Радиоуправляемые модели вертолетов пользуются широкой популярностью во многих странах мира. Им не нужны аэродромы, их полет вызывает большое восхищение у публики. По своим летным возможностям модели вертолетов обогнали полномасштабных "собратьев". Это направление в спортивном моделизме возникло в начале 70 годах и очень быстро развивается. На современном этапе модели вертолетов создаются с использованием современных композитных материалов, достижений микроэлектроники и компьютерных технологий. Например, появление компьютерных тренажеров, существенно повлияло на методики освоения непростого управления радиоуправляемых вертолетов. Подключив свой радиопередатчик к компьютеру, можно без риска поломки модели экспериментировать с регулировками функций управления, отрабатывать навыки начального и сложного пилотажа вертолета.

Как свидетельствует практика, уровень развития моделизма определяется уровнем жизни населения. И хотя наша жизнь в странах СНГ не способствуют бурному развитию спортивного моделизма, у молодежи есть определенный интерес к этому увлечению. В настоящее время появилась возможность, при наличии средств, приобрести необходимое оборудование и материалы, радиоаппаратуру и аккумуляторы, двигатели и топливо и т.п. Но, к сожалению, за редким исключением, все выше перечисленное - импортное и дорогое. Большой объем информации по моделизму, в частности и по радиоуправляемым вертолетам, можно найти в Интернете, в зарубежных изданиях. Появились в Интернете и русскоязычные сайды по моделизму. Однако, по-прежнему мало широкодоступных информации на русском языке для моделистов по радиоуправляемым вертолетам, в которых бы в доходчивой форме были изложены теория вертолета, особенности его регулировок с использованием функций современной радиоаппаратуры, методики освоения полетов от висения до высшего пилотажа. Этот пробел, мы надеемся, может восполнить предлагаемая серия статей, которые будут полезны и начинающим и более опытным моделистам. При работе над статьями автор использовал отечественную и зарубежную литературу, свой опыт и опыт других моделистов.

Основы управления вертолетом

Теория аэродинамики вертолета довольна сложна и для ее полного овладения требуется знание большого ряда физико-математических дисциплин. Но, как показывает опыт, для успешного занятия авиамоделизмом нет необходимости досконального освоения этих дисциплин. Начинающему моделисту достаточно понимать явления и процессы, протекающие на всех этапах полета модели вертолета, чтобы успешно освоить технику пилотирования. Приведенные примеры и объяснения будут довольно общими, но достаточными для понимания особенностей поведения вертолета. Если этого вам будет не достаточно, то обратитесь к другим источникам, которые могут дать более научные и глубокие объяснения полета вертолета.

Вначале мы познакомимся с силами и моментами, действующими на вертолет, находящейся в висении, а затем, как эти силы изменяют положение вертолета в пространстве. Понятие "система сила" означает совокупность всех аэродинамических сил и сил гравитации, воздействующих на вертолет и перемещающих его вниз, вверх и в стороны. Если вертолет находится в висении, все эти силы должны компенсировать друг друга, чтобы вертолет оставался неподвижным. Если система сил не уравновешена, то результирующее усилие переместит вертолета и дает нам возможность управлять моделью. При чтении этих материалов хорошо иметь рядом модель вертолета и радиоаппаратуру и познавать теорию по реакции лопастей и рычагов на действия ручек управления. Это поможет вам понять, что происходит с моделью вертолета и как это связанно с перемещениями ручек управления на передатчике.

Режим висения

Рисунок 1 показывает вид вертолета с боку в висении и силы, воздействующие на него в этом ракурсе. Стрелка направленная прямо вниз представляет собой силу веса вертолета. Ей противодействует подъемная сила несущего винта. В устойчивом висении подъемная сила равна силе веса и вертолет не поднимается и не снижается. В полете мы не можем изменять вес вертолета. Мы можем управляем подъемной силой (силой тяги) несущего винта за счет изменения угла установки лопастей (общего шага) или числа его оборотов. Поэтому существуют две системы моделей вертолетов. Первая, так называемая, с общим (или коллективным) шагом, в которой управление тягой осуществляется изменением угла установки лопастей. Вторая - с фиксированным шагом, в которой управление тягой винта осуществляется только изменением числа оборотов несущего винта при постоянном значении установочного угла. Каждая система имеет свои достоинства и недостатки. Система с фиксированным шагом имеет упрощенную конструкцию головки несущего ротора, проще в эксплуатации и в наладке. Кроме того не требуется очень дорогая аппаратура управления. Основной недостаток этой системы заключается в большой инерционности и нелинейности вертикального управления вертолетом. В настоящее время изменять число оборотов модельных двигателей достаточно быстро невозможно. Кроме того, тяга винта пропорциональна квадрату числа оборотов двигателя. В этой ситуации очень сложно удерживать вертолет в неподвижном висении. Я не говорю, что летать такой вертолет не будет, просто его освоение потребует дополнительного времени. Система с коллективным шагом обеспечивает лучшее управление вертолетом, поскольку тяга лопастей почти пропорциональна шагу, который может изменяться почти мгновенно. Однако такая система требует согласованного управления шагом и мощностью двигателя. Это приводит к тому, что для управления таким вертолетом требуется аппаратура, в которой с помощью одной ручки можно было изменять значение шага лопастей несущего ротора и мощность двигателя. Необходимость такого согласование вызвано тем, что момент сопротивления, следовательно и мощность, требуемая для вращения лопастей пропорциональна квадрату изменения шага лопастей. В ином случае, при увеличении шага лопастей при неправильном регулировании мощности у нас будут падать обороты и тяга винта. Следовательно, вы управляете величиной подъемной силы в висении исключительно перемещением, как правило, левой ручки вперед-назад, удерживая вертолет в неподвижном вертикальном положении.

Обратите внимание на два важных момента, показанных на рисунке 1:

• Стрелка изображающая подъемную силу лопастей показывается выходящей прямо из вала несущего винта. Действительно же, вал не создает подъемную силу, она возникает от вращения лопастей, но результирующая сила действует от них так, как если бы она была направлена из центрального вала ротора, как показано на рисунке 2. Это несущественно сейчас, но помните об этом, когда мы будем обсуждать в дальнейшем поведение лопастей ротора.
• Подъемная сила, произведенная лопастями ротора всегда перпендикулярна диску несущего винта (плоскости вращения лопастей).

Рисунок 3 показывает вертолет в висении, как если бы, мы смотрели на него сверху. Опять, все силы действующие на вертолет в этом ракурсе должны быть скомпенсированы, чтобы вертолет был неподвижен.

На этом рисунке показан вертолет с вращением лопастей несущего винта вправо или по часовой стрелке. Если лопасти вашего вертолета вращаются в другую сторону, то этот рисунок необходимо зеркально перевернуть. Согласно третьего закона механики, при вращении винта по часовой стрелки, фюзеляж вертолета должен вращаться против часовой стрелки. Стремление фюзеляжа к вращению называют реактивным вращающим моментом и любое изменение мощности двигателя и коллективного шага приводит к соответствующему изменению этого вращающего момента.

Задача хвостового винта - скомпенсировать реактивный вращающий момент. Когда тяга хвостового винта создает момент, равный реактивному моменту от несущего винта, нос удерживаться прямо. Если тяга хвостового ротора возрастает, вертолет поворачивается вокруг вертикальной оси (вала несущего винта), заставляя нос идти вправо. Аналогичным способом, уменьшение тяги хвостового винта, заставит реактивный вращающий момент повернуть хвост вправо, а нос влево. Поэтому, в висении, при равновесии всех этих сил вертолет держит свой нос строго в одном направлении.

Обороты хвостового винта зависят от оборотов двигателя и основного винта, которые должны быть постоянными при висении. Тяга хвостового винта поэтому изменяется увеличением или уменьшением угла атаки лопастей хвостового ротора и в вашей радиоаппаратуре это выполняется перемещением, как правило, левой ручки вправо или влево. Посмотрите на хвостовой винт модели с левой стороны вертолета, он обычно вращает вправо (или по часовой стрелке) при этом виде. Теперь переместите левую управляющую ручку в вашем передатчике направо и увидите, как угол атаки лопастей увеличивается. Это заставит лопасти захватывать больше воздуха и хвост повернутся влево или по направлению к вам. По мере перемещения ручки влево, угол атаки уменьшится и реактивный момент переместит хвост вправо или прочь от вас.

Необходимо подчеркнуть другой важный момент: левая ручка передатчика изменяет угол атаки лопастей хвостового ротора и перемещает хвост вправо или влево, но направление перемещения хвоста противоположно перемещениям этой ручки. Причина этого в том, что мы пилотируем модель не по хвосту. Мы должны управлять носом модели. Снова переместите левую ручку вправо и влево и убедитесь что, когда ручка перемещается вправо, нос модели будет перемещаться вправо и наоборот.

Попытки пилотировать модель вертолета по хвосту очень грубая ошибка и вы ее должны избегать.

На рисунке 4 изображен вертолет при виде сзади, с существенно преувеличенным наклоном вправо для учебных целей. Для удержания вертолета в устойчивом висении все силы должны быть также скомпенсированы. На рисунке 4 мы снова видим силу гравитации (или силу веса вертолета), направленную вниз. Как уже упоминалось, эта сила компенсируется подъемной силой лопастей винта. Но теперь, обратите внимание на то, что вы не видели раньше: ротор немного наклонен вправо. Подъемная сила винта по прежнему будет перпендикулярна диску ротора и наклонена вправо.

Подъемная сила может быть разложена на две составляющие: на вертикальную и горизонтальную. Чтобы удержать вертолет на фиксированной высоте, вертикальная компонента подъемной силы должна равняться весу модели.

На рисунке 4 кроме подъемной силы изображен вектор тяги хвостового ротора, который заставит вертолет двигаться влево, если она не будет скомпенсирована другой силой. По этой причине диск несущего винта слегка наклоняют вправо и горизонтальная составляющая подъемной силы будет направлена вправо и компенсировать тягу хвостового винта и удерживать вертолет от "дрейфа" влево.

Таким образом, при наклоне вертолета вертикальная компонента подъемной силы компенсирует силу веса, а горизонтальная компонента подъемной силы компенсирует тягу хвостового ротора. Если все силы уравновешены, вертолет останется в неподвижном висении.

Вертикальные перемещения: подъем и снижение

Обратимся снова к рисунку 1, где подъемная сила лопастей ротора равна весу вертолета, следовательно вертолет поддерживает постоянную высоту висении. Для подъема вертолета просто увеличивают подъемную силу так, что она была больше, чем вес. Скорость подъема модели зависит от величины разности между силой тяжести и подъемной силой несущего винта, развиваемого им на максимальной мощности двигателя в первый момент времени. Если сказать более точно, то скороподъемность вертолета пропорционально отношению разности между максимальной мощностью двигателя и мощностью, необходимой для висения модели, к весу вертолета.

Очень важный момент, который необходимо учитывать при выполнении взлета модели, показан на рисунке 5. На этом рисунке изображена модель, которая собирается взлететь с наклонной поверхности земли. Угол наклона на этом рисунке преувеличен для наглядности. Раньше подчеркивалось, что подъемная сила несущего винта ротора всегда перпендикулярна диску вращения лопастей. Поскольку в этой ситуации диск вращения наклонен вместе с вертолетом, то и вектор подъемной силы тоже имеет наклон и раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющие. В этом случае, горизонтальная составляющая заставит вертолет переместиться влево, как только он оторвется от земли. Поэтому, если вы попытаетесь взлететь с неровной поверхности, то вертолет всегда будет дрейфовать в направление наклона поверхности земли. Поэтому лучше взлетать с горизонтальной поверхности. Если вы взлетаете с неровной поверхности, диск ротора необходимо наклонить в противоположную сторону для обеспечения вертикального отрыва вертолета от земли. В этом случае, ручка управления аппаратом перекоса должна быть отклонена перед отрывом от земли вправо и затем быстро переведена обратно в нейтраль, как только вертолет окажется в воздухе. Этим самым, мы обеспечим взлет модели без бокового перемещения.

Перемещения по горизонту

На рисунке 6 показан вертолет в горизонтальном полете и иллюстрирует следующие важные моменты:

• Общий вектор подъемная сила лопастей несущего винта представляет собой сумму векторов тяги передней и задней лопастей несущего винта. Это важный момент, которой ранее мы не обсуждали, т.е., вектора подъемной силы лопастей несущего винта могут изменяться в зависимости от их положения относительно продольной оси модели. Таким образом, появляется возможность управлять направлением движения модели в горизонтальной плоскости.
• Сумма векторов подъемных сил от лопастей несущего винта равна общей подъемной силе, показанной на рисунке 1.
• Поскольку подъемная сила задней части диска вращения лопастей несущего винта больше, чем подъемная сила передней части, то хвост модели поднимается, а ее нос опускается. Вертолет начинает движение вперед.
• Когда вертолет движется вперед (это показано на рисунке 7), вертикальная составляющая суммарного вектора подъемной силы должна продолжать равняться весу вертолета, чтобы удерживать модель на постоянной высоте, а его горизонтальная составляющая определяет величину тяги вертолета вперед.

Включите радиоаппаратуру и передвиньте правую руку управления аппаратом перекоса на передатчике вперед. Вы увидите, что аппарат перекоса на модели наклонится вперед. Движение ручки обратно в нейтраль выравнивает аппарат перекоса, а движение ручки к себе наклоняет аппарат перекоса назад. Эти перемещения аппарата перекоса управляют углом наклона продольной оси модели или тангажем. (Движение ручки вперед опускает нос, а движение ручки в обратную сторону поднимает нос.) Для того, чтобы лучше понять, как это происходит, передвиньте ручку управления вперед, наклоняя аппарат перекоса. Пока аппарат перекоса наклонен полностью вперед, выключите приемник и передатчик. Аппарат перекоса останется в наклоненном положение. Теперь мы можем проанализировать, как лопасти основного ротора вызывают наклон и горизонтальное перемещение вертолета.

Медленно вращая рукой лопасти ротора, понаблюдайте за изменением их шага по азимуту (углу поворота лопастей вокруг вала). В этом случае, их шаг не будет постоянным, а будет изменяться циклически. Поэтому, закон изменения шага при вращении лопастей несущего винта вокруг вала называют "циклическим шагом". Изменение шага лопасти по азимуту приводит к изменению их подъемной силы в зависимости от наклона аппарата перекоса. По мере возрастания шага возрастает и подъемная сила. По этой причине одна часть диска ротора имеет большую подъемную силу, чем другая. Вращая лопасти по часовой стрелке рукой вы можете ожидать, что для опускания носа модели максимальный циклический шаг лопасть должна принимать над хвостовой балкой вертолета. Но, если вы посмотрите внимательно на изменение шага по азимуту, то заметите, что лопасти будут достигать максимального шага на 90 градусов раньше ожидаемого положения. Такое опережающее изменение шага лопастей необходимо из-за эффекта гироскопической прецессии.

Гироскопическая прецессия

Вращающейся ротор вертолета ведет себя подобно гироскопу, у которого гироскопическая прецессия вызывает расхождение вектора его перемещения от вектора силы, воздействующей на гироскоп. Это расхождение составляет примерно 90 градусов в направлении вращения от точки приложения силы (Рисунок 8).

Это означает, что из-за гироскопической прецессии, лопасть с возросшим шагом и лопасть с уменьшенным шагом достигнут своего максимально и минимально отклонения от горизонтальной плоскости (взмаха), повернувшись на 90 градусов. Поэтому, для наклона вертолета вперед, максимальный угол шага лопасти устанавливается, когда лопасть перпендикулярна продольной оси вертолета, так как максимальный ее взмах и тяга возникнет, из-за гироскопической прецессии, когда лопасть будет проходить над хвостовой балкой вертолета.

Крен или боковое перемещение

Аналогичным способом, изменяя подъемную силу разных сторон диска основного ротора, можно накренить вертолет вправо или влево, как показано на рисунке 9. Снова включите вашу радиоаппаратуру и перемещая правую ручку управления на передатчике вправо и влево, проследите за перемещением аппарата перекоса. Перемещение ручки вправо наклоняет аппарат перекоса направо и заставит вертолет переместить в это направление. Перемещение ручки влево вызовет противоположную реакцию вертолета.

Эффект земли

Когда вертолет висит на высоте приблизительно меньше диаметра диска основного ротора, мы встречаемся с "эффектом земли". В этом случае скорость воздушного потока, созданная лопастями ротора не может достичь большого значения из-за близости земли и вертолет располагается на "пузыре" воздуха высокого давления. При этом возрастает тяга несущего винта. Для более подробного анализа этого эффекта необходимо знать, что такое индуктивная скорость подсасывания диска и его индуктивное сопротивление. Если это вас сильно заинтересовало, то можете самостоятельно познакомиться с особенностями этого эффекта в специальной литературе. На полноразмерных машинах, при возникновении эффекта земли, вертолет ведет себя подобно человеку на большом шаре. Иными словами, становиться очень неустойчивым и это не преувеличение. Некоторые моделисты говорят, что этот эффект возникает и на их вертолетах. Тем не менее, нет однозначного мнения, что на всех моделях возникает этот эффект земли. Возможно некоторые модели вертолетов более подвержены этому эффекту. Степень воздействие эффекта земли зависит от ветра. Эффект максимален в тихие дни и ослабевает при увеличении скорости ветра, поскольку ветер выдувает воздух высокого давления из-под вертолета.

Подъемная сила при косом обтекании

В горизонтальном полете вертолета подъемная сила несущего винта возрастает из-за повышения скорости воздушного потока и увеличения количества воздуха, проходящего через ротор, за единицу времени. Дополнительная подъемная сила при косом обтекании возникает при любом горизонтальном перемещение и прямо пропорциональна горизонтальной скорости вертолета. Дополнительная подъемная сила легко распознается в полете улучшением летных качеств вертолета.

Поскольку подъемная сила от перемещения пропорциональна скорости воздушного потока, то она возникает не только при горизонтальном перемещении вертолета, но и при висении, когда дует ветер. Дополнительная подъемная сила, возникающая при ветре, может и помогать и мешать. Положительным является возможность уменьшить мощность двигателя при висении или горизонтальном полете. Но, если ветер порывистый, полет будет трудно управляемым, поскольку подъемная сила увеличивается при возрастании скорости ветра и уменьшается, как только ветер стихает. По этой причине необходимо выполнять висение только при устойчивом ветре со скоростью не более 3- 5 метров в секунду.

Авторотация

Этот термин характеризует безмоторный полет вертолета, то есть, когда двигатель остановлен, а основной ротор вращается по инерции и из-за действия потока воздуха на лопасти при снижении. Когда двигатель вращает основной ротор в нормальном полете, поток воздуха является нисходящим через диск ротора. Когда же двигатель останавливается в полете и вертолет входит в снижение с авторотацией, поток воздуха становится восходящим через диск ротора. Этот восходящий поток воздуха и перевод лопастей на отрицательный шаг заставляют ротор продолжать вращаться и сохраняют управляемость вертолетом при снижении и посадки.

Вертолет со способностью к авторотации имеет обгонную муфту в системе ротора, которая позволяет лопастям основного ротора продолжать свободно вращаться, даже если двигатель остановился. Совершенно не обязательно для модели вертолета иметь возможность авторотации, но если этого нет, то основной ротор довольно быстро остановиться, если двигатель заглохнет в полете и авария с большим ущербом фактически неизбежна.

Рысканья вертолета

Одна из причин, по которой мы покупаем радиоаппаратуру для вертолета (вместо радиоаппаратуры для самолета), заключается в необходимости дополнительных функций управления моделью вертолета, что значительно облегчает пилотирование. Это не говорит о том, что вы не можете использовать радиоаппаратуру от моделей самолетов для пилотирования вертолетом (по крайней мере на начальном этапе), просто с радиоаппаратурой для вертолета легче обучаться пилотированию.

Для того, чтобы лучше понять функцию компенсации рысканья хвостовой балки, посмотрите на рисунок 3, на котором вертолет показан сверху. Обратите внимание, что лопасти ротора вращаются двигателем по часовой стрелке и, поскольку, для каждого действия есть равное противодействие, нос вертолета будет поворачиваться влево (против часовой стрелки). И по этой причине вертолету нужен ротор хвоста для компенсации реактивного момента от вращения лопастей.

Теперь представим себе вертолет в позиции висении (когда все силы сбалансированы) и мы хотим подняться. Для этого увеличивают коллективный шаг лопастей ротора, чтобы увеличить подъемную силу винта. Следовательно увеличивается вращающий и реактивный моменты, а нос вертолета будет поворачиваться влево. Для того, чтобы удержать нос прямо, просто добавьте немного тягу хвостового ротора, чтобы скомпенсировать это увеличение реактивного момента.

И мы должны делать это вручную, каждый раз, при изменении вращающего момента (при подъеме или снижении вертолета) и тратить много времени и усилий для управления хвостовым ротором, чтобы удерживать нос модели прямо. По этой причине функция компенсации рысканья хвостового ротора сделает наш полет легче.

В большинстве радиоаппаратуры (по крайней мере, недорогой) предполагается, что вертолет находится в висении, когда ручка управления дросселем и коллективным шагом находиться в среднем положении, а снижение и подъем происходит, если ручка перемещается из этой точки. Две кнопки (программа для компьютерной радиоаппаратуры), одна для подъема, а другая для снижения, используются, чтобы отрегулировать величину компенсации рысканья хвостового ротора при отклонении ручки управления от средней позиции при висении. По мере того, как ручка перемещается для подъема вертолета вперед, автоматически добавляется величина шага хвостового ротора (и, аналогичным способом, шаг хвостового винта уменьшается, когда для снижения вертолета, ручка управления переводится в позицию ниже средней). Это автоматическое воздействие на шаг хвостового рота в течение подъема и снижения помогает удерживать нос вертолета прямо и существенно уменьшает нашу нагрузку при пилотировании модели. Для регулировки компенсации "вверх", поднимайте вертолет из висения и смотрите направление перемещения носа. Если нос перемещается влево в течение подъема, компенсация хвостового ротора недостаточная, поэтому увеличьте немного величину компенсации "вверх" и повторите попытку, делайте небольшие изменения, до тех пор, пока нос станет удерживаться прямо в течение подъема. Аналогичным способом, имеется в виду перемещение нос в течение снижения, регулируется компенсации "вниз".

Горизонтальные развороты

Рассмотрим явления, происходящие с вертолетом при выполнении разворотов в горизонтальном полете. При выполнении разворота вертолет накреняют.

На рисунке 10 показан вид вертолета, выполняющий горизонтальный полет с правым креном. Обратите внимание, что вектор подъемной силы несущего винта по прежнему перпендикулярен диску вращения. Вектор силы веса остается перпендикулярен поверхности земли. Поскольку вектор подъемной силы наклонен право на определенный угол, его вертикальная составляющая противодействует силе веса модели, а горизонтальная ее составляющая толкает вертолет вправо и заставляет вертолет выполнять правый разворот.

Это хорошо видно на рисунке 11. Обратите внимание, что при наклоне вертолета вправо, никаких изменений в величине подъемной силе несущего винта не произошли. Т.е., длина вектора подъемной силы остается постоянной. Раскладывая вектор общей подъемной силы несущего винта, мы видим, что вертикальная составляющая вектора на рисунке 11 теперь меньше веса. Если подъемная сила меньше веса, то вертолет снизится. Но, когда выполняете горизонтальный поворот, вы несомненно не хотите, чтобы вертолет каждый раз снижался. Поэтому, когда вы входите в поворот, необходимо увеличивать общий вектор подъемной силы, пока его вертикальная составляющая не сравняется с весом. Это снова уравновесит все силы (по крайней мере в вертикальном плане). Но как и насколько увеличить общую подъемную силу? Вводя вертолет в горизонтальный поворот, полная подъемная сила повышается поднятием носа вертолета для увеличения угла атаки диска несущего винта.

Степень увеличения подъемной силы или перемещения ручки управления тангажем зависят от характеристик вертолета и от угла крена. Если вы сильно задерем нос вертолета, то он будет подниматься и, очевидно, что недостаточный подъем носа должен вызывать снижение модели. Кроме того необходимо учитывать другой важный момент. Угол отклонения руля управления тангажем для поддержания горизонтального полета в согласованном повороте зависит от угла крена вертолета. При больших углах крена (более 60 градусов) вертикальная составляющая подъемной силы, противодействующая силе веса вертолета будет еще меньше. При крене в 90 вообще нет вертикальной составляющей и независимо от того, как не задирали нос вертолета, компенсации веса нет и вертолет, следовательно, будет терять высоту. Рисунок 12 показывает вертолет с углом крена больше 90 градусов.

В этом случае, любой угол отклонения ручки управления тангажем "на себя" будет добавлять подъемную силу к весу модели. Тем не менее, есть случаи, когда это очень необходимо, например, в момент выполнения второй половины петли или любого другого нисходящего вертикального маневра. Из этого простого объяснения, я думаю вы поймете, что крен очень важен на выполнения горизонтальных разворотов. При большом крене требуется большего отклонения ручки управления тангажем модели для поддержания горизонтального полета без потери высоты.

В заключение, при выполнении горизонтальных разворотов, необходимо учитывать направлением вращения основного ротора. Не останавливаясь на причинах, скажу, что вертолет с вращением ротора по часовой стрелке очень легко разворачивается вправо, а с винтом, вращающимся против часовой стрелки, влево, практически без вмешательства управления хвостовым винтом.

Источник: Николай Бездетнов, Герой Советского Союза, Заслуженный лётчик-испытатель СССР // АвиаПорт.Ru
Опубликовано: 28.11.2008 , 11:44

Вихревое кольцо и левое самопроизвольное вращение вертолёта

Статья Семенович А.Н. в журнале "Вертолётная индустрия" за апрель 2008 года "Попасть на вращение" удивила и ввергла в уныние. Впервые обнародованные увеличивающиеся потери одновинтовой вертолётной техники из-за случаев "непроизвольных, неуправляемых" левых вращений на режимах близких к висениям и откровенного непонимания лётчиками физики этого явления очевидны. Именно это непонимание делает пилотов беспомощными и при попадании их во вращение, и при выходе из него. Разумеется, этот вид лётной неграмотности проистекает из неграмотности их научных и других руководителей или неумения ими правильно использовать свои знания.

На самом деле эта проблема не стоит и выеденного яйца. Собственно никакой проблемы и нет. Есть только сплошная прикладная физика почему-то многими прикладными специалистами ещё не освоенная.

Одновинтовой вертолёт начинает неуправляемо вращаться влево только тогда, когда полная правая педаль не может остановить (парировать) это движение. В большинстве случаев это происходит из-за образования на хвостовом винте вихревого кольца по своей физике точно подобного вихревому кольцу (т.е. воздушному вихревому тору) на несущем винте, только в перпендикулярной по отношению к несущему винту плоскости. В этом случае, мощность, потребляемая хвостовым винтом, уходит не на создание силы и момента против вращения фюзеляжа, как реакции на прилагаемые к нему усилия двигателей, а на вращение массы воздуха в кольцевом торе и поэтому её не хватает собственно для путевого управления.

Условия для возникновения вихревого кольца на хвостовом винте и его характер, видимо серьёзно никто не изучал, но, полагаю, что они идентичны с характером и условиями возникновения его на несущем винте.

Любому лётчику, чтобы не бояться левых вращений и никогда из-за этого не ломать одновинтовые вертолёты, нужно знать вот что.

В самом начале формирования вихревого кольца на хвостовом винте внимательный лётчик замечает некоторую рассогласованность поведения курса вертолёта по отношению к своим управляющим действиям педалями. В этот момент можно ещё довольно просто исправить ситуацию незначительным движением ручки управления "от себя", т.е. увеличить "косую обдувку" хвостового винта. Но этот момент начала образования вихревого кольца и ещё слабый самопроизвольный разворот может совпасть с сиюминутным, плановым, произвольным пилотажным исполнением лётчика, и тогда начало неподчинения вертолёта может быть упущено пилотом любого высокого уровня. А секунду спустя, начнётся, по-настоящему, неуправляемое пресловутое вращение влево, и вот тогда отдача ручки управления вперёд, как это глубоко ошибочно требует инструкция, только усугубит ситуацию из-за того, что центр вращения вертолёта неизбежно переместится вперёд, увеличивая при этом радиус вращения хвостовой части фюзеляжа вместе с хвостовым винтом. А это очень сильно укрепляет позицию вихревого кольца и уже точно, таким способом благополучно выбраться из этой ситуации никакому лётчику не удастся.

Известно, что абсолютное большинство лётчиков-вертолётчиков на режиме висения чисто интуитивно разворачивают вертолёт относительно самого себя, т.е. пилотская кабина разворачивается на одном месте, а все остальные части фюзеляжа вращаются по своим, геометрическим для этого случая радиусам. К великому сожалению многие, видимо, не умеют управлять центром вращения и радиусами вращения различных частей своего вертолёта, а, между тем, это совсем не сложно, если лётчика кто-нибудь научил, или он сам, задумавшись, научился этому заблаговременно. Подобное умение вообще оказывается во многих пилотажных обстоятельствах востребованным, а для благополучного выхода из левого неуправляемого вращения вертолёта просто необходимым.

Вместо многочисленных официальных общих рекомендаций лётчикам, которые, к сожалению, в статистике изменить ничего не смогут, предлагаю конкретный, проверенный на себе и потому верный способ.

Рекомендации лётчику как действовать органами управления, чтобы лучше упасть тоже выглядят слегка странными. Дело в том, что приземление правильно вращающегося вертолёта, т.е. вращающегося относительно вала несущего винта или относительно центра базы основного шасси обязательно приведёт к опрокидыванию влево. Главный вопрос в том, что вовсе незачем немедленно приземляться при вращении, не использовав против этого органы управления правильно.

При соразмеренном взятии ручки управления на себя уменьшается радиус вращения хвостовой части фюзеляжа, создаются условия для разрушения вихревого кольца, ибо инертный вихревой тор не успеет за хвостовым винтом перестроить свою плоскость, плюс значительно уменьшится и осевой, наступающий на винт, внешний поток воздуха, как главный организатор завихрения. Всё очень просто!

Хочу сказать, что некоторые американские авиационные конструкторы, стремясь не допускать образований вихревого кольца на хвостовых винтах своих вертолётов, конструктивно заваливают плоскость их вращения вбок на весьма заметное число градусов, мирясь при этом с неизбежным возникновением перекрестных связей в системе управления, но надеясь на уменьшение числа катастроф. Интересно и то, что в своих информационных не секретных документах они пишут для наших доверчивых инженеров совсем о других причинах этой, в прошлом, большой новости.

Кстати, неуправляемо вращающийся в горизонтальной плоскости вертолёт, можно благополучно приземлить, если передние колёса его шасси при взлёте не самоориентируются вдоль продольной оси фюзеляжа, или эта фиксация достаточно легко нарушается при первом же посадочном боковом юзе, чего сейчас нет, но могло бы быть, если заказчик-эксплуатант, просчитав свои будущие, вполне возможные, потери от вынужденных приземлений с неуправляемым вращением, не обязательно левым и не обязательно из-за вихревого кольца, будет заказывать, и оплачивать именно такую конструкцию передних стоек шасси.

Лично я в своей лётной практике, такое приземление выполнил благополучно и только благодаря не самоориентирующимся передним колёсам на вертолёте Ка-15, как, впрочем, благополучно прекратил неожиданно возникшее мощное неуправляемое левое вращение вертолёта Ми-4. Последнее случилось в районе 1958 года, когда я ещё не обремененный на сей счёт никакими инструктивными рекомендациями, стараясь как-нибудь отдалить свой вращающийся вертолёт от близкой стоянки авиатехники, импульсами брал ручку "на себя", каждый раз, когда нос вертолёта был направлен на стоянку. Тогда причины возникновения вращения и его прекращения не были мной вполне осознаны. Прозрение пришло гораздо позже, когда случилась первая поломка вращающегося Ми-24 в ЛИИ. Но все мои обращения к различным специалистам по этому вопросу много лет были тщетными. Вероятно, я был бы более настойчивым, если бы знал раньше о видимо тщательно скрываемой доселе неприятной статистике этих лётных происшествий на исправных одновинтовых вертолётах.

Думаю, что серьёзность статьи Семенович А.Н. заставит моё предложение срочно проверить в целевых лётных испытаниях, тем более что преднамеренный вход в режим первой фазы образования вихревого кольца на хвостовом винте и выход из него осваивался слушателями школы лётчиков-испытателей выпуска 1961года под руководством инструктора В.В. Виницкого. Правда, тогда никто не знал, что это явление связано именно с вихревым кольцом, а преподносилось оно как аэродинамическая особенность вертолёта способная самопроизвольно "закинуть" хвост вперёд по движению. Сейчас этот приём легко можно продолжить до полного неуправляемого левого вращения любого одновинтового вертолёта, безопасный выход из которого абсолютно гарантируется предложенным мною способом.

Понимаю, что процесс официального признания моего предложения не будет быстрым, т.к. в этом и техническая политика, и амбиции различных специалистов, но немедленное доведение этой статьи до практикующих лётчиков сразу прекратило бы глупые потери, что позволило бы сколько угодно долго ждать официального дозревания.

Ясно, что предотвращать левое вращение и когда это уже случилось благополучно выходить из этой ситуации в условиях полетов на кораблях или нефтяных платформах всё равно будет весьма и весьма проблематично из-за чрезвычайно близких препятствий, и особенно при плохой погоде и ночью. Ведь неуправляемый левый разворот, хотя и не продолжительный, но всё равно будет иметь место. Так что ответственным специалистам есть над чем поломать свои головы, имея в виду, что неуправляемых любых разворотов над одиночными посадочными площадками кораблей и платформ не может быть вообще допустимо.

При этом считаю, что предложения лётчикам гарантированных мер по недопущению непроизвольных левых вращений сейчас невозможны. Здесь и отсутствие официальных достаточно точных данных об условиях образования вихревого тора, его конфигурации с учётом хвостовых конструктивных элементов, здесь и пилотажные способности каждого индивидуума, здесь и сложности учёта угла и силы относительного ветра (скорости и направления перемещения вертолёта в безориентирных условиях) и пр., и пр. Гарантированным в настоящее время может быть только безаварийное прекращение неуправляемых левых вращений в условиях отсутствия близких препятствий и этого уже очень не мало в свете статьи Семенович А.Н.

Вертолет - это винтокрылая машина, в которой подъемную силу и силу тяги создает винт. Несущий винт служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе. При вращении в горизонтальной плоскости несущий винт создает тягу(Т) направленную вверх, выполняет роль подъёмной силы(Y). Когда тяга несущего винта будет больше веса вертолета(G), вертолет без разбега оторвется от земли и начнет вертикальный набор высоты. При равенстве веса вертолета и тяги несущего винта вертолет будет неподвижно висеть в воздухе. Для вертикального снижения достаточно тягу несущего винта сделать несколько меньше веса вертолета. Поступательное движение вертолета(P) обеспечивается наклоном плоскости вращения несущего винта при помощи системы управления винтом. Наклон плоскости вращения винта вызывает соответствующий наклон полной аэродинамической силы, при этом ее вертикальная составляющая будет удерживать вертолет в воздухе, а горизонтальная — вызывать поступательное перемещение вертолета в соответствующем направлении.

Рис 1. Схема распределения сил

Конструкция вертолета

Фюзеляж является основной частью конструкции вертолета, служащей для соединения в одно целое всех его частей, а также для размещения экипажа, пассажиров, грузов, оборудования. Он имеет хвостовую и концевую балки для размещения хвостового винта вне зоны вращения несущего винта,и крыла (на некоторых вертолетах крыло устанавливается с целью увеличения максимальной скорости полета за счет частичной разгрузки несущего винта (МИ-24)).Силовая установка(двигатели) является источником механической энергии для приведения во вращение несущего и рулевого винтов. Она включает в себя двигатели и системы, обеспечивающие их работу (топливную, масляную, систему охлаждения, систему запуска двигателей и др.). Несущий винт(НВ) служит для поддержания и перемещения вертолета в воздухе, и состоит из лопастей и втулки несущего винта. Рулевой винт служит для уравновешивания реактивного момента, возникающего при вращении несущего винта, и для путевого управления вертолетом. Сила тяги рулевого винта создает момент относительно центра тяжести вертолета, уравновешивающий реактивный момент несущего винта. Для разворота вертолёта достаточно изменить величину тяги рулевого винта. Рулевой винт так же состоит из лопастей и втулки. Управление несущим винтом производится при помощи специального устройства, называемого автоматом перекоса. Управление рулевым винтом производится от педалей. Взлетно-посадочные устройства служат опорой вертолета при стоянке и обеспечивают перемещение вертолета по земле, взлет и посадку. Для смягчения толчков и ударов они снабжены амортизаторами. Взлетно-посадочные устройства могут выполняться в виде колесного шасси, поплавков и лыж

Рис.2 Основные части вертолета:

1 — фюзеляж; 2 — авиадвигатели; 3 — несущий винт (несущая система); 4 — трансмиссия; 5 — хвостовой винт; 6 — концевая балка; 7 — стабилизатор; 8 — хвостовая балка; 9 — шасси

Принцип создания подъемной силы винтом и система управления винтом

При вертикальном полете п олная аэродинамическая сила несущего винта выразится как произведение массы воздуха, протекающего через поверхность, сметаемую несущим винтом за одну секунду, на скорость уходящей струи:

где πD 2 /4 - площадь поверхности, ометаемой несущим винтом; V— скорость полета в м/сек; ρ — плотность воздуха; u — скорость уходящей струи в м/сек.

По сути сила тяги винта равна силе реакции при ускорении воздушного потока

Для того чтобы вертолет двигался поступательно, нужен перекос плоскости вращения винта, причем изменение плоскости вращения достигается не наклоном втулки несущего винта (хотя визуальный эффект может быть именно такой), а изменением положения лопасти в разных частях квандрантов описываемой окружности.

Лопасти несущего винта, описывая полный круг вокруг оси при его вращении, обтекаются встречным потоком воздуха по-разному. Полный круг - это360º . Тогда примем заднее положение лопасти за0º и далее через каждые90º полный оборот. Так вот лопасть в интервале от0º до180º - это лопастьнаступающая , а от180º до 360º -отступающая . Принцип такого названия, я думаю, понятен. Наступающая лопасть движется навстречу набегающему потоку воздуха, и суммарная скорость ее движения относительно этого потока возрастает потому что сам поток, в свою очередь, движется ей навстречу. Ведь вертолет летит вперед. Соответственно растет и подъемная сила.

Рис.3 Изменение скоростей набегающего потока при вращении винта для вертолета МИ-1 (средние скорости полета).

У отступающей лопасти картина противоположная. От скорости набегающего потока отнимается скорость, с которой эта лопасть как бы от него «убегает». В итоге имеем подъемную силу меньше. Получается серьезная разница сил на правой и левой стороне винта и отсюда явныйпереворачивающий момент . При таком положении вещей вертолет при попытке движения вперед будет иметь тенденцию к переворачиванию. Такие вещи имели место при первом опыте создания винтокрылых аппаратов.

Чтобы этого не происходило, конструктора применили одну хитрость. Дело в том, что лопасти несущего винта закреплены вовтулке (это такой массивный узел, насаженный на выходной вал), но не жестко. Они с ней соединены с помощью специальных шарниров (или устройств, им подобных). Шарниры бывают трех видов:горизонтальные, вертикальные и осевые.

Теперь посмотрим что же будет происходить с лопастью, которая подвешена к оси вращения на шарнирах. Итак, наша лопасть вращается с постоянной скоростью без каких-либо управляющих воздействий извне .

Рис. 4 Силы, действующие на лопасть, подвешенную ко втулке винта на шарнирах.

От0º до90º скорость обтекания лопасти растет, значит растет и подъемная сила. Но! Теперь лопасть подвешена на горизонтальном шарнире. В результате избыточной подъемной силы она, поворачиваясь в горизонтальном шарнире, начинает подниматься вверх (специалисты говорят «делаетвзмах »). Одновременно из-за увеличения лобового сопротивления (ведь скорость обтекания возросла) лопасть отклоняется назад, отставая от вращения оси винта. Для этого как раз и служит вертикальный шар-нир.

Однако при взмахе получается, что воздух относительно лопасти приобретает еще и некоторое движение вниз и, таким образом, угол атаки относительно набегающего потока уменьшается. То есть рост избыточной подъемной силы замедляется. На это замедление оказывает свое дополнительно влияние отсутствие управляющего воздействия. Это значит, что тяга автомата перекоса, присоединенная к лопасти, сохраняет свое положение неизменным, и лопасть, взмахивая, вынуждена поворачиваться в своем осевом шарнире, удерживаемая тягой и, тем самым, уменьшая свой установочный угол или угол атаки по отношению к набегающему потоку. (Картина происходящего на рисунке. ЗдесьУ - это подъемная сила,Х - сила сопротивления,Vy - вертикальное движение воздуха,α - угол атаки.)

Рис.5 Картина изменения скорости и угла атаки набегающего потока при вращении лопасти несущего винта.

До точки90º избыточная подъемная сила будет продолжать расти, однако из-за вышесказанного со все большим замедлением. После90º эта сила будет уменьшаться, но из-за ее присутствия лопасть будет продолжать двигаться вверх, правда все медленнее. Максимальную высоту взмаха она достигнет уже несколько перевалив за точку180º . Это происходит потому, что лопасть имеет определенный вес, и на нее действуют еще исилы инерции .

При дальнейшем вращении лопасть становится отступающей, и на нее действуют все те же процессы, но уже в обратном направлении. Величина подъемной силы падает и центробежная сила вместе с силой веса начинают опускать ее вниз. Однако при этом растут углы атаки для набегающего потока (теперь уже воздух движется вверх по отношению к лопасти), и растет установочный угол лопасти из-за неподвижности тягавтомата перекоса вертолета . Все происходящее поддерживает подъемную силу отступающей лопасти на необходимом уровне. Лопасть продолжает опускаться и минимальной высоты взмаха достигает уже где-то после точки0º , опять же из-за сил инерции.

Таким образом, лопасти вертолета при вращении несущего винта как бы «машут » или еще говорят «порхают». Однако это порхание вы, так сказать, невооруженным взглядом вряд ли заметите. Подъем лопастей вверх (как и отклонение их назад в вертикальном шарнире) очень незначительны. Дело в том, что на лопасти оказывает очень сильное стабилизирующее воздействие центробежная сила. Подъемная сила, например, больше веса лопасти в10 раз , а центробежная - в100 раз . Именно центробежная сила превращает на первый взгляд «мягкую» гнущуюся в неподвижном положении лопасть в жесткий, прочный и отлично работающий элемент несущего винта вертолета вертолета.

Однако несмотря на свою незначительность вертикальное отклонение лопастей присутствует, и несущий винт при вращении описывает конус, правда очень пологий. Основание этого конуса и естьплоскость вращения винта (см рис1.)

Для придания вертолету поступательного движения нужно эту плоскость наклонить, дабы появилась горизонтальная составляющая полной аэродинамической силы, то есть горизонтальная тяга винта. Иначе говоря, нужно наклонить весь воображаемый конус вращения винта. Если вертолету нужно двигаться вперед, значит конус должен быть наклонен вперед.

Исходя из описания движения лопасти при вращении винта, это означает, что лопасть в положении180º должна опуститься, а в положении0º (360º) должна подняться. То есть в точке180º подъемная сила должна уменьшиться, а в точке0º(360º) увеличиться. А это в свою очередь можно сделать уменьшив установочный угол лопасти в точке180º и увеличив его в точке0º (360º) . Аналогичные вещи должны происходить при движении вертолета в других направлениях. Только при этом, естественно, аналогичные изменения положения лопастей будут происходить в других угловых точках.

Понятно, что в промежуточных углах поворота винта между указанными точками установочные углы лопасти должны занимать промежуточные положения, то есть угол установки лопасти меняется при ее движении по кругу постепенно,циклично .Он так и называется циклический угол установки лопасти (циклический шаг винта ). Я выделяю это название потому, что существует еще иобщий шаг винта (общий угол установки лопастей). Он изменяется одновременно на всех лопастях на одинаковую величину. Обычно это делается для увеличения общей подъемной силы несущего винта.

Такие действия выполняетавтомат перекоса вертолета . Он изменяет угол установки лопастей несущего винта (шаг винта), вращая их в осевых шарнирах посредством присоединенных к ним тяг. Обычно всегда присутствуют два канала управления: по тангажу и по крену, а также канал изменения общего шага несущего винта.

Тангаж означает угловое положение летательного аппарата относительно его поперечной оси (нос вверх-вниз), акрен , соответственно, относительно его продольной оси (наклон влево-вправо).

Конструктивноавтомат перекоса вертолета выполнен достаточно сложно, но пояснить его устройство вполне можно на примере аналогичного узла модели вертолета. Модельный автомат, конечно, устроен попроще своего старшего собрата, но принцип абсолютно тот же.

Рис. 6 Автомат перекоса модели вертолета

Это двухлопастной вертолет. Управление угловым положением каждой лопасти осуществляется через тяги6 . Эти тяги соединены с так называемой внутренней тарелкой2 (из белого металла). Она вращается вместе с винтом и в установившемся режиме параллельна плоскости вращения винта. Но она может менять свое угловое положение (наклон), так как закреплена на оси винта через шаровую опору3 . При изменении своего наклона (углового положения) она воздействует на тяги6 , которые, в свою очередь, воздействуют на лопасти, поворачивая их в осевых шарнирах и меняя, тем самым, циклический шаг винта.

Внутренняя тарелка одновременно является внутренней обоймой подшипника, внешняя обойма которого - этовнешняя тарелка винта1 . Она не вращается, но может менять свой наклон (угловое положение) под воздействием управления по каналу тангажа4 и по каналу крена5 . Меняя свой наклон под воздействием управления внешняя тарелка меняет наклон внутренней тарелки и в итоге наклон плоскости вращения несущего винта. В итоге вертолет летит в нужном направлении.

Общий шаг винта меняется перемещением по оси винта внутренней тарелки2 при помощи механизма7 . В этом случае угол установки меняется сразу на обеих лопастях.

Для более лучшего понимания помещаю еще несколько иллюстраций втулки винта с автоматом перекоса.

Рис. 7 Втулка винта с автоматом перекоса (схема).

Рис. 8 Поворот лопасти в вертикальном шарнире втулки несущего винта.

Рис. 9 Втулка несущего винта вертолета МИ-8

Почему лопасти вертолета не крутятся? October 16th, 2014

На самом деле это оптический обман.

А вот еще более впечатляющее видео этого эффекта …

На этом ролике частота кадров съёмочного аппарата совпадает с частотой вращения лопастей вертолета. Поэтому кажется, что лопасти не вращаются. По некоторой информации это модификация российского вертолета Ми-24 «Тихий».

Стробоскопический эффект (греч. strobos кружение, вихрь + skopeo рассматривать, наблюдать) - возникновение зрительной иллюзии неподвижности или мнимого движения предмета при его прерывистом (с определенной периодичностью) визуальном наблюдении.

Таких примеров.

При освещении движущихся или вращающихся предметов пульсирующим световым потоком может появится стробоскопический эффект, связанный с искажением зрительного восприятия. Если, например, освещать таким пульсирующим световым потоком вращающееся с определённой угловой скоростью колесо, то при равенстве или кратности угловой скорости вращения колеса частоте пульсации, оно при этом освещении будет казаться неподвижным. Если угловая скорость вращения будет меньше частоты пульсации, то нам покажется, что колесо медленно вращается в обратную сторону по сравнению с действительным направлением вращения.

ВОТ ЕЩЕ любопытный ролик

Такой обман зрения опасен сточки зрения техники безопасности, так как при этом возможно получение травм. Примером может служить вал двигателя вращающегося с частотой кратной частоте освещения.У нас это 50Гц(вращение с частотой 3000об/мин).Такой вал будет казаться неподвижным и может привести к травме.Чтобы этого не произошло,такие места освещаются как минимум двумя светильниками запитанными с разных фаз трехфазной электрической цепи.

Кроме того, пульсация светового потока оказывает влияние на эффективность зрительной работы, вызывая повышенную утомлённость органа зрения. Явление стробоскопического эффекта может возникнуть не только при наличии движущихся предметов в поле зрения работающего, но и при выполнении любой работы, когда происходит относительное перемещение глаза и освещаемого предмета. В связи с этим, при устройстве люминесцентного освещения следует принимать меры к максимальному снижению пульсации светового потока.

Световой поток, излучаемый источником света, при питании его переменным током не остаётся постоянным, а меняется по величине, следуя за изменениями тока через лампу. В момент, когда ток, проходящий через лампу, имеет нулевое значение, равен нулю и создаваемый лампой световой поток. Следовательно, световой поток лампы пульсирует с двойной частотой по отношению к частоте сети.

При освещении лампами накаливания мы не замечаем пульсации светового потока из-за тепловой инерционности нити накала. Люминесцентные лампы не обладают такой инерционностью, поэтому прекращение тока в них приводит к немедленному погасанию разряда и исчезновению свечения лампы. Люминофоры обладают свойством послесвечения, т.е. в течение некоторого промежутка времени после прекращения их облучения ультрафиолетовым излучением они продолжают излучать видимый свет, что сглаживает пульсацию светового потока лампы.

Для разных типов люминофоров время и интенсивность послесвечения различные.

Интенсивность пульсации светового потока, создаваемого люминесцентными лампами, также зависит от длительности начальной и конечной пауз тока, которые в свою очередь определяются типом балласта.

При работе люминесцентной лампы и в моменты её зажигания излучаются электромагнитные колебания, лежащие в диапазоне радиочастот, которые могут создавать радиопомехи. При разработке схем включения ламп приходится принимать меры к снижению уровня радиопомех, создаваемой лампой и её пускорегулирующей аппаратурой.

Поделитесь еще эффектными примерчиками! А вот кстати, про вертолеты.. давайте вспомним еще Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -

Радиоуправляемые модели вертолетов (rc вертолеты) популярны во многих странах мира. Это направление спортивного моделизма возникло в 70-х годах и очень быстро развивается. RC-вертолетам не нужны аэродромы, их полет вызывает восхищение у публики. По своим летным возможностям модели обогнали полномасштабных «собратьев».

На современном этапе модели вертолетов создаются с использованием современных композитных материалов, последних достижений микроэлектроники и компьютерных технологий. Например, появление компьютерных тренажеров существенно помогло освоению непростого управления моделями. Подключив свой радиопередатчик к компьютеру, теперь можно без риска поломки реальной модели экспериментировать с регулировками управления, отрабатывать навыки начального или сложного пилотажа.

Предварительные замечания

Теория аэродинамики rc вертолета довольна сложна и для ее полного понимания требуется знание большого ряда физико-математических дисциплин. Но, как показывает опыт, для успешного занятия авиамоделизмом нет необходимости досконально осваивать эти науки. Начинающему моделисту достаточно просто понимать явления и процессы, происходящие во время полета модели вертолета, чтобы успешно освоить технику пилотирования. Поэтому приведенные примеры и объяснения будут носить общий характер, но они окажутся достаточными для понимания особенностей поведения rc вертолета.

При чтении этих материалов хорошо иметь рядом модель вертолета и радиоаппаратуру, чтобы познавать теорию по реакции лопастей и рычагов на действия ручек управления. Это поможет понять, что происходит с моделью вертолета в воздухе, и как это связано с действиями пилота. Вначале мы познакомимся с системой сил и моментами, действующими на вертолет, находящейся в висении, а затем рассмотрим, как эти силы изменяют положение вертолета в пространстве.

Сразу отметьте для себя, что понятие «система сил» означает совокупность всех аэродинамических сил и сил гравитации, воздействующих на вертолет и перемещающих его вниз, вверх и в стороны. Так, например, если вертолет находится в висении, все силы должны компенсировать друг друга, чтобы модель оставалась неподвижной. Если же система сил окажется не уравновешена, то результирующее усилие переместит вертолет (что дает нам возможность управлять моделью).

Режим висения

Стрелка, направленная на рисунке прямо вниз, показывает силу веса вертолета. Ей противодействует подъемная сила несущего винта. В устойчивом висении подъемная сила равна силе веса и вертолет не поднимается и не снижается. В полете мы не в состоянии изменять вес вертолета. Мы можем, управляем подъемной силой (силой тяги) несущего винта за счет изменения угла установки лопастей (общего шага) или числа его оборотов. Поэтому существуют две различные системы управления.

Первая - с общим (или коллективным) шагом несущего винта. При этой системе управление тягой осуществляется изменением угла установки лопастей. Вторая система - с фиксированным шагом, в которой управление тягой винта осуществляется только изменением числа оборотов несущего винта при постоянном значении установочного угла. Каждая система имеет свои достоинства и недостатки. Применение системы с фиксированным шагом снижает сложность конструкции головки несущего ротора, упрощает эксплуатации и наладку.

Кроме того, она не требует очень дорогой аппаратура управления. Основной недостаток этой системы заключается в большой инерционности и нелинейности вертикального управления вертолетом. Изменять число оборотов модельных двигателей достаточно быстро невозможно. Кроме того, тяга винта пропорциональна квадрату числа оборотов двигателя. В этой ситуации очень сложно удерживать вертолет в неподвижном висении. Летать такой вертолет, конечно, будет, но его освоение потребует дополнительного времени.

Система с коллективным шагом обеспечивает лучшее управление вертолетом, поскольку тяга лопастей почти пропорциональна шагу, который может изменяться почти мгновенно. Однако такая система требует согласованного управления шагом и мощностью двигателя. Это приводит к тому, что для управления таким вертолетом требуется более сложная аппаратура, в которой одной ручкой передатчика можно одновременно изменять шаг лопастей несущего ротора и мощность двигателя.

Необходимость такого согласование вызвано тем, что момент сопротивления, следовательно и мощность, требуемая для вращения лопастей, пропорциональна шагу лопастей. Иначе, при увеличении шага могут упасть как обороты, так и тяга винта. Обратите внимание на два важных момента, показанных на рисунке. Первый, - суммарная подъемная сила показывается «выходящей» прямо из вала несущего винта.

Конечно, в действительности вал не создает подъемную силу. Она возникает от вращения лопастей, но результирующая сила действует от них так, как если бы она была направлена из центрального вала ротора, как показано на рисунке 2. Второй момент -подъемная сила, произведенная лопастями ротора всегда перпендикулярна диску несущего винта (плоскости вращения лопастей).

Этот рисунок показывает вертолет в том же режиме висения, но сверху. Отметьте для себя, что и здесь все силы, действующие на вертолет в этом ракурсе, должны быть скомпенсированы, чтобы вертолет оставался неподвижен. Показан вертолет с правым направлением вращения несущего винта (по часовой стрелке). Если лопасти вашей модели вращаются в другую сторону, то рисунок необходимо зеркально перевернуть. Согласно третьего закона механики, при вращении винта по часовой стрелке, фюзеляж вертолета должен вращаться против нее. Стремление фюзеляжа к вращению вызывается реактивным вращающим моментом.

Причем любое изменение мощности двигателя и коллективного шага приводит к соответствующему изменению этого момента. Задача хвостового винта - скомпенсировать реактивный вращающий момент. Когда тяга хвостового винта создает момент, равный реактивному моменту от несущего винта, модель неподвижна. Если же тяга хвостового ротора возрастает, вертолет поворачивается вокруг вертикальной оси (вала несущего винта), заставляя нос идти вправо. Аналогично, уменьшение тяги хвостового винта, заставит реактивный вращающий момент повернуть хвост вправо, а нос влево. Обороты хвостового винта зависят от оборотов двигателя, которые должны быть постоянными при висении. Тяга хвостового винта изменяется увеличением или уменьшением угла атаки лопастей хвостового ротора.

Управление эти параметром осуществляется, как правило, левой ручкой передатчика. Посмотрите на хвостовой винт модели с левой стороны вертолета, - при этом вид он обычно вращается вправо (по часовой стрелке). Теперь переместите левую ручку передатчика вправо. Вы заметите, как угол атаки лопастей увеличивается. В полете это заставит лопасти захватывать больше воздуха и хвост повернется влево (по направлению к вам).

По мере же перемещения ручки влево угол атаки уменьшится, и реактивный момент переместит хвост вправо (от вас). Необходимо подчеркнуть другой важный момент. Левая ручка передатчика изменяет угол атаки лопастей хвостового ротора и перемещает хвост вправо или влево. Но направление перемещения хвоста противоположно перемещениям ручки. Причина этого в том, что мы пилотируем модель не «по хвосту». Мы должны управлять положением носа модели.

Попытки пилотировать модель вертолета по хвосту очень грубая ошибка и вы ее должны избегать!

Здесь изображен вертолет при виде сзади, с существенно увеличенным (для наглядности) наклоном вправо. Как вы уже знаете, для удержания вертолета в устойчивом висении все силы должны быть скомпенсированы. Но теперь обратите внимание на то, что ротор немного наклонен вправо. При этом подъемная сила винта по-прежнему будет перпендикулярна диску ротора и также наклонена вправо. Подъемная сила может быть разложена на две составляющие - вертикальную и горизонтальную. Чтобы удержать вертолет на постоянной высоте, вертикальная компонента подъемной силы должна равняться весу модели.

А для чего наклон? На рисунке, кроме подъемной силы, изображен вектор тяги хвостового ротора, который заставил бы вертолет двигаться влево, если не был бы скомпенсирован другой силой. Именно для этого диск несущего винта слегка наклоняют вправо. Появившаяся горизонтальная составляющая подъемной силы будет компенсировать тягу хвостового винта и удержит вертолет от «дрейфа» влево. Таким образом, при наклоне вертолета вертикальная компонента подъемной силы компенсирует силу веса, а горизонтальная - тягу хвостового винта. Если все силы уравновешены, вертолет останется в неподвижном висении.

Подъем и снижение rc вертолета

Обратимся снова к рисунку 1, где подъемная сила лопастей ротора равна весу вертолета (следовательно вертолет поддерживает постоянную высоту висения). Для подъема вертолета увеличивают подъемную силу так, что она стала больше, чем вес. Скорость подъема модели зависит от величины разности между силой тяжести и подъемной силой несущего винта, развиваемого им на максимальной мощности двигателя в первый момент времени. Если сказать более точно, то скороподъемность вертолета пропорционально отношению разности между максимальной мощностью двигателя и мощностью, необходимой для висения модели, к весу модели.

Очень важный момент, который необходимо учитывать при выполнении отрыве от земли, поясняет рисунок 5. Там изображена модель, которая взлетает с наклонной поверхности земли (для наглядности угол наклона преувеличен). Раньше подчеркивалось, что подъемная сила несущего винта ротора всегда перпендикулярна диску вращения лопастей. Поскольку в этой ситуации диск вращения наклонен вместе с вертолетом, то вектор подъемной силы из-за наклона раскладывается на вертикальную и горизонтальную составляющие.

Горизонтальная составляющая заставит вертолет переместиться влево, как только он оторвется от земли. Поэтому, если вы попытаетесь взлететь с неровной поверхности, то вертолет всегда будет дрейфовать в направление наклона поверхности земли. Поэтому лучше взлетать с горизонтальной поверхности.

Если же вы вынуждены запускать вертолет с неровной поверхности, диск ротора необходимо наклонить в противоположную сторону для обеспечения вертикального отрыва вертолета от земли. То есть ручка управления автоматом перекоса должна быть отклонена перед отрывом от земли вправо, и затем, как только вертолет окажется в воздухе, быстро переведена обратно в нейтраль. Так удастся обеспечить взлет без бокового перемещения.

Перемещения по горизонту

Здесь на рисунке показан вертолет в горизонтальном полете. Общий вектор подъемной силы лопастей несущего винта представляет собой сумму векторов тяги передней и задней лопастей несущего винта. Вектора подъемной силы лопастей несущего винта могут изменяться в зависимости от их положения относительно продольной оси модели.

Таким образом, появляется возможность управлять направлением движения модели в горизонтальной плоскости. Поскольку подъемная сила задней части диска вращения лопастей несущего винта больше, чем подъемная сила передней, то хвост модели поднимается, а ее нос опускается. Вертолет начинает движение вперед.

Когда вертолет движется вперед (рисунок 7), вертикальная составляющая суммарного вектора подъемной силы должна продолжать равняться весу вертолета, чтобы удерживать модель на постоянной высоте, а горизонтальная составляющая определяет величину тяги вертолета вперед. Включите радиоаппаратуру и передвиньте правую руку управления автоматом перекоса на передатчике вперед. Вы увидите, что автомат перекоса на модели наклонится вперед. Движение ручки обратно в нейтраль выравнивает автомат перекоса, а движение ручки к себе наклоняет его назад. Эти перемещения автомата перекоса управляют углом наклона продольной оси модели или тангажем. (Движение ручки вперед опускает нос, а движение ручки в обратную сторону поднимает нос.)

Для того, чтобы лучше понять, как это происходит, вновь передвиньте ручку управления вперед, наклоняя автомата перекоса. Пока аппарат перекоса наклонен полностью вперед, выключите приемник и передатчик. Автомат перекоса останется в наклоненном положении. Теперь мы можем проанализировать, как лопасти основного ротора вызывают наклон и горизонтальное перемещение вертолета. Медленно вращая рукой лопасти ротора, понаблюдайте за изменением их шага по азимуту (углу поворота лопастей вокруг вала).

Заметьте, что их шаг не постоянен, а циклически изменяется (поэтому закон изменения шага при вращении лопастей несущего винта вокруг вала называют «циклическим шагом»). Изменение шага лопасти по азимуту приводит к изменению их подъемной силы в зависимости от наклона автомата перекоса. Одна часть диска ротора имеет большую подъемную силу, чем другая. Вращая лопасти по часовой стрелке рукой вы можете ожидать, что для опускания носа модели максимальный циклический шаг лопасть должна принимать над хвостовой балкой вертолета. Но на деле лопасти будут достигать максимального шага на 90° раньше ожидаемого положения. Такое опережающее изменение шага лопастей необходимо из-за эффекта гироскопической прецессии.

Гироскопическая прецессия

Вращающейся ротор вертолета ведет себя подобно гироскопу. Гироскопическая прецессия вызывает несовпадение вектора его перемещения с вектором силы, воздействующей на ротор-гироскоп. Это расхождение составляет примерно 90 градусов в направлении вращения от точки приложения силы (рисунок 8). Из-за гироскопической прецессии лопасть с возросшим шагом и лопасть с уменьшенным шагом достигнут своего максимального и минимального отклонения от горизонтальной плоскости (взмаха), повернувшись на 90 градусов.

Поэтому, например, для наклона вертолета вперед максимальный угол шага лопасти устанавливается, когда лопасть проходит положение перпендикулярное продольной оси вертолета. Соответственно максимальный ее взмах и тяга возникнет (из-за гироскопической прецессии), когда лопасть будет проходить над хвостовой балкой вертолета.