Винтокрылые летательные аппараты (летательные аппараты с несущим винтом)

Это тоже летательные аппараты тяжелее воздуха, только вдобавок они оснащены роторами (несущими винтами). В отличие от самолетов (с неподвижными крыльями) им не нужна большая площадь для взлета и посадки. Роторы (поворотные крылья) оборачиваются в отличие от воздушных винтов в горизонтальном положении и создают одновременно подъемную и движущую силу, полностью или частично, в зависимости от конструкции.

flapping - Винтокрылые летательные аппараты (летательные аппараты с несущим винтом)

Схема вертолета

При возможном выходе из строя двигателя, винтокрылые летательные аппараты способны и дальше находиться в полете до полной посадки. Для этого ротор отсоединен от двигателя с помощью переключающего устройства и продолжает вращаться самостоятельно, благодаря набегающему потоку воздуха (авторотация).

К недостаткам винтокрылых летательных аппаратов относятся их сравнительно низкая скорость и из-за их технической сложности, высокие затраты на производство и эксплуатацию.

Запуск ротора происходит или механически через вал, с помощью одного или нескольких поршневых или газотурбинных двигателей, размещенных на фюзеляже или в нем, или по принципу реактивного действия, при котором создается воздушный и газовый поток, который направляется к концам лопасти, где он выходит или напрямую или после повторного нагревания, в маленькой камере сгорания (Реактивный двигатель на конце лопасти).

Развитие винтокрылых летательных аппаратов идет полным ходом. Поэтому их классификация постоянно изменяется. Винтокрылые летательные аппараты, которые еще несколько лет назад считались тяжелым классом, на сегодняшний день считаются уже легкими конструкциями. В настоящее время можно применить следующую классификацию в зависимости от их массы: легкие винтокрылые летательные аппараты до 2000 кг взлетной массы, средние винтокрылые летательные аппараты до 5000 кг взлетной массы, тяжелые винтокрылые летательные аппараты с взлетной массой – свыше 5000 кг.

1) Вертолеты – это важнейшие, хорошо зарекомендовавшие себя и самые распространенные винтокрылые летательные аппараты. Они способны совершать взлет и посадку в горизонтальном положении, останавливаться в полете (парящий полет) и осуществлять движения назад и в сторону. Самая частая конструкция – это вертолет с центральным несущим винтом. В том случае, если привод механический, то возникает крутящий момент, противоположный направлению вращения ротора. Предотвращение возникновения вращения летательного аппарата, осуществляется благодаря маленькому, вращающемуся вокруг горизонтальной оси воздушному винту (рулевой винт) на хвостовой части фюзеляжа. Конструкция с одним ротором – дешевле в изготовлении и эксплуатации, так как имеется лишь одна головка несущего винта с принадлежащими ей силовыми передаточными и управляющими элементами. К тому же вал синхронизации вращения становится при этом ненужным, который необходим при наличии нескольких роторов. Центральный ротор может быть любого размера, поэтому при изготовлении тяжелых вертолетов не возникает трудностей.

Также существуют вертолеты с двумя роторами, расположенными в тандеме друг за другом. Этот тип конструкции применяется только у тяжелых вертолетов и обладает тем преимуществом, что при загрузке может достаточно свободно перемещаться, так как имеет незначительную чувствительность к перемещениям центра тяжести. Благодаря движущимся в противоположном направлении роторам, рулевой винт не требуется. Вертолет продольной схемы в воздухе ведет себя устойчивей и поэтому легче в управлении. Также благодаря этому, он без больших сложностей совершает вылеты при плохих метеорологических условиях. С двумя соосными, расположенными друг над другом или друг в друге роторами оснащаются только легкие вертолеты. При расположении на одной оси друг над другом – оба ротора реверсивные, поэтому здесь также не требуется рулевой винт.

У вертолетов с несущей поверхностью (винтокрылов) – дополнительно установлено вспомогательное крыло, которое при горизонтальном полете создает часть подъемной силы и благодаря этому разгружает ротор, который в свою очередь создает большую движущую силу. Вспомогательное крыло может использоваться во всех конструктивных компоновках вертолетов. Преимущество состоит в более высокой скорости и предельной высоте, недостаток – в небольшой мощности висения, так как крыло наталкивается на поток несущего винта. От вспомогательного крыла отказываются в тех случаях, когда от него зависит мощность висения, как при „летающем кране“. Внимание уделяется более высокой скорости и в связи с этим более высокой дальности полета, как у пассажирских вертолетов при авиационных перевозках, тогда вспомогательное крыло может быть полезным.

2) Летательные аппараты с тянущим и несущим винтами (автожир) кроме ротора имеют также воздушный винт для создания движущей силы. Ротор приводится в движение не благодаря двигателю, а начинает оборачиваться при движении вперед, от набегающего воздушного потока. Для вертикального взлета, двигатель перед стартом можно переключить на ротор, при этом включается торможение шасси и несущие винты оборачиваются на угол установки 0º. При точной установке несущих винтов автожир совершает вертикальный прыжок в высоту на несколько метров (вертикальный взлет). При этом двигатель переключается на тянущий винт, и вслед за этим и дальше увеличивается вертикальный угол несущего винта. Автожир может стартовать и без совершения вертикального взлета, а как и обычный самолет благодаря разгону. Парить в воздухе автожир не может, но в сравнении с мощными вертолетами им достигается большая максимальная скорость.

3) Вертолет с тянущим винтом. Обозначение „Вертолет с тянущим винтом“ характеризует тип летательных аппаратов как комбинацию вертолета и самолета. В действительности вертолет с тянущим винтом объединяет в себе не только конструктивные характеристики этих обоих типов, а также их преимущества: возможность вертикального взлета и посадки и вертикальную скороподъёмность вертолета, хорошие характеристики горизонтального полета, а также лучшую управляемость и стабильность самолета. Определенные недостатки одного типа могут компенсироваться преимуществами другого: как правило, вертолеты могут перевозить только полезные грузы, чей вес несоизмерим с мощностью установленных двигателей, так как для создания подъемной силы в роторе необходимы мощные двигатели. Из-за небольшого коэффициента полезного действия ротора в горизонтальном полете, возможно достижение относительно небольшой скорости – как правило, в районе 150-250 км/ч. Самолет, по причине своей конструкции, не имеет таких недостатков. Зато он не может совершать вертикальный взлет и посадку. В этом отношении вертолет с тянущим винтом представляется отличным компромиссом: относительно высокая скорость горизонтального полета и большая полезная грузоподъемность при возможности вертикального взлета и посадки. Этим объясняется особая конструкция фюзеляжа с несущей поверхностью и управляющим устройством, а также воздушными винтами для совершения горизонтального полета и роторами для вертикального взлета и посадки.

В последнее время разработкой самолет-вертолетов занимаются многие страны, например в СССР Н.И. Камовым сконструирован „Винтокрыл“.

4) Самолеты с поворотным несущим крылом (самолеты с поворотным крылом) – это винтокрылые летательные аппараты с неподвижным крылом и поворачивающимися на 90º роторами. Вертикальный взлет и посадка происходят также как и у вертолета. Для совершения горизонтального полета роторы поворачиваются на 90º и создают как воздушные винты движущуюся силу, крылья – подъемную силу. Для осуществления посадки вновь происходит поворот на 90º; воздушные винты снова выполняют функции роторов (эти аппараты называют также конвертопланами). Самолеты с поворотным несущим крылом других конструкций могут выключать и убирать роторы сразу после взлета. Движущаяся сила тогда создается благодаря особым воздушным винтам.

Возможность применения винтокрылых летательных аппаратов, благодаря их летным характеристикам, разнообразнее, чем у других летательных аппаратов. Они хорошо зарекомендовали себя, прежде всего как гражданские самолеты спецприменения, т.е. летательные аппараты и летающий кран, которые обслуживают отрасли народного хозяйства. В авиационных перевозках они до сих пор применяются только на ультракоротких расстояниях, а также в качестве „воздушного такси“ между местностями, где не может быть построен аэродром или соответственно, где это не выгодно. Кроме того, они используются как самолеты, обслуживающие местные авиалинии для перевозки пассажиров и почты между центром города и аэропортом, а также между аэропортами крупных городов. В качестве военных самолетов винтокрылые летательные аппараты находят свое применение в воздушной разведке, для переброски воздушного десанта, перевозки транспортных средств, ракет и предметов снабжения, а также для прокладки телефонных кабелей, артиллерийского наблюдения, борьбы с танками, для поддержки наземных войск, для разведки и истребления подводных лодок и поиска мин. Герметизированный фюзеляж современных винтокрылых летательных аппаратов позволяет использовать их в качестве летательных аппаратов-амфибий и соответственно совершать полеты, как с суши, так и с воды.