Текст книги "Вертолет 2002 03"

Автор книги: Вертолет Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 8 страниц)

В начале 80-х годов ведущий конструктор В.П. Вагис продолжил разработку подшипников сухого трения на основе тканей с волокнами из политетрафторэтилена, химическое название которого – фторопласт-4. К сотрудничеству по этой теме привлекли Ростовский государственный университет (руководитель темы Г.П. Барчан) и ВИАМ (начальник лаборатории доктор химических наук Г.П. Машинская, руководитель темы В.Л. Мамонтов). Подшипники-демпферы, изготовленные с применением тканевого антифрикционного материала, удачно вписались в вертикальные шарниры втулок нижнего несущего винта вертолетов Ка-27 и Ка-32, не требующих создания большого демпфирующего эффекта. На подшипниковом заводе в городе Саратове на основе тканевого материала освоили серийный выпуск шарнирных (сферических) подшипников ШЛТ. Использование подшипников-демпферов вместо специальных демпфирующих устройств упростило процесс складывания лопастей.

Корабельное базирование вертолетов требует быстрого и надежного складывания лопастей несущих винтов при минимальном участии технического состава. Конструкторы B.C. Альтфельд и В.П. Вагис по схеме, предложенной А.И. Власенко, спроектировали на вертолетах Ка-25, Ка-27, Ка-32 проводку управления углами установки лопастей таким образом, что стало возможным поворачивать лопасти относительно вертикального шарнира без рассоединения кинематической цепи. Для этого они ввели в проводку управления дополнительный шарнир, ось которого совпадает с осью вертикального шарнира. Таким способом была обеспечена также возможность отклонения рычагов управления вертолетом для перемещения органов управления при сложенных лопастях и проведения проверки работоспособности систем вертолета в трюмах кораблей.

Колонка вертолета Ка-25 оборудована электромеханической (автоматизированной) системой складывания лопастей, а Ка-27 – механической системой (ручной). После складывания лопасти принимают положение, при котором их концы не выходят за габариты планера вертолета.

Доводка вертолета Ка-15 показала необходимость введения в практику конструирования агрегатов, узлов и систем управления их предварительной отработки на стендах. На основе изобретений Ю.Э. Савинского, И.М. Сухого, B.C. Альтфельда, Г.Ф. Лазарева, А.И. Дрейзина, Н.Г. Демина и других инженеров построили стенды, позволяющие проводить испытания на износостойкость в целях оценки усталостной прочности как отдельных узлов колонки, так и колонки несущих винтов в целом.

Испытания узлов колонки вертолета Ка-25 выявили относительно низкую работоспособность роликовых (игольчатых) подшипников горизонтального шарнира (ГШ) из-за деформаций его элементов, приводящих к неравномерному распределению нагрузок по длине ролика. При наработке всего 100-200 часов на контактирующих с роликами втулках обнаруживались веерообразные углубления, а концы роликов разрушались. Анализ неудовлетворительной работы подшипников, сделанный B.C. Альтфельдом, позволил установить причину раннего появления повреждений подшипника, которая заключалась в малой жесткости оси ГШ. Под действием центробежной силы, воздействующей на лопасть, ось ГШ изгибается и концевые участки роликов, расположенные ближе к центру шарнира, перегружаются. Увеличить жесткость оси? Но это повлечет за собой крайне нежелательное увеличение массы и габаритов втулки винта. Нужен был иной путь. И его нашли. Самое острое зрение не смогло бы уловить разницу между старом и новой втулками, тогда как ресурсные испытания показали: долговечность подшипника увеличилась в 5 раз! Конструктор «всего-навсего» придал внутреннему кольцу ГШ небольшую конусность (5-7°). При изгибе оси ГШ ролики для более равномерного распределения нагрузок по длине располагались теперь по-другому, что и обеспечило необходимое увеличение ресурса подшипника. Изобретение используется при производстве всех колонок новых вертолетов ОКБ.

Только вертолет соосной схемы обладает уникальной возможностью уменьшения вертикальных вибраций, что достигается за счет фазового сдвига лопастей верхнего несущего винта относительно нижнего при их вращении. Способ уменьшения уровня вертикальных вибраций заключается в том, что втулки верхнего и нижнего несущих винтов устанавливают на валах редуктора со сдвигом относительно лопастей друг друга (фазовый сдвиг) и по отношению к продольной оси планера, при котором пульсации приходящих с винтов вертикальных сил с лопастной частотой в максимальной степени уравновешивают друг друга. Величина угла фазового сдвига рассчитывается, а затем экспериментально уточняется. Впервые «фазировка» лопастей была реализована на колонке вертолета Ка-27.

Все колонки, от вертолета Ка-15 до вертолета Ка-32, имеют одинаковые схемные решения: резьбовой механизм общего и дифференциального шага; две «ползушки», расположенные между втулками несущих винтов; вал верхнего винта с прорезями для обеспечения механической связи тяги механизма общего и дифференциального шага (МОДШ) с верхней «ползушкой»; неподвижные в осевом направлении автоматы перекоса; классическое трехшарнирное крепление лопастей к втулке.

В эволюции колонки этапным стал вертолет Ка-50. При его проектировании конструкторы В.П. Вагис, B.C. Альтфельд, В.И. Акиньшин, В.И. Комолов отказались от многих, казалось бы, устоявшихся решений. В качестве основы была принята принципиально иная схема управления несущими винтами. В колонке вертолета Ка-50 оба автомата перекоса подвижны в осевом направлении, что дает возможность изменять шаг лопастей нижнего винта непосредственно от нижнего автомата перекоса без нижней «ползушки»; верхняя «ползушка», передающая управляющие воздействия от верхнего автомата перекоса на поводки лопастей, установлена над верхним винтом, что дало возможность выполнить вал верхнего винта без ослабляющих его пазов. Вместо сложного резьбового механизма общего и дифференциального шага для управления нижними автоматом перекоса и «ползушкой» введен суммирующий рычажный механизм; вместо классической шарнирной применена торсионная подвеска лопастей, что позволило значительно упростить конструкцию, уменьшить число деталей, снизить массу конструкции. В целом конструкция колонки стала более надежной. В шарнирных соединениях применяются самосмазывающиеся подшипники скольжения.

Основные данные колонок несущих винтов

Параметр	Ка-8	Ка-10 (Ка10м)	Ка-15 (Ка-18)	Ка-25	Ка-26	Ка-27 (Ка-32)	Ка-50
Диаметр винтов, м	5,6	5,8	9, 96	15,74	13	15,9	14,5
Направление вращения верхнего винта (при виде сверху)	Против часовой стрелки	Против часовой стрелки	По часовой стрелке	По часовой стрелке	По часовой стрелке	По часовой стрелке	По часовой стрелке
Число лопастей	2 х 3	2 х 3	2 x 3	2 х 3	2 x 3	2 х 3	2 x 3
Расстояние между винтами (относительное)	0,098	0,102	0,086	0,0952	0,09	0, 0935	0,097
Угол фазового сдвига между винтами	60°	60°	0°	0°	0°	25°	23°
Тип втулки несущего винта	Шарнирная	Шарнирная	Шарнирная	Шарнирная	Шарнирная	Шарнирная	Торсионная с упругими ГШ и 0Ш
Расположение шарниров	ГШ. ВШ, ОШ	ГШ, ВШ, 0Ш	ГШ, ВШ, ОШ	ГШ, ВШ, ОШ	ГШ, ВШ, ОШ	ГШ, ВШ, ОШ	ГШ. 0Ш, ВШ
Угол регулятора взмаха	30°	29°38'	27°	34°	36°45’	36°	40°
Угол опережения управления	46°	47°	63°	56°	55°30'	56°30'	50°
Разнос ГШ, мм	35	39,5	70	120	90	150	174(ВВ) 190(НВ)
Разнос ВШ, мм	90	150	278	450	350	585	788(ВВ) 803(НВ)
Тип демпфера ВШ:
ВВ	ПДВШ	ПДВШ	Межлопастные буферные тяги	ПДВШ	Гидравлический+фрикционный	ПДВШ	ПДВШ + упругий элемент ВШ
НВ	ПДВШ	ПДВШ	Фрикционный	ПДВШ	-	ПДВШ	ПДВШ + упругий элемент ВШ

ГШ – горизонтальный шарнир; ВШ – вертикальный шарнир; ОШ – осевой шарнир; ВВ – верхний винт НВ – нижний винт; ПДВШ – подшипник-демпфер ВШ

Для обеспечения катапультирования пилота на колонке вертолета Ка-50 предусмотрена система аварийного отделения лопастей. С этой целью осевые шарниры втулок снабжены кольцевыми кумулятивными зарядами, установленными внутри трубчатого переходника лопасти. При подаче электрического сигнала заряд срабатывает и практически без осколков разрезает титановый переходник, отделяя лопасть. Создавалась система при участии киевского Института электросварки им. Е.О. Патона и московского завода «Искра». В ОКБ основной вклад в разработку и доводку системы внес В.И. Комолов.

«Камовцы» более полувека занимаются соосными вертолетами. Фирме удалось сконструировать оригинальную, эффективную и надежную несущую систему. Основные параметры колонок вертолетов фирмы «Камов» представлены в таблице.

Рамки настоящей статьи позволили лишь в самой сжатой форме рассказать о наиболее важных моментах многоэтапного развития колонки соосных винтов. «За кадром» остались творческие усилия многих конструкторов, технологов, производственников, испытателей, внесших свой вклад в разработку конструкции, технологии производства и методики испытаний этого принципиального для соосного вертолета агрегата.

Виктор ВАГИС, заместитель начальника отдела,

Валентин АЛЬТФЕЛЬД, ведущий конструктор,

Юрий САВИНСКИЙ, заместитель начальника отдела логистического обеспечения

От Ка-15 до Ка-115

Легкие вертолеты всегда занимали особое место в тематике работ ОКБ Камова и его Главного конструктора. Творческий поиск компактной, легкой и высокоманевренной винтокрылой машины завершился почти 50 лет назад, в 1953 году, постройкой многоцелевого вертолета Ка-15. Двухместная машина корабельного базирования предназначалась для ВМФ.

В 1956 году после успешных летно-доводочных испытаний серийное производство вертолета Ка-15 было развернуто в Улан-Удэ. С этого момента началась практическая эксплуатация вертолетов соосной схемы. Вертолет и его модификации нашли широкое применение в Гражданском воздушном флоте, в частности, в качестве разведчика морского зверя и косяков рыбы. Наиболее эффективным оказался его сельскохозяйственный вариант, предназначенный для внесения удобрений на поля и борьбы с вредителями садов и виноградников. Но наибольшую известность в гражданской сфере применения получила модификация Ка-18 – «воздушный четырехместный автомобиль».

Малые габариты Ка-18, его высокая весовая отдача, простая техника пилотирования и отличная маневренность в сочетании с оригинальной компоновкой салона дали возможность усовершенствовать транспортную систему регионов и больших городов. За оригинальность конструкции на Всемирной выставке в Брюсселе в 1958 году вертолет Ка-18 был удостоен золотой медали.

Таблица 1

Таблица 1	Тип вертолета
Показатели топливной эффективности	Россия	США	Франция	Россия
	Ми-34	FH-1100	Bell-206	MD-500F	ЕС-120	AS-350	Ка-115
Количество пассажиров	3	3	4	5-6	5	5-6	5-6
Часовой расход топлива, кг/ч	75	75	86	110	95	120	95
Удельный расход топлива, кг/ч на одного пассажира	25	25	21,5	18,3	19	20	15,8

Опыт эксплуатации вертолетов семейства Ка-15 и Ка-18 подтвердил правильность технической политики ОКБ в развитии и совершенствовании винтокрылых аппаратов соосной схемы, в насыщении гражданского парка страны легкими вертолетами. Однако конструктивно-технологический и экономический анализ применения легких винтокрылых машин показал, что устойчивый положительный коммерческий эффект может быть достигнут только при создании вертолета пассажировместимостью не менее 5– 6 человек. Именно такой основополагающий вывод был положен в основу разработки фирмой КАМОВ перспективного многоцелевого однодвигательного легкого вертолета нового поколения Ка-115. Объемы грузопассажирской кабины вертолета практически не влияют на габаритно-весовые, летно-технические характеристики и топливно-экономические показатели вертолета, а отражают только уровень комфортности салона. Эту зависимость можно продемонстрировать на примере наиболее важного для эксплуатанта критерия топливной эффективности (табл. 1) легких вертолетов различной пассажировместимости.

Мировая статистика отмечает, что легкие, на 5-6 человек, вертолеты составляют более 50% мирового парка винтокрылых аппаратов. Они выполняют до 70% всех видов авиаработ в гражданском секторе применения (фирмы Forecast International, Honeywell и HAI). Кроме того, немаловажным обстоятельством является тот факт, что машины такого класса сертифицируются по FAR-27, а не по FAR-29.

Вертолет Ка-115 выполнен по традиционной соосной схеме несущих винтов с одним газотурбинным двигателем. Это может быть лицензионный двигатель, выпуск которого предполагается на одном из предприятий Москвы, или АИ-450 производства ОАО «Мотор Сич» (Запорожье).

Просторная кабина с большими дверными проемами с каждого борта и хорошим остеклением позволяет достаточно комфортно (почти как салоне современного автомобиля) разместить в вертолете до пяти-шести пассажиров.

Рабочее место пилота расположено справа по борту. Информационно-управляющее поле кабины летчика оснащено современным приборным оборудованием, электронной картой местности, спутниковой навигационной системой, которая позволяет совершать безопасные полеты в регионах, не оборудованных специальными радиотехническими средствами, и обеспечивает надежное определение местоположения вертолета.

Высокие летно-технические характеристики вертолета Ка-115 и относительно хорошие показатели топливной экономичности (часовой расход топлива 85-95 кг/ч и километровый – 0,5-0,7 кг/км) позволяют вертолету как успешно конкурировать в своем классе с зарубежными аналогами, так и достойно заполнить пустующую в России нишу легких винтокрылых машин. Ка-115 оснащен противообледенительной системой лопастей несущего винта, что позволяет эксплуатировать его по более жестким требованиям прочности и эргономичности в самых разных климатических и организационных условиях.

При создании вертолета Ка-115 были реализованы лучшие технические решения, разработанные фирмой КАМОВ в области проектирования винтокрылых машин соосной схемы, использованы такие преимущества соосных вертолетов, как аэродинамическая симметрия, компактность, высокая маневренность, простота техники пилотирования, безопасность маневрирования вблизи земли и препятствий, меньшая чувствительность к величине и направлению ветра и др. Что касается внешней конфигурации аппарата, то она отражает передовые направления в композиционном решении формы планера.

Борис ГУБАРЕВ, заместитель главного конструктора, кандидат технических наук

Особенности аэродинамики вертолета соосной схемы

Сегодня в мировом вертолетостроении используются, в основном, три схемы вертолетов: одновинтовая, соосная и продольная, причем подавляющее большинство винтокрылых машин построено по одновинтовой схеме. Пионеры вертолетостроения хорошо знали принципиальные преимущества соосной схемы летательного аппарата. Однако зарубежным конструкторам удалось довести до массового производства и широкой эксплуатации только вертолеты одновинтовой схемы с рулевым винтом. Эта схема и стала называться классической. В России одновинтовые вертолеты также получили широкое распространение.

В 1947 году Николай Ильич Камов начал работы по практическому созданию вертолетов соосной схемы. За прошедшие 50 с лишним лет коллектив фирмы КАМОВ создал и внедрил в серийное производство целый ряд соосных вертолетов: Ка-10, Ка-15, Ка-18, Ка-25, Ка-26, Ка-27, Ка-29 и всемирно известные Ка-32 и Ка-50.

Области применения соосных вертолетов определялись их характерными особенностями – малыми габаритами, высокими тяговооруженностью и маневренностью, аэродинамической симметрией. Эти особенности обеспечили им удобное базирование на малоразмерных взлетно-посадочных площадках кораблей различного назначения. В условиях взлета и посадки на качающуюся палубу и полета над морем ярко проявились уникальные качества соосных вертолетов. На кораблях Военно-Морского Флота нашли применение вертолеты Ка-25 и Ка-27. В гражданской авиации эксплуатировались Ка-26 и Ка-32. Эти вертолеты по достоинству оценены и за рубежом за высокую эффективность их работы.

В начале 80-х годов фирма КАМОВ создала новый современный вертолет соосной схемы Ка-50, спроектированный в интересах армейской авиации для выполнения боевых задач. Летные испытания подтвердили высокие летно-технические и маневренные характеристики летательного аппарата и показали его преимущества по сравнению с боевыми вертолетами, построенными по одновинтовой схеме. О соосных вертолетах фирмы КАМОВ заговорили в мире, вокруг них разгорелись острые споры и дискуссии.

В свете этого особенно важно провести объективный сравнительный анализ особенностей вертолетов соосной и классической одновинтовой схемы.

Компенсация реактивных моментов соосных несущих винтов

Особенности соосных вертолетов связаны с реализацией принципиально нового способа компенсации реактивного момента несущих винтов по сравнению с одновинтовыми вертолетами. Реактивные моменты винтов соосного вертолета взаимно уравновешиваются непосредственно на оси их вращения. На вертолете одновинтовой схемы для компенсации реактивного момента несущего винта необходимо создание боковой силы рулевого винта, приложенной к фюзеляжу.

Конструкторами соосных вертолетов, по существу, был создан новый тип несущей системы без реактивного момента. Реактивные моменты на винтах компенсируются автоматически на протяжении всего полета без всякого вмешательства летчика. В силу этого изменение мощности на винтах соосного вертолета не приводит к разбалансировке вертолета в путевом отношении. В установившемся полете верхний и нижний винты соосного вертолета имеют нулевой суммарный реактивный момент. При перемещении педалей возникает разница реактивных моментов, благодаря которой осуществляется управление вертолетом по курсу.

Способ компенсации реактивного момента, используемый на одновинтовом вертолете, требует в полете постоянного внимания летчика и регулирования тяги рулевого винта в целях балансировки вертолета.

Рис. 1. Аэродинамическое совершенства соосных и одновинтовых вертолетов на висеиии

Энергетические возможности

С энергетической точки зрения оптимальными для летательного аппарата являются такие решения, при которых мощность силовой установки идет преимущественно на полезные нужды. Для вертолета это – создание необходимых подъемной и пропульсивной сил на заданном режиме полета.

На одновинтовом вертолете часть мощности расходуется на привод рулевого винта, который создает силу тяги, потребную для компенсации крутящего момента несущего винта. Эти затраты составляют до 10– 12% от мощности, приходящей на вал несущего винта, и являются чистыми потерями.

На соосном вертолете вся свободная мощность силовой установки используется для привода несущих винтов, то есть для образования подъемкой силы. При этом реактивные моменты взаимно уравновешены. Следовательно, на компенсацию реактивных моментов прямых затрат мощности нет. Кроме того, на режиме висения соосные винты оказывают друг на друга положительное влияние, что также приводит к экономии мощности. Это обстоятельство иллюстрируется на рис. 1, где представлена схема воздушной струи, идущей от верхнего и нижнего винтов вертолета, находящегося на режиме висения. Поскольку струя от верхнего винта сужается в плоскости нижнего винта на 15-20%, то нижний винт имеет возможность осуществлять дополнительный подсос воздуха. Это в целом увеличивает сечение струи и снижает затраты мощности на создание подъемной силы. Кроме того, благодаря противоположному направлению вращения винтов на соосной несущей системе существенно уменьшаются затраты энергии на закручивание струи, что также приводит к снижению непроизводительных потерь мощности.

Результаты летных испытаний и другие экспериментальные материалы свидетельствуют, что коэффициент полезного действия соосных несущих винтов в среднем в 1,06-1,1 раза (на 6-10%) выше, чем одиночных, что видно на рис.1. Учитывая экономию мощности, идущей на компенсацию реактивного момента (10-12%), получаем, что в целом коэффициент полезного действия соосных вертолетов на 16-22% выше, чем одновинтовых. Перечисленные энергетические особенности обеспечивают соосной схеме существенные преимущества в потолке висения и в вертикальной скороподъемности.

На первый взгляд кажется, что за счет наличия двухвинтовой колонки соосные вертолеты должны иметь большее лобовое сопротивление, чем одновинтовые летательные ааппараты. Однако при летных испытаниях это преимущество одновинтовых вертолетов в потребной мощности не проявилось, что можно объяснить следующими факторами:

– благоприятным взаимным влиянием соосных несущих винтов в поступательном движении (эффект «бипланной коробки», обеспечивающий заметную экономию части располагаемой мощности силовой установки, которая идет на создание подъемной силы и эквивалентной потребной индуктивной мощности);

– дополнительными затратами мощности на привод рулевого винта на одновинтовых вертолетах;

– дополнительным сопротивлением рулевого винта одновинтового вертолета, особенно с учетом интерференции рулевого винта и хвостовой балки вертолета;

– дополнительным вредным сопротивлением фюзеляжа одновинтового вертолета в полете со скольжением, так как летчику предпочтительнее пилотировать вертолет без крена;

– рядом мер, существенно уменьшающих на соосном вертолете лобовое сопротивление (например, на Ка-50 – убирающееся в полете шасси).

Габаритно-массовые характеристики

Соосная конструкция позволяет уменьшить габариты и массу вертолета, что дает ему ряд преимуществ.

Для сравнительной оценки габаритномассовых характеристик соосных и одновинтовых вертолетов с рулевым винтом целесообразно рассмотреть два случая: первый, когда соосный и одновинтовой вертолеты имеют одну и ту же полетную массу и одинаковую располагаемую мощность силовой установки, и второй, когда соосный и одновинтовой вертолеты имеют одинаковые диаметры винтов.

В первом случает использование соосной несущей системы позволяет уменьшить габаритные размеры вертолета на 35-40% по сравнению с одновинтовым. Во втором случае меньшее аэродинамическое качество и дополнительные потери мощности на привод рулевого винта у одновинтового вертолета обусловливают меньшее значение полетной массы. Из-за наличия рулевого винта габаритные размеры одновинтового вертолета на 20% больше соосного.

Компактность планера соосного вертолета и сосредоточение тяжелых агрегатов вблизи центра масс приводят к заметному уменьшению моментов инерции относительно вертикальной и поперечной осей (рис. 2), что играет важную роль в обеспечении высоких характеристик управляемости и маневренности.

Рис 2. Моменты инерции соосных и одновинтовых вертолетов

Устойчивость и управляемость

Важнейшей особенностью соосного вертолета, существенно улучшающей характеристики устойчивости и управляемости, является его аэродинамическая симметрия. В процессе развития и становления авиастроения конструкторы неоднократно обращались к аэродинамически симметричным схемам. Аэродинамическая симметрия летательного аппарата обеспечивает целый ряд важных пилотажных свойств, и главное, простоту управления. Весьма наглядным в этом плане является пример развития самолетостроения: самолеты проектировались и строились только симметричные.

Вертолет одновинтовой схемы является аэродинамически несимметричным летательным аппаратом с присущим только ему рядом характерных особенностей. В вертолетостроении с этим смирились как с неизбежной платой за простоту технического решения. Однако история развития вертолетостроения показала, что эта простота кажущаяся. Создание работоспособного рулевого винта и трансмиссии, имеющих приемлемые ресурс и характеристики, – чрезвычайно сложная проблема, которая и в настоящее время остается актуальной.

Аэродинамическая симметрия соосной схемы вертолета обеспечивается отсутствием реактивного момента на его корпусе, относительной близостью верхнего и нижнего винтов и благоприятным влиянием их друг на друга, что приводит к малой разности их тяг в сбалансированном положении. Направленные в противоположные стороны боковые силы винтов уравновешивают друг друга, а поперечный момент, возникающий из-за малого разноса винтов, невелик. Благодаря отсутствию рулевого винта на соосном вертолете нет постоянно действующей переменной боковой силы. Конструкция соосных вертолетов обеспечивает гармоничное сочетание эффективности управления и аэродинамического демпфирования, что обусловливает хорошие характеристики управляемости. На рис. 3 представлены оценки характеристик управляемости ряда вертолетов в поперечном канале по стандарту Авиационного управления армии США ADS-33C «Требования к ручному управлению для военных вертолетов» для режима висения и полета на малой скорости. График зависимости постоянной времени запаздывания от характерной частоты отображает различные уровни управляемости вертолетов. Видно, что вертолет Ка-50 по своим характеристикам соответствует уровню управляемости 1 (отличные характеристики управляемости) «Требований» ADS-33C. При этом он имеет существенные преимущества перед другими вертолетами по величине запаздывания и по частоте.

Благодаря аэродинамической симметрии на соосном вертолете практически отсутствуют связи между продольным и боковым движением, обеспечивается независимость каналов управления и простота пилотирования. Управление таким вертолетом доступно летчикам средней квалификации.

Аэродинамическая симметрия в значительной степени меняет «лицо» вертолета. Отсутствие переменного (по режимам полета) момента рыскания и боковой силы, действующих на фюзеляж, улучшает характеристики устойчивости и управляемости, повышает безопасность полета и облегчает решение боевых задач в экстремальных условиях. На соосном вертолете отсутствуют связи между изменением мощности двигателей (общим шагом винтов) и путевым и поперечным управлением. На одновинтовом вертолете все маневры, в процессе которых меняется режим работы двигателей (разгоны и торможения, изменения высоты полета, «горки» и пикирования, боевые развороты и др.), сопровождаются путевой перебалансировкой и необходимостью парирования возникающих боковых сил креном и скольжением. Из-за отсутствия симметрии, постоянного изменения взаимосвязи между движением в вертикальной и горизонтальной плоскостях пилотирование одновинтового вертолета усложняется, что требует большей тщательности обучения.

Соосные вертолеты по простоте управления сопоставимы с самолетами для первоначального обучения. В то же время по летным характеристикам устойчивости, управляемости и маневренности они имеют превосходство над одновинтовыми вертолетами.

«Полет на соосном вертолете не составляет труда и, по существу, выполняется так же рефлекторно, как и ходьба, высвобождая все человеческие ресурсы для решения тактической задачи», – писал Заслуженный летчик-испытатель, Герой Советского Союза Н.П. Бездетное. Лучше об управляемости вертолета соосной схемы, наверно, не скажешь.

Рис 3. Уровни управляемости вертолетов на висении и в полете с малой скоростью

Рис 4. Независимостъ функционирования системы управения от угла скольжения

Маневренность

В процессе маневрирования решаются две задачи: выход на заданное направление и обеспечение требуемой разности высот по отношению к цели. Конечно, на практике эти задачи решаются в комплексе, но для лучшего понимания физической природы явлений рассмотрим их раздельно.

Маневры с изменением направления движения могут быть выполнены как под действием перегрузки (об этом мы поговорим отдельно), так и без нее. Маневры, при которых продольная ось вертолета ориентируется в заданном направлении, как правило, путем ввода вертолета в глубокое скольжение, называются «плоскими». Специфическая особенность вертолета – способность производить «плоские» развороты, реализуемая на висении и при перемещениях с малыми скоростями полета. Наиболее известным «плоским» маневром является разворот вертолета по курсу на режиме висения. Нужно отметить, что интенсивность современного боя и необходимость достижения тактического превосходства в боевой обстановке требуют расширения диапазона скоростей полета, на которых может быть использован «плоский» маневр.

Благодаря своим конструктивным особенностям соосный вертолет имеет неограниченные возможности в реализации «плоского» разворота, превосходящие возможности одновинтовых вертолетов. Особенности конструкции обеспечивают концентрацию на соосном винте всех важнейших функций: создание подъемной и пропульсивной (движущей) силы, продольного, поперечного и путевого управления и управления общим шагом.

Путевое управление вертолетом с соосным несущим винтом осуществляется при использовании разницы моментов вращения на верхнем и нижнем винтах (рис. 4). Это приводит к тому, что система управления в целом становится практически независимой от угла скольжения. Именно эго обстоятельство, а также отсутствие рулевого винта позволяет соосному вертолету выполнять «плоский» разворот с большими углами скольжения.

Для одновинтового вертолета «плоский» разворот принципиально невозможен. На одновинтовом вертолете допустимые углы скольжения существенно ограничиваются наличием рулевого винта. Дело в том, что изменение угла скольжения приводит к изменению угла атаки рулевого винта, условий его работы и махового движения его лопастей, особенно на больших скоростях полета. Увеличение амплитуды махового движения лопастей рулевого винта сверх допустимой является прямой угрозой безопасности полета. Это обусловлено тем, что на рулевых винтах отсутствуют автоматы перекоса, а предотвращение чрезмерного роста амплитуды махового движения обеспечивается только регулятором взмаха, возможности которого ограничены. Поэтому при росте амплитуды махового движения сверх допустимой возможны удары лопастей рулевого винта о балку. Кроме того, с ростом амплитуды махового движения растут нагрузки в элементах конструкции рулевого винта, что также накладывает ограничения на углы скольжения.

На соосных вертолетах допустимы значительные углы скольжения. Как мы уже говорили, это объясняется отсутствием рулевого винта и независимостью системы путевого управления от угла скольжения. Хвостовое оперение соосного вертолета не накладывает каких-либо ограничений на величину угла скольжения, так как рассчитано на изменение угла скольжения в диапазоне до 180°.

«Плоский» разворот был отработан на боевом вертолете Ка-50. При этом в диапазоне скоростей от 90 до 100 км/ч этот маневр можно выполнять в пределах скольжений (поворотов по курсу) до 180° как вправо, так и влево, а на больших скоростях (до 230 км/ч) – в пределах 90°, при этом крен вертолета близок к нулю. «Плоский» разворот на большие углы (рис. 5) является сугубо боевым маневром и обеспечивает направление неподвижного оружия вертолета в сторону цели в кратчайшее время. Использование «плоского» разворота дает боевому вертолету неограниченные преимущества в бою против любого противника – как наземного, так и воздушного. Именно из-за отсутствия рулевого винта на соосном вертолете имеется возможность выполнять маневры с большей эффективностью, которая реализуется путем отклонения педалей до упоров с максимально возможным темпом и созданием угловых скоростей рыскания без каких– либо ограничений.