Окно в будущее. На вертикальных винтах
Большинство из нас впервые познакомилось с вертолетами по роману Жюля Верна «Робур Завоеватель». Заметим, что мысль о полете на вертикальном винте уже во времена Жюля Верна не была новой: игрушки, поднимавшиеся в воздух воздушными винтами, были известны довольно давно.
Однако первый в мире вертолет, способный поднять человека, был построен лишь в 1930 году в Советском Союзе.
В настоящее время, несмотря на большое количество типов вертолетов, серийный выпуск их все еще остается небольшим. Причиной является то, что вертолеты имеют, но сравнению с обычными самолетами, ряд недостатков. Основной из них – это высокая стоимость постройки и эксплуатации.
Вертолет – дорогая и сложная машина. Сложно устроены в ней передача от двигателя к пропеллеру, механизм управления шагом винта.
Сложная машина требует и особо внимательною ухода: тщательного контроля за работой важнейших узлов, точного измерения времени их работы. Если к этому прибавить еще повышенный расход горючего на километр пути, связанный с меньшей аэродинамичностью вертолета сравнительно с самолетам, то станет ясно, что машины с вертикальными винтами, по-видимому, должны обладать рядом больших преимуществ, чтобы вообще защитить свое право на существование.
Эти преимущества у них действительно есть.
Первым и главным преимуществом вертолетов является то, что они не требуют больших и дорогих аэродромов. Для взлета и посадки им достаточно любой небольшой площадки, без всякой предварительной подготовки ее. В этом отношении вертолет гораздо удобнее самолета. Это преимущество вертолетов перед самолетами можно сравнить с преимуществом мотоцикла перед поездом. Вертолет незаменим в случае необходимости доставить людей и грузы в труднодоступные места: для сельскохозяйственных работ, геологической разведки, фотометрических работ и так далее.
Строительство пассажирских и грузовых вертолетов стало особенно развиваться в последние пять лет. Если до этого времени вертолеты строились только двухместные, с мотором мощностью в 180 л.с., то теперь есть сведения об испытаниях уже сорокаместных вертолетов, с двумя роторами и двумя моторами общей мощностью в 3300 л.с..
У вертолета есть и еще важнейшее преимущество: он выдерживает значительные перегрузки при полетах на небольшой высоте, то есть именно тогда, когда речь идет о небольших расстояниях. Воздух, гонимый пропеллерами вниз, не успевает разредиться над землей и образует подушку сжатого воздуха, которая и поддерживает аппарат. Поэтому он может, держась на небольшой высоте, без перегрузки моторов перевозить большие грузы.
Это преимущество вертолетов чрезвычайно важно в малодоступных горных местностях, где всякие другие средства транспорта оказываются неприменимыми. Движущиеся с небольшой скоростью «воздушные подъемные краны» могут не иметь строгих аэродинамических форм и могут даже быть совсем открытыми. Это понижает их стоимость, особенно если применить вместо поршневого двигателя реактивные сопла, укрепленные по концам лопастей пропеллера. Такие модели уже существуют.
Возможность взлета и посадки на небольших площадках и нечувствительность к перегрузкам на малой высоте позволяют применять вертолеты в сельском хозяйстве, например для борьбы с насекомыми-вредителями. Как известно, против насекомых-вредителей применяются различные химические вещества, распыляемые вместе с мелкоразмолотым тальком, водой или маслом. Тонкая пыль или мельчайшие капельки этой смеси при распиливании с обычного самолета могут быть отнесены ветром далеко от места назначения. При распиливании с вертолета ядовитый порошок или эмульсия током воздуха, создаваемым ротором вертолета, направляется к земле и вдувается в растения. Интенсивные струи воздуха от роторов можно использовать и для окуривания, охраняющего плодовые культуры от мороза. Вертолет полезен также при зарыблении водоемов, высеве семян лесных деревьев и т.д..
Вертолеты могут, использовать в самых пересеченных местностях и геологоразведчики и топографы. С него можно спускать людей и технические средства на самых неприступных горах, в тайге, в болотах и пустынях. Это иногда позволяет выполнять задачи, о которых раньше нельзя было и думать.
Одной из важнейших областей применения вертолетов является патрульная и охранная служба. Вертолеты уже предотвратили немало лесных пожаров, сохранили множество жизней при кораблекрушениях и крушениях самолетов. Санитарные вертолеты вывозят больных и доставляют лекарства в самые труднодоступные населенные пункты.
В Чехословакии уже сконструированы опытный тип вертолета «ХЕ-2» и новый тип «НС-2». Последняя машина является удобным двухместным вертолетом.
В заключение можно оказать, что развитие вертолетов только началось и что им предстоит большое будущее. Самолеты с несущими плоскостями превосходят вертолеты и с дальности полета, и в быстроте, и в размерах перевозимых ими грузов. Но обычные самолеты не могут соперничать с вертолетом как средством транспорта на небольшие расстояния. Он станет воздушным автомобилем – верным помощником работников сельского хозяйства, строителей, исследователей труднодоступных областей земного шара.
ПРИЛОЖЕНИЕ. ДВУХМОТОРНЫЙ ВЕРТОЛЕТ
На рисунке изображен вертолет так называемой «продольной схемы» с двумя несущими винтами, расположенными один за другим. Такая схема является одной из наиболее удачных, так как позволяет хорошо использовать фюзеляж для размещения груза и пассажиров, обеспечивая возможность довольно значительного смещения центра тяжести всей машины. Кроме того, установка двух несущих винтов обеспечивает хорошую управляемость вертолетом.
Несущие винты вертолета имеют противоположное направление вращения, чем достигается взаимное гашение реактивных моментов, создаваемых винтами.
На нижнем рисунке показана принципиальная схема передачи мощности от силовой установки вертолета к винтам. Как видно из схемы, на вертолете установлено два двигателя 1, которые через систему передач обеспечивают вращение переднего (А) и заднего (Б) несущих винтов. Чтобы обеспечить равномерное вращение обоих винтов, передачи соединены валом (В), этот же вал в случае необходимости обеспечивает работу обоих винтов и от одного двигателя.
Двигатели соединяются с винтами при помощи специальных муфт (Г), которые обеспечивают как надежное соединение вала двигателя с валом «несущего винта, так и холостую работу двигателей. Последнее необходимо, например, при запуске двигателей, которые заводят и прогревают, не сцепляя с трансмиссией, а затем, включив муфты, переводят на раскручивание несущих винтов.
Экипаж вертолета состоит из двух летчиков, которые располагаются в носовой части вертолета в удобной, полностью застекленной кабине и во время полета сидят на креслах 2 и 3. Перед летчиками установлена приборная доска 4 с приборами, показывающими работу двигателей, несущих винтов, скорость полета, его направление, положение машины относительно горизонта – все, что нужно летчикам для осуществления контроля за полетом.
Перед каждым летчиком имеются рычаги управления – педали 5 и ручка 6 – такие же, как и на самолете. Но есть и еще одна ручка – слева от сидения: так называемая ручка управления «шаг-газ» 7.
Нажимая на левую или. правую педаль, так же как не самолете, летчик заставляет разворачиваться вертолет соответственно влево или вправо, только воздействует он при этом не на рули управления (их на вертолете нет), а на лопасти несущего винта, путем изменения угла атакл которых и достигается разворот.
Ручки управления 6 действуют иначе, чем на самолете. Отклоняя ручку управления вперед – «от себя», летчик опять-таки воздействует через систему управления на положение угла установки лопастей несущих винтов, что заставляет вертолет двигаться вперед. Взятие ручки «на себя» приводит к уменьшению скорости поступательного движения вперед или даже и «заднему ходу» – движению всей машины назад.
Подъем и спуск вертолета осуществляются путем отклонения летчиком ручки «шаг-газ» 7 вверх или вниз.
Подняв эту ручку вверх, летчик одновременно увеличивает и мощность двигателей и угол установки всех лопастей несущих винтов – при этом вертолет будет вертикально подниматься вверх.
Для повышения устойчивости вертолета в полете в хвостовой части установлен специальный кольцевой стабилизатор 8.
Двигатели вертолета размещаются в специальных отсеках. Охлаждение двигателей производится при помощи вентиляторов, установленных на валу каждого двигателя и забирающих воздух через воздухозаборники 9. Непосредственно за передним двигателем установлены топливный 10 и масляный 11 баки, а также маслорегулятор 12.
Пассажирская кабина 13 имеет 11 удобных кресел для размещения пассажиров и специальный багажник в хвостовой части для хранения багажа 14.
Дверь в пассажирскую кабину – с левого борта вертолета, по обе стороны кабины – большие светлые окна.
Шасси вертолета четырехколесное, неубирающееся, с хорошей амортизацией. Колеса шасси 15 снабжены тормозами, которыми летчики пользуются при рулении вертолета по земле.
Основным агрегатом вертолета, создающим как подъемную силу, так и тягу, являются несущие винты. На этом вертолете установлены два трехлопастных несущих винта, которые укреплены на специальных втулках. Одна из втулок, со всей системой подвески лопастей к рычагам управления углом их установки, изображена на рисунке в верхнем левом углу.
Каждая лопасть подвешена на втулке на трех шарнирах: горизонтальном 16, вертикальном 17 и осевом 18. Такая подвеска обеспечивает лопасти необходимые движения в полете и разгружает втулку от действия изгибающих моментов.
Изменение угла атаки лопастей в полете осуществляется при помощи паучковой головки 19 и системы рычагов, связанных с органами управления в кабине летчиков.
Колебания лопастей относительно шарниров смягчаются специальными демпферами 20 и 21. Все это обеспечивает длительную надежную работу оригинального летательного аппарата – вертолета.
Инженер Я. ШЛЕХТА (журнал «Наука и техника для молодежи» [Чехословакия]) «Окно в будущее. На вертикальных винтах» «Техника-молодежи» 11/1954
