющая этой силы заставит вертолет двигаться в
желаемое направление. Вертикальная составляющая силы лезвия будет уравновешивать силу гравитации. Теперь настоящий
задача состоит в том, как повернуть вертолет в желаемом направлении.

Рис. 4 Органы управления вертолетом

Угол атаки

Чтобы изучить науку, лежащую в основе поворота вертолета, нам нужно больше узнать о принципе аэродинамического профиля. Лифт
создаваемая аэродинамическим профилем, зависит от угла атаки. Как правило, чем больше угол атаки (рис. 5), тем
больше лифт.

Рис. 5 Угол атаки

Теперь подумайте на мгновение, что произойдет, если одно лезвие будет находиться под одним углом атаки, а другие — под другим
угол. Подъемные силы, действующие на лопасти, в этом случае будут разными. Изменение подъемной силы будет
определенно приведет к крутящему моменту, который может развернуть вертолет (рис. 6А). Вы можете наблюдать красивое движение лезвия
требуется для достижения этого неравномерного распределения подъемной силы. Понятно, что лезвия должны постоянно меняться
угол атаки так, чтобы в одном конкретном месте угол атаки всегда был одинаковым (рис. 6В).

Рис. 6A Изменение подъемной силы

Рис: 6B Одинаковый угол атаки

Задача основных компонентов и их расположение

Такое сложное движение лопастей легко достигается механизмом наклонной шайбы. Давайте получим изображение в разобранном виде и
сначала разберитесь с основными компонентами (рис. 7). Нижний автомат перекоса не вращается, но может двигаться и наклоняться, как
показано.
Верхняя шайба насажена на нижнюю шайбу через подшипник. Таким образом, верхняя шайба может унаследовать все
движение нижней шайбы автомата перекоса, в то же время она может вращаться независимо. Верхняя шайба установлена
на вал ротора с помощью привода. Таким образом, верхняя шайба всегда будет двигаться вместе с лопастями. лезвия
соединены с верхним автоматом перекоса с помощью тяг управления.

Рис:7 Задача основных компонентов и их расположение

Самое интересное в этом расположении то, что простым наклоном нижней шайбы мы сможем
достичь критерия переменного угла лопастей. Это означает, что при таком наклоне автомата перекоса мы всегда сможем
для поддержания положительного угла атаки в задней части и отрицательного угла в передней части диска несущего винта. В
короткий наклон шайбы назад создает крутящий момент, как показано на рисунке. Этот вид управления известен как циклический шаг.
(Рис:8).

Рис:8 Циклический шаг

Гироскопическая прецессия

Теперь вернемся к основному управлению вертолетом. Как этот крутящий момент повлияет на движение вертолета? Самый очевидный
Ответ заключается в том, что вертолет повернется вперед и будет двигаться, как показано на рисунке. К сожалению, этот ответ совершенно неверен
(Рис. 9А).
На самом деле происходит то, что вертолет поворачивается боком, как показано на рисунке. Это определенно странный эффект. К
прилагая крутящий момент в одном направлении к вращающемуся объекту, объект поворачивается в другом направлении. Этот эффект
известной как гироскопическая прецессия (рис. 9).Б).

Рис. 9A Влияние крутящего момента

Рис:9B Гироскопическая прецессия

Гироскопическая прецессия не является новым явлением в физике. Если вы внимательно примените второй закон Ньютона к
вращающихся объектов вы сможете предсказать это явление. Согласно второму закону Ньютона, сила есть скорость
изменение линейного количества движения. Точно так же крутящий момент — это скорость изменения углового момента.

Давайте рассмотрим это вращающееся лезвие. Он будет иметь угловой момент, как показано (рис. 10А). Теперь предположим, что
вертолет наклонился, как показано, из-за действия крутящего момента. Если вы векторно вычтите первый угловой момент
из второго можно вычислить крутящий момент, необходимый для этой операции. Интересно отметить, что для поворота
вертолет движется вперед, прилагаемый крутящий момент должен быть направлен в сторону. То есть наклонить вертолет вперед,
автомат перекоса должен наклоняться в сторону, как показано на рисунке.

Вы можете снова проверить из второго закона Ньютона, что если вы держите переднюю часть под отрицательным углом
при атаке в заднюю часть под положительным углом вертолет просто развернется вбок. Гироскопическая прецессия – это
действительно интригующее явление, но оно идеально согласуется со вторым законом движения Ньютона (рис. 10В).

Рис. 10A Угловой момент

Рис. 10B Второй закон движения Ньютона

Если просто поднять нижний автомат перекоса, не наклоняя его, можно увидеть, как изменяется угол атаки всех трех
лезвия будут различаться на ту же величину. Это означает, что подъемная сила вертолета будет одинаковой на всех трех лопастях.
и вертолет может двигаться вверх или вниз без какого-либо наклона. Такое управление лопастями известно как общий шаг (рис. 11).

Рис:11 Общий шаг

Функция хвостового винта

Если вы когда-либо видели вертолет, вы наверняка видели хвостовой винт. Каждому отдельно взятому вертолету требуется
хвостовой винт для эффективной работы. Без хвостового винта фюзеляж вертолета вращался бы так, как показано на рисунке.
(Рис. 12А). Это происходит из-за следствия 3-го закона движения Ньютона.
Мы знаем, что ротор получает силу вращения через коническую шестерню, соединенную с двигателем. Коническая шестерня двигателя
передает усилие на коническую шестерню ротора, как показано на рисунке. Однако, согласно третьему закону Ньютона, ротор
коническая шестерня должна передавать равную и противоположную силу конической шестерне двигателя (рис. 12B).
заставить весь вертолет поворачиваться против вращения лопасти относительно центра тяжести вертолета.

Рис. 12A Хвостовой винт

Рис. 12B Коническая шестерня

Функция хвостового винта состоит в том, чтобы предотвратить такое вращение вертолета, создавая силу на хвосте.
Правильно регулируя угол наклона лопастей хвостового винта, пилот может легко управлять создаваемой силой.
Таким образом, с помощью рулевого винта можно также добиться рыскания вертолета (рис. 13).

Рис.:13 Сила хвостового винта

Вся физика, лежащая в основе работы вертолета, означает, что управление вертолетом является действительно сложной задачей. Минута
различия в углах лопастей приводят к огромным различиям в поведении вертолета. Часто пилоту приходится делать два или более
операции вместе для достижения желаемого движения (рис. 14). Тем более вертолет не отвечает
мгновенно реагировать на ваши действия, поэтому пилот должен обладать хорошим чувством равновесия и координацией для навигации.
вертолет правильно.

Рис.14 Циклический шаг

ОБ АВТОРЕ

Сабин Мэтью, аспирант ИИТ Дели в области машиностроения. Основатель Lesics Engineers Pvt Ltd &
Ютуб-канал «ЛЕСИКС». Он предоставляет качественное инженерное образование на своем канале YouTube. И каверы на «LESICS»
огромное разнообразие инженерных тем. Сабин очень увлечен пониманием физики, лежащей в основе
сложные технологии и объясняя их простыми словами. Чтобы узнать больше об авторе, перейдите по этой ссылке

Как работают вертолеты? | Вандополис

ТЕХНОЛОГИИ — Транспорт

Задумывались ли вы когда-нибудь…

• Как работают вертолеты?
• Что могут вертолеты, чего не могут самолеты?
• Какие специальные работы могут выполнять вертолеты?

Теги:

Просмотреть все теги

• воздухоплавание,

9лезвие 0086,

• машиностроение,
• рейс,
• вертолет,
• парение,
• Игорь Сикорский,
• изобретение,

подъемник

• ,
• прототип,
• ротор,
• русский,
• наука,
• технология,
• транспорт,
• крыло,
• Изобретения,
• Машиностроение,
• Наука,
• Транспорт,
• Самолет,
• Самолет,
• Спина,
• Воздух,
• Вперед,
• Назад,
• Боком,
• Вверх,
• Вниз,
• Взлетно-посадочная полоса,
• Военный,
• Войска,
• Расходные материалы,
• Скорая помощь,
• Мобильность,
• СМИ,
• Новости,
• Трафик,
• Авиационный,
• Инженер,
• США,

9Патент 0086,

• Дизайн

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Касен. Kasen Wonders , « как работает вертолет » Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Kasen!

Когда дело доходит до самолетов, гладкие линии и молниеносная скорость самолетов могут легко удивить людей. Громоздкие вертолеты странной формы редко вызывают подобные чувства. Однако, как только вы узнаете, на что способны вертолеты, вы можете дважды подумать, когда в следующий раз увидите их!

В отличие от самолетов, вертолеты имеют сверху вращающиеся крылья, называемые лопастями или роторами. Когда лопасти вертолета вращаются, они создают силу, называемую подъемной силой, которая позволяет вертолету подниматься в воздух. Несущие винты вертолета выполняют ту же функцию, что и крылья самолета.

В дополнение к несущим винтам сверху, у вертолетов также есть несущий винт сзади. Задний ротор может быть направлен в разные стороны, что позволяет вертолету двигаться вперед, назад и в стороны.

Вертолеты могут делать многое, чего не могут самолеты. Например, вертолеты могут двигаться прямо вверх или вниз и зависать в воздухе без движения. Они также могут летать назад и вбок. Они могут даже взлететь или приземлиться без взлетно-посадочной полосы!

Благодаря этим возможностям вертолет идеально подходит для решения многих задач. Они использовались военными в течение многих лет для перемещения войск, доставки припасов и в качестве летающих машин скорой помощи. Их мобильность позволяет вертолетам добираться до людей в труднодоступных местах, таких как горы и океаны.

Вертолеты также часто используются средствами массовой информации, чтобы сообщать о последних новостях и дорожном движении. Из-за своей способности зависать и приземляться без взлетно-посадочной полосы вертолеты идеально подходят для перемещения крупных объектов. Их также можно использовать для перевозки больших объемов воды для тушения лесных пожаров.

Отцом современного вертолета является Игорь Сикорский, русский авиационный инженер, позже приехавший в США. Впервые он подал патент на конструкцию вертолета в 1931 году. Однако первый рабочий прототип его конструкции поднялся в воздух только восемь лет спустя.

Думаешь, когда-нибудь тебе захочется полетать на вертолете? Мы думаем, что вы можете это сделать! Однако для этого потребуется довольно много тренировок. Летать на вертолете намного сложнее, чем на самолете. Вы поняли, что вам нужны обе руки и обе ноги, чтобы успешно управлять вертолетом?

Common Core, Научные стандарты следующего поколения и Национальный совет по социальным исследованиям.»> Стандарты:

CCRA.W.2, CCRA.SL.1, CCRA.L.1, RST.6-8.2, RST.6-8.9

Интересно, что дальше?

У завтрашнего чуда дня есть уши, но он ничего не слышит!

Попробуй

Надеемся, что сегодняшнее Чудо дня поможет вам достичь новых высот! Не забудьте взять друга или члена семьи, чтобы помочь вам изучить следующие действия:

• Хотите сделать свой собственный вертолет? Большой! Во-первых, вам понадобятся некоторые основные вещи, чтобы начать. Мощный двигатель был бы хорошим стартом. Тогда вам понадобится несколько сотен фунтов высокопрочной стали… Что? Нет таких вещей в гараже? Не беспокоиться! Вот более простая версия, которую вы можете попробовать вместо этого. С помощью всего лишь нескольких обычных предметов вы можете сделать бумажную игрушку, которая ведет себя как мини-вертолет!
• Если бы вы могли полететь в любую точку мира, где бы это было? Северный полюс? Россия? Южный полюс? Карибский остров? После того, как вы определились с пунктом назначения, подумайте, КАК вы хотите туда лететь. Вы бы предпочли летать на самолете или вертолете? Почему? Составьте список плюсов и минусов самолетов и вертолетов. Поделитесь своим списком с другом или членом семьи. Согласны ли они с вами? Почему или почему нет?
• Какой самый большой вертолет? Как насчет самого быстрого вертолета? Проведите собственное независимое исследование в Интернете о вертолетах. Попробуйте найти ответы на эти и любые другие интересные вопросы, связанные с вертолетами, которые вы можете придумать. Поделитесь тем, что вы узнали, с другом.

Wonder Sources

• http://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/helicopter.htm (по состоянию на 11 апреля 2019 г.)
• http://www.nasa.gov/audience/forstudents/k -4/stories/what-is-a-helicopter-k4.html    (по состоянию на 11 апреля 2019 г.)

Вы поняли?

Проверьте свои знания

Wonder Contributors

Благодарим:

Правосудие из Нью-Йорка
за ответы на вопросы по сегодняшней теме Wonder!

Удивляйтесь вместе с нами!

Что вас интересует?

Wonder Words

• самолет
• гладкий
• подстрекать
• лезвие
• ротор
• наведение
• возможность
• военный
• скорая помощь
• мобильность
• авиационный
• инженер
• поразить
• громоздкий
• подъемник
• войск
• взлетно-посадочная полоса
• прототип

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо

Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте
Wonder of the Day® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции.