У наші дні гелікоптер є найбільш універсальним літальним апаратом. У багатьох країнах він має назву « гелікоптер», яке було утворене з двох грецьких слів, які в перекладі означають «спіраль» і «крило». Вертоліт, що довго зависаючи на одному місці, може потім полетіти в будь-який напрямок, навіть не здійснюючи розвороту. А ще йому не потрібні спеціальні злітно-посадкові смуги, адже він здатний злітати вертикально вгору без розбігу і здійснювати вертикальну посадку без пробігу. Завдяки цьому гелікоптери широко застосовуються для транспортних перевезень у важкодоступні місця, для пожежних, санітарних та рятувальних робіт.

Основною відмінністю вертольота від літака є те, що він злітає без розгону і піднімається вгору у вертикальному положенні. Вертоліт не має крил, замість них є великий гвинт, розташований на даху, і маленький гвинт на хвості. Головна гідність вертольота – маневреність. Він може зависати в повітрі і, крім того, літати заднім ходом. Щоб здійснити посадку, гелікоптеру не потрібний аеродром: він може приземлитися на будь-якому рівній площадці, навіть високо в горах.

На початку двадцятого століття француз П. Кореня перший у світі піднявся вертольотом. Йому вдалося злетіти на висоту 150 сантиметрів, тобто він висів у своєму винаході десь на рівні грудей дорослого чоловіка. Тоді цей політ тривав лише 20 секунд. Поль Кореня вирішив, що висота надто велика, і він дуже ризикує, тому в подальшому злітав вгору тільки зі страховкою – на прив'язі.

Головним елементом конструкції, який змушує вертоліт злітати, а потім ширяти в небесах, є його великий гвинт. Він постійно загрібає лопатями повітря, рахунок чого вертоліт і летить. У той же час хвостовий гвинт не дає корпусу цього птаха, що літає, повертатися в протилежний напрямок обертання основного гвинта. Така конструкція гелікоптера була придумана в 1940-х роках російським інженером.

При обертанні гвинта вертольота, що несе, виникає сила реакції, що розкручує його в протилежному напрямку. Залежно від способу врівноваження цієї сили бувають одногвинтові та двогвинтові вертольоти. У одногвинтових гелікоптерів силу реакції усувають допоміжним хвостовим гвинтом, а у двогвинтових - за рахунок того, що гвинти обертаються в протилежні сторони.

Види вертольотів.

Головним призначенням ударних гелікоптерів є поразка наземних цілей противника. Це найкращі військові гелікоптери, тому такі машини ще називають штурмовими. Їх озброєння складається з керованих протитанкових та авіаційних ракет, великокаліберних кулеметів та малокаліберних знарядь.

Ударний гелікоптер може в одному бою знищити величезну кількість техніки та живої сили супротивника. Ударний гелікоптер «Єврокоптер тайгер» полягає на озброєнні в арміях Франції, Іспанії, Німеччини та Австралії.

Одним із найбільш маневрених ударних гелікоптерів у світі вважається російський гелікоптер Ка-50. Він широко відомий у світі під прізвиськом Чорна акула. Цей гелікоптер оснащений двома великими гвинтами, а хвостове оперення у нього як у літака. Вертоліт Чорна акула виконує найскладніші фігури найвищого пілотажу і здатна зависати у повітрі до 12 годин. Завдяки сучасній автоматизації Ка-50 керує лише один пілот.

1983 року в американському штаті Арізона був створений ударний вертоліт АН-64 «Апач». До його озброєння увійшли автоматична скорострільна гармата та 16 керованих протитанкових ракет. Вертоліт «Апач» здатний розвивати швидкість до трьохсот кілометрів на годину і літати на висоті 6 кілометрів. Цей вертоліт чудово маневрує як у непроглядній темряві, так і під час найгірших погодних умов. Гелікоптер Апач, і в наші дні є основним гелікоптером армії в США.

Транспортний вертоліт може бути використаний для перевезення як пасажирів, так і вантажів. Також з різновидів гелікоптерів можна виділити спеціальний рятувальний вертоліт та легкий двомісний дослідний вертоліт.

.

Гвинт, що несе, у вертольота: використовується для польоту один або кілька (частіше два) гвинтів. Його лопаті (до 8 штук) діють як крила літака та при обертанні створюють необхідну підйомну силу. Спочатку лопаті виготовляли з металу, а з кінця п'ятдесятих років минулого століття їх виготовляють зі склопластику.

Допоміжний гвинт служить для усунення сили реакції, що розкручує вертоліт у протилежному напрямку при обертанні гвинта, що несе. Іноді замість гвинта на хвостовій балці може бути встановлене реактивне сопло. Двигун вертоліт априводить у обертання несучі та допоміжні гвинти. Зазвичай це поршневий чи реактивний мотор.

У кабіні пілот взнаходиться кермо управління (штурвал), що повертається пілотом для польоту в потрібному напрямі. Кермо змінює нахил лопатей гвинта, у польоті одна частина кола, який описує гвинт, буде опущена нижче, ніж інша, і гелікоптер полетить у цей бік.

Фюзеляж включає кабіну пілота, пасажирський або вантажний салон, а також моторний відсік. Шасі – так як вертольоту для зльоту та посадки «пробіжка» не потрібна, дуже часто колісне шасі замінюють зручнішими лижами.

ФЕДЕРАЛЬНЕ АГЕНТСТВО З ОСВІТИ

ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ДОДАТКОВОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ

ІНСТИТУТ УПРАВЛІННЯ ТА ІННОВАЦІЙ АВІАЦІЙНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

В.В. Дудник

КОНСТРУКЦІЯ гелікоптерів

Ростов-на-Дону

УДК 629.7 (075)

Д 81

Д 81 Дудник В.В. Конструкція гелікоптерів. - Ростов н / Д: Видавничий дім ІУІ АП, 2005. - 158 с.

ISBN 5-94596-015-2

У навчальному посібнику викладаються: склад, призначення, будова та процес конструювання основних агрегатів та систем; конструктивно-силові та кінематичні схеми агрегатів, конструкцій деталей та вузлів агрегатів.

Для слухачів програми професійної перепідготовки за напрямом «Вертолітобудування», а також для спеціалістів-практиків.

Друкується за рішенням редакційно-видавничої ради Інституту управління та інновацій

авіаційної промисловості

Науковий редактор:

доктор технічних наук, професор І.В.Богуславський

ISBN 5-94596-015-2

© Дудник В.В., 2005 р. © Видавничий дім ВУІ АП, 2005 р.

ВСТУП

У наші дні важко уявити людство без літальних апаратів. Гідне місце в ряді повітряних суден займають вертольоти - літальні апарати важчі за повітря, що використовують гвинт для переміщення в повітряному середовищі. Так як вертольотобудування порівняно молода сфера діяльності в ній йде активна зміна конструкції та технології виготовлення агрегатів. За останні роки стали застосовуватися такі нововведення як надкритичні трансмісійні вали, активні гасники шуму та вібрації, багатозамкнуті лонжерони лопатей, монококові фюзеляжі, гребені хвостової балки та низка інших. На жаль, Росія з низки причин відстала у застосуванні деяких інновацій. Відповідно до цього необхідно прагнути максимально використовувати досвід, накопичений у світовому вертольотобудуванні.

У даному навчальному посібнику зроблено спробу заповнити прогалини у висвітленні сучасних технологій, тому їм приділено трохи більше уваги.

Глави 5 і 8 написані разом із Олійником Миколою Івановичем.

1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО Гвинтокрили

1.1. Класифікація вертольотів

У Нині у світі виробляється кілька десятків типів гелікоптерів. Вони мають різне призначення, розміри та характеристики, проте основним критерієм класифікації вертольота прийнято вважати його злітну масу. Існує кілька думок про вагову класифікацію. Найчастіше вона встановлюється законодавчими актами тієї чи іншої держави. Так у російській цивільній авіації гелікоптери розділені залежно від максимальної злітної маси на чотири класи.

1 клас - 10т і більше,

2 клас – від 5 до 10т,

3 клас – від 2 до 5т,

4 клас – до 2т.

Насправді вертольоти частіше ділять на надлегкі, легкі, середні, важкі. Тут пропонується один із варіантів поділу.

До 700кг – надлегкі; 700-5000кг – легені; 5000-15000кг – середні;

понад 15000кг – важкі.

Найважчим вертольотом у світі був радянський гелікоптер Мі-12 (105т), а серед серійних машин – Мі-26 (56т).

Декілька особняком у цьому ряду стоять безпілотні вертольоти, що використовуються для розвідки, моніторингу навколишнього середовища та сільгоспобробки, злітна маса яких коливається від 80 до 1000кг.

Крім того, гелікоптери класифікуються за призначенням як:

пасажирські; бойові; транспортні; сільськогосподарські;

пошуково-рятувальні та інші.

Наявність на борту двигунів дозволяє класифікувати повітряні судна за кількістю двигунів - одне, двох і трирухові, і за типом - поршневі та газотурбінні.

Ще однією важливою характеристикою є схема вертольота. Схему вертольота визначає спосіб врівноваження реактивного моменту несучого гвинта. В даний час застосовують одну і двогвинтову схему. Три і навіть чотиригвинтові схеми, що розроблялися в Радянському Союзі і США, не знайшли широкого застосування.

Одногвинтова схема - передбачає наявність одного несучого гвинта і пристрою, що компенсує реактивний момент гвинта, що несе. Як пристрій компенсуючого реактивний момент зазвичай використовується кермовий гвинт, але в деяких випадках застосовують інші механізми (рисунок 1а, б).

Двогвинтова схема передбачає наявність двох несучих гвинтів, що мають різноспрямоване обертання. Реактивні моменти гвинтів взаємно компенсуються. У свою чергу двогвинтові вертольоти за розташуванням гвинтів можуть мати:

∙ співвісну схему - несучі гвинти протилежного обертання розташовуються одна над одною (рисунок 1в);

∙ поздовжню схему - синхронізовані між собою гвинти розміщуються один попереду іншого з наявністю невеликої зони перекриття (рисунок 1г);

∙ поперечну схему - гвинти розташовуються праворуч і ліворуч від фюзеляжу (рисунок 1д);

∙ схему з гвинтами, що перетинаються, - дві осі обертання нахилені під кутом один до одного (рисунок 1е).

У Нині у Росії переважають вертольоти фірми Камова і Міля. Перші гелікоптери своєї розробки виникли біля Казанського вертолітного заводу. Спроби розробки гелікоптерів легкого класу робляться в Україні. Основними європейськими виробниками вертольотів є консорціуми - Єврокоптер, що складається з французької корпорації Єврокоптер Франц і німецької Єврокоптер Дойчланд і Агуста Вестланд, що складається з італійської ком-

панії Агуста та англійської Вестланд. Корпорації Боїнг, Сікорський та Белл є найбільшими у США. Велику активність у цьому секторі ринку останні роки виявляють компанії Польщі та ПАР. У класі надлегких гелікоптерів успішно працюють фірми таких країн, як США, Бельгія, Італія, Канада. Японські фірми Ямаха та Фуджі активно просувають безпілотні сільськогосподарські вертольоти.

Крім того, слід зазначити, що на північноамериканському континенті популярністю користуються інші гвинтокрилі літальні апарати - одно-двомісні автожири. Їх виробництвом займається відразу кілька фірм.

Абсолютна більшість виробників вертольотів у світі використовує одногвинтову схему. Літальні апарати, побудовані за такими принципами, створює фірма Міля. Співвісну застосовують на вертольотах фірми Камова та на деяких зарубіжних безпілотних апаратах. Поперечна схема застосовується нині лише з конвертопланах фірми Белл, розроблених самостійно й у кооперації з фірмою Агуста. Поздовжню схему використовують транспортні вертольоти фірми Боїнг. Схема з гвинтами, що перехрещуються, є дуже складною і застосовується тільки фірмою Каман (США).

1.2. Створення вертольотів

Процес створення нового вертольота або модифікації існуючого є досить складним і складається з декількох етапів (рисунок 2). Для ухвалення рішення про початок проектування вертольота або модифікації має накопичитись «критична» маса вимог. Ці вимоги виробляють різні служби:

∙ інженерні – на основі аналізу розробок інших фірм та власних досліджень, підготовлених до впровадження;

∙ маркетингу – на основі аналізу поточних та перспективних потреб ринку;

∙ експлуатації – на основі аналізу зауважень та пропозицій експлуатуючих організацій;

∙ стиліста (дизайнера) – на основі аналізу сучасних тенденцій дизайну з метою створення привабливого вигляду вертольота.

Малюнок 1. Різні схеми розташування гвинтів.

а – одногвинтова схема з кермовим гвинтом (вертоліт Мі-28, Росія), б – одногвинтова схема із системою NOTAR (MD500, США), в – співвісна (Ка-50, Росія), г – поздовжня (CH-47, США) , д - поперечна (BA609, США-Італія), е - схема з гвинтами, що перетинаються (K-MAX, США).

Вимоги часто перебувають у суперечності один з одним, тому після аналізу їх важливості, терміновості та вартості виробляється компромісний варіант, який максимально відповідає всім службам. На його підставі здійснюється попереднє проектування, в ході якого виконуються аеродинамічні та інші розрахунки, визначається загальна геометрія, склад обладнання, приймаються рішення щодо найважливіших технічних рішень, виробляється компонування літального апарату. Після виконання попереднього проводиться робоче проектування. На цьому етапі розробляються тривимірні моделі деталей, вузлів та агрегатів, виконується їх розрахунок на міцність, на підставі якого приймається рішення про полегшення чи зміцнення елементів конструкції. З остаточної тривимірної моделі складається робоча документація. Враховуючи високий рівень комп'ютеризації авіаційного виробництва, іноді виробники використовують спрощену систему документації, в якій, наприклад, креслення деталі показує загальний вигляд, але не має розмірних даних. Споживачі такого креслення завжди можуть отримати необхідну інформацію з розробленої комп'ютерної моделі розташованої в корпоративній мережі. Результати проектування передаються у виробництво, де спершу відбувається виготовлення макетного зразка, а потім реального вертольота. Якщо модифікація літального апарату не передбачає значних змін, етап виготовлення макетного зразка може бути відсутнім.

Літні та статичні випробування підтверджують правильність розрахунків. Слід зазначити, що кожен етап, наступний після проектування, призводить до часткової зміни конструкції внаслідок усунення недоліків, що виявляються. Результатом цієї роботи стає сертифікат, що дозволяє експлуатацію літального апарату у тій чи іншій країні світу. Щоб отримати сертифікат, повітряне судно має відповідати нормам льотної придатності, що діють на даній території. Як правило, окремо існують норми для цивільних та

військових вертольотів. Ці документи регламентують показники, яким має задовольняти весь апарат чи окремі його агрегати. Наприклад, вказується яку величину вітру повинен витримати вертоліт на тому чи іншому режимі.

Рисунок 2. Спрощена схема процесу створення гелікоптера.

ме польоту чи якусь шумність він не може перевищувати залежно від злітної ваги. Значну частину норм становлять норми міцності. Вони розглядають різні варіанти навантаження апарата в польоті, на зльоті та посадці, при стоянці та переміщенні аеродромом. Відповідно всі випадки поділяються на льотні, посадкові та земні.

На сьогоднішній день люди винайшли безліч різних видів техніки, яка може не тільки пересуватися дорогами, а й літати. Літаки, гелікоптери та інші літальні апарати дозволили дослідити повітряний простір. Вертолітні двигуни, які були потрібні для нормальної працездатності відповідних машин, відрізняються високою потужністю.

Загальний опис пристрою

Нині такі агрегати бувають двох типів. Перший вид - це поршневі або Другий вид - повітряно-реактивні двигуни. Крім того, як вертолітний двигун може виступати ще й ракетний. Однак він зазвичай застосовується не як основне, а короткочасно включається в роботу машини, коли необхідна додаткова потужність, наприклад, під час посадки або зльоту техніки.

Раніше часто використовувалися для установки на гелікоптери. У них була одновальна схема, проте вони досить сильно стали витіснятися іншими типами устаткування. Особливо це стало помітно на багаторухових вертольотах. На такій техніці найбільшого поширення набули двовальні турбогвинтові вертолітні двигуни з так званою вільною турбіною.

Двигунні агрегати

Відмінна риса таких пристроїв була в тому, що у турбокомпресора був відсутній прямий механічний зв'язок з гвинтом. Застосування двовальних турбогвинтових агрегатів вважалося досить ефективним, оскільки вони дозволяли найповніше використовувати силовий пристрій вертольота. Вся справа в тому, що в такому випадку частота обертання несучого гвинта техніки не залежала від частоти обертання турбокомпресора, це дозволяло підбирати оптимальну частоту під кожен режим польоту окремо. Якщо говорити іншими словами, то двовальний турбогвинтовий вертолітний двигун забезпечував ефективну та надійну роботу силової установки.

Реактивний привід гвинта

У вертольотах також використовується реактивний гвинтовий привід. У такому випадку окружне зусилля прикладатиметься безпосередньо до самих лопатей гвинта, не застосовуючи при цьому важкої і складної механічної трансмісії, яка б змушувала обертатися весь гвинт цілком. Щоб створити таке окружне зусилля, використовуються або автономні реактивні двигуни, які розташовуються на лопатях гвинта, що несе, або вдаються до закінчення газу (стиснутого повітря). У цьому випадку виходитиме газ через спеціальні соплові отвори, які розташовуються на кінці кожної лопаті.

Що стосується економічної роботи реактивного приводу, то тут вона поступатиметься механічному. Якщо вибирати найбільш економічний варіант лише серед реактивних пристроїв, то найкращим є турбореактивний двигун, який розташовується на лопатях гвинта. Однак конструктивно створити таке пристосування виявилося занадто важко, тому широкого практичного застосування такі прилади не отримали. Через це заводи вертолітних двигунів не займалися його масовим виробництвом.

Перші моделі турбувальних пристроїв

Перші турбувальні двигуни було створено ще 60-70 гг. Необхідно згадати, що на той час таке обладнання повністю відповідало всім запитам не лише цивільної авіації, а й військової. Такі агрегати були здатні забезпечити паритет, а в деяких випадках і перевагу над винаходами конкурентів. Найбільш масове виробництво вертолітних двигунів турбувального типу забезпечувалося за рахунок збирання моделі ТВ3-117. Цей апарат мав кілька різних модифікацій.

Крім нього, гарне поширення набула також модель Д-136. До виходу цих двох моделей випускалися Д-25В і ТВ2-117, проте на той момент вони вже не могли конкурувати з новими двигунами, а тому їх виробництво припинили. Однак справедливо буде сказати, що їх було випущено досить багато, і вони все ще встановлені на тих видах повітряного транспорту, які випустили досить давно.

Градація обладнання

У 1980-х років виникла потреба уніфікації пристрою вертолітного двигуна. Щоб вирішити поставлене завдання, всі турбувальні та турбогвинтові двигуни, що були на той момент, було вирішено призвести до загального типорозмірного ряду. Ця пропозиція була прийнята на урядовому рівні, а тому виник розподіл на 4 категорії.

Перша категорія – це пристрої потужністю 400 л. с., друга – 800 л. с., третя – 1600 л. с. та четверта – 3200 л. с. Крім цього було дозволено створення ще двох моделей вертолітного газотурбінного двигуна. Їхня потужність становила 250 л. с. (0 категорія) та 6000 л. с. (5 категорія). Крім цього, малося на увазі, що кожна категорія цих пристроїв буде здатна формувати потужність на 15-25%.

Подальший розвиток

Для того, щоб повністю забезпечити розвиток та будівництво нових моделей, ЦІАМ провела досить велику науково-дослідну роботу. Це дозволило отримати науково-технічний заділ (НТЗ), яким йтиме розвиток цього напряму.

У цьому НТЗ вказувалося, що принцип роботи вертолітних двигунів майбутніх поколінь має будуватися на простому принципі термодинамічного циклу Брайтона. У цьому випадку розвиток та будівництво нових агрегатів буде перспективним. Щодо конструктивного виконання нових моделей, то вони повинні бути з одновальним газогенератором, а силова турбіна з виведенням валу потужності вперед через газогенератор. Крім цього, в конструкцію має входити і вбудований редуктор.

Відповідно до всіх вимог науково-технічного доробку на Омському МКБ було розпочато роботи з виготовлення такої моделі двигуна для вертольота, як ТВ ГДТ ТВ-0-100, потужність цього апарату мала становити 720 л. с., а застосовувати його було вирішено такою машиною, як Ка-126. Однак у 90-ті роки всі роботи були зупинені, незважаючи на те, що в той період пристрій був досить досконалим, а також мав можливість форсувати потужність до таких показників, як 800-850 л. с.

Виробництво на ВАТ "Рибінські мотори"

У цей час на ВАТ «Рибінські мотори» займалися доведенням такий моделі двигуна, як ТВ ГДТ РД-600В. Потужність пристрою складала 1300 л. с., а використовувати його планували для такого типу гелікоптера, як Ка-60. Газогенератор для такого агрегату був виконаний за досить компактною схемою, до якої входив чотириступінчастий відцентровий компресор. У ньому були 3 осьові щаблі і 1 відцентровий. Частота обертання, яку забезпечував такий агрегат, досягала 6000 об/хв. Відмінним доповненням було й те, що такий двигун додатково постачався захистом від пилу та бруду, а також від попадання інших сторонніх предметів. Цей тип двигуна пройшов безліч різноманітних випробувань, а його остаточну сертифікацію було завершено в 2001 році.

Далі варто відзначити, що паралельно з доопрацюванням цього двигуна фахівці працювали над створенням турбогвинтового двигуна ТВД-1500Б, який планувалося застосовувати на вертольотах моделі Ан-38. Потужність цієї моделі всього на 100 л. с. вище та, таким чином, становила 1400 л. с. Що стосується газогенератора, його схема і комплектація були такими ж, як і на моделі РД-600В. При їх розробці, створенні та комплектації планувалося, що вони становитимуть базу для сімейства таких двигунів, як турбувальні, турбогвинтові.

Мотоцикл з вертолітним двигуном

На сьогоднішній день виробництво різноманітних техніки просунулося досить широко. Це справедливо практично всім галузей, включаючи виробництво мотоциклів. Кожен виробник намагався завжди зробити свою нову модель більш унікальною та оригінальною, ніж у конкурентів. Через таке прагнення нещодавно компанія Marine Turbine Technologies випустила перший мотоцикл, у конструкцію якого входив вертолітний двигун. Природно, що ця зміна сильно торкнулася як конструктивної частини машини, так і її технічних характеристик.

Параметри техніки

Природно, що характеристики мотоцикла, який має у своєму розпорядженні двигун від вертольота, має також унікальні технічні параметри. Крім того, що таке нововведення дозволило розігнати мотоцикл до практично немислимих 400 км/год, є інші властивості, на які також варто звернути свою увагу.

По-перше, обсяг паливного бака у такої моделі становить 34 літри. По-друге, вага техніки досить сильно збільшилася і становить 208,7 кг. Потужність такого мотоцикла складає 320 кінських сил. Максимальна можлива швидкість, яку вдалося розвинути на такому апараті – 420 км/год, а розмір колісних дисків складає 17 дюймів. Останнє, про що варто сказати, так це про те, що робота вертолітного двигуна сильно далася взнаки і на процесі розгону, через що техніка досягає своєї межі за лічені секунди.

Перший такий витвір, який компанія Marine Turbine Technologies показала світові, називався Y2K. Тут можна додати, що точний час розгону до 100 км/год займає лише півтори секунди.

Підсумовуючи всього вищесказаного, можна сказати, що галузь зі створення вертолітних двигунів пройшла досить довгий шлях, а нинішній розвиток технологій дозволив застосовувати продукцію навіть у такій техніці, як мотоцикли.

Вертоліт є гвинтокрилим апаратом, в якому необхідна підйомна сила створюється одним або кількома гвинтами або пропелерами, що мають привід від двигунів.

Літак літає за рахунок підвищеного тиску повітря під своїми крилами та нижчого — під ними. Вертоліт використовує такий самий принцип: роль крила у нього грає гвинт, що несе, з лопатями.

Обертаючись, гвинт, що несе, створює велику підйомну силу. Це обертання створює, крім цього, і крутний або реактивний момент, який прагне закрутити фюзеляж вертольота в протилежному напрямку. Щоб якось компенсувати цей реактивний момент, застосовують, як правило, додатковий кермовий гвинт у вертикальному положенні. Якщо кермовий гвинт має вигляд вентилятора, вмонтованого у вертикально розташоване хвостове оперення, його прийнято називати фенестроном.

У всіх випадках, гвинт, що несе, у вертольотів має автомат від перекосів, який покликаний забезпечувати зміну положення центру тиску самого гвинта для управління польотом (виключення тут складають схеми, в яких три і більше несучих гвинтових механізму).

У тому випадку, якщо є тільки один-єдиний приводний гвинт, що несе, обов'язковим є наявність пристрою, для гасіння крутного моменту цього гвинта (як правило, це рульовий гвинт або фенестрон, набагато рідше струменеві пристрої та інші). У схемах з кількома гвинтами крутний момент, найчастіше, компенсують звичайним протиборством наявних гвинтів. Якщо ж гвинт обертається завдяки реактивним двигунам, встановленим безпосередньо на самих лопатях гвинта, момент, що обертає, загалом, майже зовсім не помітний і легко може компенсуватися за рахунок аеродинамічних кермів.

Для більшого розвантаження механізму гвинта і самого гвинта при великих швидкостях, вертоліт можуть оснащувати досить потужним і добре розвиненим крилом, яке надаватиме шляхову стійкість. Для цієї ж мети можна використовувати і оперення.

Ще одним методом для компенсації реактивних моментів у гелікоптері є установка двох несучих гвинтів, які будуть обертатися в протилежних один одному напрямках і розташованих на загальній осі (співвісно). Тоді другий гвинт носитиме назву аеродинамічно симетричний співвісний гвинт, що несе (такий варіант, наприклад, можна побачити на російському гелікоптері Ка-50). Необхідно зауважити, що гелікоптери з такою схемою мають нижчу ефективність, порівняно зі схемами в один гвинт через інтерференцію гвинтів вертольота. Це спричинило використання таких літальних пристроїв у обмежених просторових умовах, наприклад, у палубній авіації.

Двигун вертольота служить для обертання несучого гвинта. Якщо на вертольоті є кілька несучих гвинтів, то вони можуть обертатися від одного загального двигуна або кожен від окремого двигуна, але так, щоб обертання гвинтів було суворо синхронізовано.

Призначення двигуна на гелікоптері відрізняється від призначення двигуна на літаку, автожирі, дирижаблі, так як у першому випадку він обертає несучий гвинт, за допомогою якого створює як тягу, так і підйомну силу, в інших випадках він обертає гвинт, що тягне, створюючи тільки тягу «чи силу реакції газового струменя (на реактивному літаку), що також дає тільки тягу.

Якщо на гелікоптері встановлений поршневий двигун, то в його конструкції повинен бути врахований ряд особливостей, властивих гелікоптеру.

Вертоліт може літати за відсутності поступальної швидкості, тобто висіти нерухомо щодо повітря. У цьому випадку відсутнє обдування та охолодження двигуна, водо-радіатора та маслорадіатора, внаслідок чого можливий перегрів двигуна та вихід його з ладу. Тому на гелікоптері доцільніше застосовувати двигун не водяного, а повітряного охолодження, так як останній не потребує важкої та громіздкої системи рідинного охолодження, для якої на гелікоптері знадобилися б дуже великі поверхні охолодження.

Двигун повітряного охолодження, який зазвичай встановлюється на гелікоптері в тунелі, повинен мати привід для вентилятора примусового обдування, який забезпечує охолодження двигуна на режимі висіння і при горизонтальному польоті, коли швидкість відносно невелика.

У цьому ж тунелі встановлюється олійний радіатор. Регулювання температури двигуна та олії може здійснюватися шляхом зміни величини вхідного або вихідного отворів тунелю за допомогою рухомих заслінок, що керуються з кабіни льотчика вручну або автоматично.

Авіаційний поршневий двигун зазвичай має номінальну кількість обертів близько 2000 за хвилину. Зрозуміло, що повне число оборотів двигуна на гвинт передавати не можна, тому що при цьому кінцеві швидкості лопатей будуть настільки великі, що викликають виникнення швидкісного зриву потоку. З цих міркувань число М на кінцях лопат має бути не більше 0,7-0,8. Крім того, при великих відцентрових силах гвинт, що несе, був би важкої конструкції.

Підрахуємо, яка величина максимально допустимих оборотів несучого гвинта діаметром 12 м, при яких число М кінців лопатей не перевищує 0,7 для висоти польоту 5000 м при швидкості польоту 180 км/год,

Отже, двигун для вертольота обов'язково повинен мати редуктор із високим ступенем редукції.

На літаку двигун завжди жорстко з'єднаний із гвинтом. Міцний, малого діаметра суцільнометалевий гвинт легко витримує ривки, що супроводжують запуск поршневого двигуна, коли він різко набирає кілька сотень оборотів. Гвинт вертольота, що має великий діаметр, далеко рознесені від осі обертання маси п, отже, великий момент інерції не розрахований на різкі змінні навантаження в площині обертання; під час запуску може статися пошкодження лопатей від пускових ривків.

Тому необхідно, щоб у момент запуску гвинт вертольота, що несе, був від'єднаний від двигуна, тобто двигун повинен запускатися вхолосту, без навантаження. Зазвичай це здійснюється введенням у конструкцію двигуна фрикційної та кулачкової муфт.

Перед запуском двигуна муфти повинні бути вимкнені, при цьому обертання валу двигуна на гвинт, що несе, не передається.

Однак без навантаження двигун може розвинути дуже великі оберти (дати розкручування), які спричинять його руйнування. Тому при запуску до включення муфт не можна повністю відкривати дросельну заслінку карбюратора двигуна і перевищувати встановлену кількість обертів.

Коли двигун уже запущений, необхідно з'єднати його з гвинтом, що несе, за допомогою фрикційної муфти.

Як фрикційна муфта може служити гідравлічна муфта, що складається з декількох металевих дисків, покритих матеріалом, що володіє високим коефіцієнтом тертя. Частина дисків з'єднана з валом редуктора двигуна, а проміжні диски з'єднані з приводом головного валу до гвинта, що несе. Доки диски не стиснуті, вони вільно провертаються відносно один одного. Стиснення дисків здійснюється поршнем. Подача олії з високим тиском під поршень змушує поршень пересуватися та поступово стискати диски. При цьому момент, що крутить, від двигуна передається на гвинт поступово, плавно розкручуючи гвинт.

Лічильники оборотів, встановлені в кабіні, показують числа обертів двигуна та гвинта. Коли обороти двигуна і гвинта рівні, це означає, що гідравлічні диски муфти щільно притиснуті один до одного і можна вважати, що муфта з'єднана за типом жорсткого зчеплення. У цей момент може бути плавно (без ривків) увімкнена кулачкова муфта.

Нарешті, для забезпечення можливості самообігу, гвинта, що несе, треба, щоб гвинт автоматично відключався від двигуна. Доки двигун працює і обертає гвинт, кулачкова муфта знаходиться в зачепленні. При відмові ж двигуна його обороти швидко зменшуються, але гвинт, що несе, деякий час по інерції продовжує обертання з тим же числом оборотів; у цей момент кулачкова муфта виходить із зачеплення.

Гвинт, що несе, від'єднаний від двигуна, може продовжувати потім обертання на режимі самообігу.

Політ на режимі самообігу з навчальними цілями проводиться при вимкненому двигуні або при працюючому двигуні, в останньому випадку обороти його зменшуються настільки, щоб гвинт (з урахуванням редукції) робив більше обертів, ніж колінчастий вал двигуна.

Після посадки вертольота обороти двигуна спочатку зменшуються, вимикається муфта зчеплення, а потім зупиняється двигун. При стоянці гвинтокрила гвинт завжди повинен бути загальмований, інакше він може почати обертатися від поривів вітру.

Потужність двигуна вертольота витрачається на подолання опору обертання гвинта, що несе, на обертання рульового гвинта (6-8%), на обертання вентилятора (4-6%) і на подолання втрат у трансмісії (5-7%).

Таким чином, гвинт, що несе, використовує не всю потужність двигуна, а тільки частину її. Використання гвинтом потужності двигуна враховується коефіцієнтом, який показує, яку частину потужності двигуна використовує гвинт, що несе. Що цей коефіцієнт, то досконаліша конструкція вертольота. Зазвичай = 0,8, тобто гвинт використовує 80% потужності двигуна:

Потужність поршневого двигуна залежить від вагового заряду повітря, що всмоктується в циліндри, або від густини навколишнього повітря. У зв'язку з тим, що з підняттям на висоту щільність навколишнього повітря зменшується постійно падає також потужність двигуна. Такий двигун зветься невисотним. З підняттям на висоту 5000-6000 м потужність такого двигуна зменшується приблизно вдвічі.

Для того щоб до певної висоти потужність двигуна не тільки падала, а навіть збільшувалася, на магістралі всмоктування повітря в двигун ставлять нагнітач, що підвищує щільність повітря, що всмоктується. За рахунок нагнітачів потужність двигуна до певної висоти, званої розрахункової, зростає, а потім падає так само, як у невисотного.

Нагнітач приводиться у обертання від колінчастої зали двигуна. Якщо передачі від колінчастого валу до нагнітача є дві швидкості, причому при включенні другої швидкості збільшуються обороти нагнітача, то з підняттям на висоту можна двічі забезпечувати підвищення потужності. Такий двигун має вже дві розрахункові висоти.

На вертольотах, як правило, встановлюються двигуни із нагнітачами.