Летающий пропеллер

Публикации сообщества

Мастерим научную игрушку. Пропеллер на палочке

Есть такая игрушка – летающая палочка с винтом, авиамоделисты называют её вертолетом “муха”. Предлагается научно-мейкерский революционный пятиминутный способ ее изготовления, доступный детям 5+.

Интернетные самодельщики воспроизводят эту недорогую штампованную игрушку способом старых мастеров – выстругивая пропеллер из деревяшки.

Надо ли говорить, что такой ловкостью обычно не обладают ни современные дети, ни их родители, ни педагоги Мои коллеги, как показал опрос в Фейсбуке, предпочитают вырезать, склеивать, сгибать винт из пенополистирола, термопластика, бумаги. В течение 5-6 лет мы с детьми делаем пропеллер другим способом, не описанным в интернете и доступным для самых неумелых рук. Будем считать, что бог физики просто подарил нам эту мысль – смотрим ролик

Из ролика все понятно, но будем соблюдать правила.

Что нужно

  • Пластиковая бутылка (мой выбор – 1,5 л, гладкая средняя часть, пластик поплотнее)
  • Деревянная шпажка (мой выбор – длиной около 20 см)
  • Шило (для детей лучший выбор – силовая кнопка: безопаснее, аккуратнее)
  • Ножницы
  • Опционально – ватная палочка и маркеры

Вырезаем наискосок полоски из средней цилиндрической гладкой части бутылки.

Угол наклона – примерно 30 градусов к вертикали.

Направление наклона – как на фото (подробнее читайте в комментариях для педагога).

Примерные размеры полоски – 9х2 см. Из одной бутылки получится штук 10 полосок.

Шаг 2

Убеждаемся в научном чуде: на наших глазах неказистая полоска сама собой приобрела изысканную форму пропеллера! Закругляем ножницами кончики полоски. На глазок определяем центр и прокалываем его кнопкой. Отверстие должно быть маленьким – чтобы надеть пропеллер на шпажку с трудом, очень туго. На острую верхушку для безопасности можно надеть кусочек ватной палочки – дети любят такие детали. Раскрасить маркером прозрачные лопасти тоже можно, игрушку будет легче искать.

Шаг 3

Закручиваем палочку ладонями (правая рука движется “от себя”) и отпускаем ее в полет, никаких подбрасываний не требуется.

Комментарии для педагога

Перед работой вспоминаем, как нужно изогнуть плоскую бумажную полоску, чтобы она походила на винт. Думаем вслух – как бы могли сделать винт своими руками. Картон не очень прочный, плохо держит форму. Приветствуем жизнеспособные версии: собрать винт из двух половинок, скрепив их под углом; нагреть и изогнуть пластиковую полоску. Вертим в руках бутылку и пытаемся натолкнуть детей на нужное решение – редко, но бывает, что восьмилетние дети догадываются. Наконец, обращаем особое внимание на красоту решения: мы смогли раскрыть научную тайну, которая лежала на поверхности, а все-таки была спрятана! Взрослые дома ни за что не догадаются! Эх, хорошо бы нам еще что-нибудь открыть!

Иногда пропеллеры летают до потолка, иногда кувыркаются. Нужно убедиться, что дети умеют запускать фабричный вертолетик. Терпеливо объясняем, в каком направлении закручивать палочку – чтобы воздух отбрасывался к земле, “ветер дул на руки”. А затем можно сделать из работы проектик-исследование: установить наилучшее соотношение величины винта и палочки, выбрать оптимальный “сорт” бутылки, угол наклона – то есть, степень изогнутости однолопастного пропеллера, направление наклона и т.п. Что будет, если перевернуть пропеллер? если закрутить его в другую сторону? если утяжелить палочку? А если я левша – как лучше сделать?

Техника безопасности: объясняем, что пропеллер может задеть глаза – нельзя его запускать в толкучке и тесноте! А главное – “правильный” пропеллер сам рвется из рук в высоту, он не крутится на уровне лица, если его правильно сделать и правильно запустить.

Комментарии для STEM-педагога, то есть приверженца науки и любителя дойти до самой сути 🙂

Полоска расположена между гелисами – цилиндрическими винтовыми линиями, причем винтовые линии – правые. Так мы получаем винт, чуть более удобный для человека-правши: в момент запуска правая ладонь движется “от себя”, закручивая пропеллер по часовой стрелке (если смотреть на него со стороны палочки).

Тема левого и правого вращения – неиссякаемая для обсуждения ее с точки зрения математики в целом и начертательной геометрии в частности, а также физики, химии, биологии и даже философии (симметрия вращения, зеркальная симметрия, стереоизомеры, поляризация света, спираль Архимеда, спираль ДНК и спиралевидные галактики, право- и леворукость, вихри, водовороты, циклоны, торнадо etc.).

От физики – к технике: правило буравчика, правая и левая резьба, винты и гайки, турбины, крыльчатки и мельницы, винтовые компрессоры и мотор-вентиляторы, правые и левые гребные и воздушные винты.

С маленькими детьми самое время поговорить об устройстве вентилятора и пылесоса, о том, как пользоваться отверткой, как откручивать крышечки бутылок и флаконов, как вкручивать лампочку, что такое сверло, саморез и м.б. даже штопор. Можно показать, как подключение электромоторчика к разным полюсам батарейки меняет направление вращения насаженного на ось пропеллера, от которого зависит – взлетит ли он. Можно покрутить винты радиоуправляемого вертолета и квадрокоптера 🙂

Винт самолета. Лопасти самолета. Пропеллер.

Лопастной винт самолета, он же пропеллер или лопаточная машина, которая приводится во вращение с помощью работы двигателя. С помощью винта происходит преобразование крутящего момента от двигателя в тягу.

Воздушный винт выступает движителем в таких летательных аппаратах, как самолеты, цикложиры, автожиры, аэросани, аппараты на воздушной подушке, экранопланы, а также вертолеты с турбовинтовыми и поршневыми двигателями. Для каждой из этих машин винт может выполнять разные функции. В самолетах он используется в качестве несущего винта, который создает тягу, а в вертолетах обеспечивает подъем и руление.

Все винты летательных аппаратов делятся на два основных вида: винты с изменяемым и фиксированным шагом вращения. В зависимости от конструкции самолета винты могут обеспечивать толкающую или тянущую тягу.

При вращении лопасти винта захватывают воздух и производят его отброс в противоположном направлении полета. В передней части винта создается пониженное давление, а позади – зона с высоким давлением. Отбрасываемый воздух приобретает радиальное и окружное направление, за счет этого теряется часть энергии, которая подводится к винту. Сама закрутка воздушного потока снижает обтекаемость аппарата. Сельскохозяйственные самолеты, проводя обработку полей, имеют плохую равномерность рассеивание химикатов из-за потока от пропеллера. Подобная проблема решена в аппаратах, которые имеют соосную схему расположения винтов, в данном случае происходит компенсация с помощью работы заднего винта, который вращается в противоположную сторону. Подобные винты установлены на таких самолетах, как Ан-22, Ту-142 и Ту-95.

Технические параметры лопастных винтов

Наиболее весомые характеристики винтов, от которых зависит сила тяги и сам полет, конечно же, шаг винта и его диаметр. Шаг – это расстояние, на которое может переместиться винт за счет ввинчивания в воздух за один полный оборот. До 30-х годов прошлого века использовались винты с постоянным шагом вращения. Только в конце 1930-х годов практически все самолеты оснащались пропеллерами со сменным шагом вращения

Параметры винтов:

Диаметр окружности винта – это размер, который описывают законцовки лопастей при вращении.

Поступь винта – реальное расстояние, проходящее винтом за один оборот. Данная характеристика зависит от скорости движения и оборотов.

Геометрический шаг пропеллера – это расстояние, которое мог бы пройти винт в твердой среде за один оборот. От поступи винта в воздухе отличается скольжением лопастей в воздухе.

Угол расположения и установки лопастей винта – наклон сечения лопасти к реальной плоскости вращения. За счет наличия крутки лопастей угол поворота замеряется по сечению, в большинстве случаев это 2/3 всей длины лопасти.

Лопасти пропеллера имеют переднюю – режущую – и заднюю кромки. Сечение лопастей имеет профиль крыльевого типа. В профиле лопастей имеется хорда, которая имеет относительную кривизну и толщину. Для повышения прочности лопастей винта используют хорду, которая имеет утолщение к корню пропеллера. Хорды сечения находятся в разных плоскостях, поскольку лопасть изготовлена закрученной.

Шаг винта является основной характеристикой гребного винта, он в первую очередь зависит от угла установки лопастей. Шаг измеряется в единицах пройденного расстояния за один оборот. Чем больший шаг делает винт за один оборот, тем больший объем отбрасывается лопастью. В свою очередь увеличение шага ведет за собой дополнительные нагрузки на силовую установку, соответственно, количество оборотов снижается. Современные летательные аппараты имеют возможность изменять наклон лопастей без остановки двигателя.

Преимущества и недостатки воздушных винтов

Коэффициент полезного действия винтов на современных самолетах достигает показателя в 86%, это делает их востребованными авиастроением. Также нужно отметить, что турбовинтовые аппараты значительно экономнее, чем реактивные самолеты. Все же винты имеют некоторые ограничения как в эксплуатации, так и в конструктивном плане.

Одним из таких ограничений выступает «эффект запирания», который возникает при увеличении диаметра винта или же при добавлении количества оборотов, а тяга в свою очередь остается на том же уровне. Это объясняется тем, что на лопастях пропеллера возникают участки со сверхзвуковыми или околозвуковыми потоками воздуха. Именно этот эффект не позволяет летательным аппаратам с винтами развить скорость выше чем 700 км/час. На данный момент самой быстрой машиной с винтами является отечественная модель дальнего бомбардировщика Ту-95, который может развить скорость в 920 км/час.

Еще одним недостатком винтов выступает высокая шумность, которая регламентируется мировыми нормами ICAO. Шум от винтов не вписывается в стандарты шумности.

Современные разработки и будущее винтов самолета

Технологии и опыт работы позволяют конструкторам преодолеть некоторые проблемы с шумностью и повысить тягу, миновав ограничения.

Таким образом удалось миновать эффект запирания за счет применения мощного турбовинтового двигателя типа НК-12, который передает мощность на два соосные винта. Их вращение в разные стороны позволило миновать запирание и повысить тягу.

Также используются на винтах тонкие саблевидные лопасти, которые имеют возможность затягивания кризиса. Это позволяет достичь более высоких показателей скорости. Такой тип винтов установлен на самолете типа Ан-70.

На данный момент ведутся разработки по созданию сверхзвуковых винтов. Несмотря на то что проектирование ведется очень долго при немалых денежных вливаниях, достичь положительного результата так и не удалось. Они имеют очень сложную и точную форму, что значительно затрудняет расчеты конструкторов. Некоторые готовые винты сверхзвукового типа показали, что они очень шумные.

Заключение винта в кольцо – импеллер – является перспективным направлением развития, поскольку снижает концевое обтекание лопастей и уровень шума. Также это позволило повысить безопасность. Существуют некоторые самолеты с вентиляторами, которые имеют ту же конструкцию, что и импеллер, но дополнительно оснащаются аппаратом направления воздушного потока. Это значительно повышает эффективность работы винта и двигателя.

Воздушные винты конструкции А.Я. Деккера (Нидерланды)

По причине отсутствия разумных альтернатив почти все самолеты первой половины прошлого века оснащались поршневыми двигателями и воздушными винтами. Для повышения технических и летных характеристик техники предлагались новые конструкции винтов, имевшие те или иные особенности. В середине тридцатых годов была предложена совершенно новая конструкция, позволявшая получить желаемые возможности. Ее автором являлся нидерландский конструктор А.Я. Деккер.

Работу в области винтовых систем Адриаан Ян Деккер начал еще в двадцатых годах. Тогда им была разработана новая конструкция крыльчатки для ветряных мельниц. Для повышения основных характеристик изобретатель предложил использовать плоскости, напоминающие крыло самолета. В 1927 году такая крыльчатка была установлена на одной из мельниц в Нидерландах и вскоре прошла испытания. К началу следующего десятилетия в эксплуатацию ввели три десятка таких крыльчаток, а в 1935-м ими оснащалось уже 75 мельниц.

В начале тридцатых годов, после проведения испытаний и внедрения новой конструкции на мельницах, А.Я. Деккер предложил использовать схожие агрегаты в авиации. По его расчетам, крыльчатка особой конструкции могла бы использоваться в качестве воздушного винта самолета. Вскоре эта идея была оформлена в виде необходимой документации. Кроме того, конструктор озаботился получением патента.

Использование нестандартной конструкции воздушного винта, по задумке изобретателя, должно было дать некоторые преимущества перед существующими системами. В частности, появлялась возможность снизить обороты винтов при получении достаточной тяги. В связи с этим изобретение А.Я. Деккера нередко именуют «Воздушным винтом с малой скоростью вращения» – Low rotation speed propeller. Так же эта конструкция именовалась и в патентах.

Первая заявка на получение патента была подана в 1934 году. В конце июля 1936-го А.Я. Деккер получил британский патент за номером 450990, подтверждавший его приоритет в создании оригинального винтового движителя. Незадолго до выдачи первого патента появилась еще одна заявка. Второй патент был выдан в декабре 1937 года. За несколько месяцев до этого нидерландский конструктор отправил документы в патентные бюро Франции и США. Последнее в начале 1940 года выдало документ US 2186064.

Британский патент №450990 описывал необычную конструкцию воздушного винта, способную обеспечит достаточные характеристики при определенном сокращении негативных факторов. Конструктор предложил использовать крупную ступицу винта оживальной формы, плавно переходящую в носовую часть фюзеляжа самолета. На ней должны были жестко крепиться крупные лопасти необычной формы. Именно оригинальные обводы лопастей, как считал А.Я. Деккер, могли привести к желаемому результату.

Читайте также:  Светящийся диск

Лопасти «низкооборотного» воздушного винта должны были иметь малое удлинение при большой длине хорды. Их следовало монтировать под углом к продольной оси ступицы. Лопасть получала аэродинамический профиль с утолщенной носовой честью. Носок лопасти предлагалось делать стреловидным. Законцовка располагалась почти параллельно оси вращения винта, а заднюю кромку предлагалось сделать изогнутой с выступающей концевой частью.

Первый проект 1934 года предусматривал использование четырех лопастей. Винт такой конструкции должен был крепиться на валу, отходящем от редуктора с требуемыми характеристиками. Значительная площадь лопастей винта в сочетании с аэродинамическим профилем должны были обеспечить прирост тяги. Таким образом, появлялась возможность получить достаточную тягу при меньших оборотах в сравнении с винтом традиционной конструкции.

Уже после подачи заявки на первый патент А.Я. Деккер провел испытания опытного винта и сделал определенные выводы. В ходе проверки было установлено, что предложенная конструкция имеет определенные минусы. Так, воздушный поток позади винта расходился в стороны, и лишь малая его часть проходила вдоль фюзеляжа. Это приводило к резкому ухудшению эффективности хвостовых рулей. Таким образом, в существующем виде винт Деккера не мог использоваться на практике.

Дальнейшая проработка оригинального воздушного винта привела к появлению обновленной конструкции с рядом важнейших отличий. Именно она стала предметом второго британского и первого американского патента. Интересно, что в документе из США, в отличие от английского, описывался не только винт, но и конструкция его приводов.

Обновленное изделие Low rotation speed propeller должно было иметь в своем составе сразу два соосных воздушных винта противоположного вращения. Передний винт по-прежнему предлагалось строить на основе крупной обтекаемой ступицы. Лопасти заднего винта следовало крепить к цилиндрическому агрегату сопоставимых размеров. Как и в предыдущем проекте, кок переднего винта и кольцо заднего могли выполнять функции носового обтекателя самолета.

Оба винта должны были получать лопасти схожей конструкции, представлявшей собой развитие наработок первого проекта. Вновь следовало использовать значительно изогнутые лопасти малого удлинения, имеющие развитый аэродинамический профиль. Несмотря на стреловидную переднюю кромку, длина профиля увеличивалась по направлению от корня к законцовке, образуя характерный изгиб задней кромки.

Согласно описанию патента, передний винт должен был вращаться против часовой стрелки (при взгляде со стороны пилота), задний – по часовой стрелке. Лопасти винтов следовало монтировать соответствующим образом. Количество лопастей зависело от требуемых характеристик винта. В патенте приводилась конструкция с четырьмя лопастями на каждом винте, тогда как более поздний опытный образец получил большее число плоскостей.

В американском патенте описывалась конструкция оригинального редуктора, позволявшего передавать крутящий момент с одного двигателя на два винта противоположного вращения. Вал двигателя предлагалось соединять с солнечной шестерней первого (заднего) планетарного контура редуктора. При помощи закрепленного на месте зубчатого венца мощность передавалась на шестерни-сателлиты. Их водило соединялось с валом переднего винта. Этот вал также соединялся с солнечной шестерней второй планетарной передачи. Вращающееся водило ее сателлитов соединялось с полым валом заднего винта. Такая конструкция редуктора позволяла синхронно регулировать скорость вращения винтов, а также обеспечивать их вращение в противоположных направлениях.

По задумке изобретателя, основная тяга должна была создаваться лопастями переднего винта. Задний, в свою очередь, отвечал за правильное перенаправление потоков воздуха и позволял избавиться от негативных эффектов, наблюдавшихся в базовом проекте. После двух соосных винтов поток воздуха проходил вдоль фюзеляжа и должен был нормально обдувать хвостовое оперение с рулями. Для получения таких результатов задний винт мог иметь уменьшенную скорость вращения – около трети оборотов переднего.

Оригинальный винтовой движитель создавался с учетом возможного внедрения в новые проекты авиационной техники, и потому требовалось провести полноценные испытания. В начале 1936 года Адриаан Ян Деккер основал собственную компанию Syndicaat Dekker Octrooien, которой предстояло проверить оригинальный воздушный винт, и – при получении положительных результатов – заняться продвижением этого изобретения в авиационной отрасли.

В конце марта того же года «Синдикат Деккера» приобрел многоцелевой самолет-биплан Fokker C.I нидерландской постройки. Эта машина с максимальным взлетным весом всего 1255 кг оснащалась бензиновым двигателем BMW IIIa мощностью 185 л.с. Со штатным двухлопастным деревянным винтом она могла развивать скорость до 175 км/ч и подниматься на высоту до 4 км. После определенной перестройки и установки нового воздушного винта биплан должен был стать летающей лабораторией. В апреле 1937 года компания А.Я. Деккера зарегистрировала модернизированный самолет; он получил номер PH-APL.

В ходе перестройки опытный самолет лишился штатного капота и некоторых других деталей. Вместо них в носовой части фюзеляжа поместили оригинальный редуктор и пару «винтов низкой скорости вращения». Передний винт получил шесть лопастей, задний – семь. Основой нового винта стала пара ступиц, собранных из алюминиевого каркаса с обшивкой из того же материала. Лопасти имели схожую конструкцию. В связи с установкой винтов нос машины самым заметным образом изменил свою форму. При этом цилиндрический обтекатель заднего винта не выступал за пределы обшивки фюзеляжа.

Испытания летающей лаборатории с оригинальным винтом стартовали в том же 1937 году. Площадкой для них стал аэродром Ипенберг. Уже на ранних стадиях проверок было установлено, что соосные винты с лопастями малого удлинения действительно могут создавать требуемую тягу. С их помощью машина могла выполнять рулежки и пробежки. Кроме того, с определенного времени испытатели попытались поднять машину в воздух. Известно, что опытный Fokker C.I смог выполнить несколько подлетов, но о полноценном взлете речи не шло.

Испытания опытного самолета позволили выявить как плюсы, так и минусы оригинального проекта. Было установлено, что пара винтов противоположного вращения действительно способна создавать требуемую тягу. При этом винтомоторная группа в сборе отличалась сравнительно малыми размерами. Еще одним преимуществом конструкции был сниженный шум, производимый лопастями малого удлинения.

Впрочем, не обошлось без проблем. Воздушный винт А.Я. Деккера и необходимый ему редуктор отличались от существующих образцов излишней сложностью изготовления и обслуживания. Кроме того, экспериментальный винт, установленный на Fokker C.I, показал недостаточные характеристики тяги. Он позволял самолету двигаться по земле и развивать достаточно высокую скорость, но для полетов его тяга была недостаточна.

По-видимому, испытания продолжались до самого начала сороковых годов, однако за несколько лет так и не привели к реальным результатам. Дальнейшим работам помешала война. В мае 1940 года гитлеровская Германия напала на Нидерланды, и всего через несколько дней опытный самолет с необычными воздушными винтами стал трофеем агрессора. Немецкие специалисты ожидаемо проявили интерес к этой разработке. Вскоре летающую лабораторию отправили на один из аэродромов вблизи Берлина.

Имеются сведения о проведении некоторых испытаний силами немецких ученых, однако эти проверки достаточно быстро закончились. По некоторым данным, первая же попытка немцев поднять самолет в воздух завершилась аварией. Машину не стали восстанавливать, и на этом история смелого проекта закончилась. Единственный самолет, оснащенный винтами типа Low rotation speed propeller, не смог показать себя с лучшей стороны, и потому от оригинальной идеи отказались. В дальнейшем массово использовались только воздушные винты традиционного облика.

Согласно идеям, лежавшим в основе оригинального проекта, особый «Воздушный винт с малой скоростью вращения» должен был стать полноценной альтернативой системам традиционной конструкции. Отличаясь от них некоторой сложностью, он мог иметь преимущества в виде меньших габаритов, сниженных оборотов и сокращенной шумности. Тем не менее, конкурентной борьбы не вышло. Разработка А.Я. Деккера даже не смогла пройти весь цикл испытаний.

Возможно, по мере дальнейшего развития оригинальные воздушные винты смогли бы показать желаемые характеристики и найти применение в тех или иных проектах авиационной техники. Тем не менее, продолжение работ замедлялось в связи с различными проблемами и обстоятельствами, а в мае 1940 года проект был остановлен из-за нападения Германии. После этого необычная идея окончательно осталась без будущего. В дальнейшем в разных странах вновь прорабатывались перспективные конструкции воздушных винтов, но прямые аналоги системы Адриаана Яна Деккера не создавались.


О толкающих воздушных винтах.

Здравствуйте!

Летающая лодка Dornier Seastar.

Сегодня у нас общая обзорная статья о толкающих воздушных винтах и летательных аппаратах, на которых они используются, либо использовались в недалеком прошлом. Всего понемногу . Подбор фотографий как всегда… не очень маленький :-)…

Воздушный винт, как лопаточная машина, преобразующая вращательное движение в поступательное известен человечеству уже достаточно давно.

Однако практические применение его в качестве движителя в воздушной среде фактически началось только с появлением первых настоящих аэропланов.

Конечно, своего рода интуитивные пробы были и раньше, начиная с примитивных детских игрушек в виде маленьких двухлопастных « вертолетиков », насаженных на стержень и раскручиваемых между ладонями ( известно об их существовании в Китае еще до нашей эры), и, кончая, например, демонстрационной моделью М. В. Ломоносова (1754 год), в который воздушные винты с пружинным приводом предполагалось использовать для подъема метеорологических приборов на определенную высоту.

” Летающий винт” Леонардо да Винчи.

Не стоит забывать и о « летающем винте » Леонардо да Винчи, своеобразном прототипе вертолета. Этот винт правда не имеет раздельных лопастей, как таковых, но тем не менее создает тягу или, иначе говоря, силу, заставляющую аппарат подниматься вверх. Винт попросту «тянет» всю остальную конструкцию за собой, заставляя ее двигаться в нужном направлении. То же самое происходит и в остальных приведенных здесь примерах.

На самом деле винт может не только тянуть, но и толкать . Все зависит от его расположения, как движителя, относительно остальной конструкции летательного аппарата.

Приспособление М.В. Ломоносова с тянущими воздушными винтами.

Однако, речь здесь не просто о смене точки приложения силы. Важно, что вместе с этой сменой происходит изменение условий работы всего летательного аппарата.

Изменения эти затрагивают аэродинамику, конструктивное исполнение, вес и центровку, безопасность и удобство летной и наземной эксплуатации и другие подобные вещи. После сопоставления всех имеющихся практических данных и теоретических расчетов и принятия зачастую компромиссных решений (что часто бывает в авиации) делается выбор в пользу той или иной конструктивной схемы, тянущего или толкающего воздушного винта в нашем случае.

Не берусь делать выводы типа «что лучше, а что хуже». Не считаю для себя возможным сделать это однозначно. Пусть здесь будет что-то типа небольшого обзора на тему «что у нас есть». А выводы читатели, если захотят, сделают сами :-).

Скажу еще, что летательные аппараты с толкающими винтами в просторечии иногда называют пушерами . Это от английского push – толкать (pusher – толкатель).

Об особенностях. Хороших и не очень…

Первое, о чем нужно вспомнить – это эффективность воздушного винта , то есть его КПД. И здесь, как, впрочем, во многих областях авиационной науки, наблюдаются определенные противоречия, связанные с аэродинамикой.

С одной стороны…

Конструктивные условия установки толкающего винта на летательном аппарате могут способствовать увеличению его эффективности по сравнению с эффективностью тянущего винта, работающего в тех же условиях.

Ведь как известно, КПД воздушного винта равен отношению его полезной тяговой мощности к мощности им потребляемой (или иначе говоря эффективной мощности двигателя). Полезная тяговая мощность всегда меньше потребляемой, потому что часть ее тратится на другие цели, с тягой несвязанные, либо ее уменьшающие.

Например, это закрутка отбрасываемой струи воздуха или преодоление аэродинамического сопротивления при взаимодействии ее с элементами конструкции, которое может быть немалым, потому что скорость этой струи значительно больше скорости полета, а «взаимодействовать» приходится с различными элементами конструкции, в частности с крылом, хвостовым оперением и с фюзеляжем (в первую очередь).

В итоге чем меньше и меньших по площади элементов конструкции летательного аппарата обдувается струей от воздушного винта, тем ниже прирост сопротивления и, соответственно, выше эффективная (или полезная) тяга двигательной установки.

Для тянущего воздушного винта избежать обдува струей от него элементов конструкции невозможно. А значит полезная тяга и КПД соответственно, будут снижены. Для толкающего же винта есть, как говорится, варианты.

Для летающих этажерок начала века толкающий винт определенно означал немалое дополнительное сопротивление при обдуве ферменного фюзеляжа и целой системы тяг и расчалок.

Для современных же самолетов, особенно выполненных по схеме «утка» или с двигателем, смонтированным за хвостовым оперением, толкающий винт может оказаться в этом смысле выгодным. Самолет Rutan Long-EZ — в качестве примера. Здесь препятствий для струи за винтом практически нет.

Читайте также:  Веселая погремушка для ребенка

Современный частный самолет с толкающим винтом Rutan Long-EZ.

Такое ощутимое уменьшение аэродинамического сопротивления может положительно повлиять на аэродинамическое качество самолета и его крейсерские характеристики (дальность). Но при этом не следует забывать об обратной стороне такого плюса. Ведь тянущий воздушный винт обдувает крыло, а значит летательный аппарат получает некоторый прирост подъемной силы, что может улучшить, например, взлетно-посадочные характеристики.

У пушера этого конечно нет, и дополнительной «дармовой» подъемной силы он лишен. Однако, при этом дополнительному обдуву может подвергаться хвостовое оперение (если винт расположен перед ним), что увеличивает его эффективность. Хотя, и здесь есть ложка дегтя: эта эффективность может оказаться достаточно зависимой от режима работы двигателя и винта, может оказаться лишней или недостаточной, что конечно надо как-то учитывать при создании ЛА.

Но с другой стороны…

Если тянущий винт обычно воспринимает и «перерабатывает» невозмущенный поток, то толкающий во многом лишен этой возможности. В плоскость, омываемую лопастями толкающего винта, вполне вероятно попадание потока, взаимодействовавшего с поверхностями, расположенными перед винтом, а значит вероятно возмущенного и содержащего вихри различной интенсивности и объема.

Это, в свою очередь, негативно влияет на эффективность работы винта и теперь уже снижает его КПД, в некоторых случаях достаточно ощутимо. Такого рода явления могут, например, ощутимо проявиться при установке двигателей на задней кромке крыла ( Northrop XB-35 ( YB-35 ) и Convair B-36 ).

Стратегический бомбардировщик Convair B-36А “Peacemaker”.

При этом проблема снижения эффективности может сопровождаться ростом циклических и вибрационных нагрузок на элементы конструкции винта, так как каждая из его лопастей циклически попадает под воздействие вихря, сходящего с кромки крыла, что ставит не только задачи увеличения эффективности винта, но и его прочности.

В этом плане практически гарантировано увеличение шумности толкающего винта . Причем шум этот может ощущаться в кабине даже сильнее, нежели при тянущем расположении винта.

Свою ощутимую долю в шумность и вибрационные нагрузки вносит попадание выхлопных газов двигателя в плоскость вращения винта (что невозможно при тянущем винте). При этом, если двигатель не поршневой, а турбовинтовой, у которого газовый поток значительно объемнее и интенсивнее, то шум еще более возрастает…

Какая из этих «сторон» оказывает большее влияние на летные и эксплуатационные характеристики летательного аппарата видимо зависит от параметров каждой конкретной конструкции и условий ее эксплуатации. Впрочем это относится и ко всем остальным особенностям тянущих и толкающих винтов.

Например , еще касательно аэродинамикиТянущий винт, закручивая воздушный поток и заставляя его спирально вращаться вокруг самолета, порождает тем самым боковую силу, воздействующую на киль. Это заставляет принимать меры технического или эксплуатационного характера для обеспечения устойчивости самолета.

Образование боковой силы при использовании тянущего винта.

Для толкающего же винта такие меры фактически не нужны. Ведь боковой силы может просто не быть. Правда многое зависит здесь от месторасположения винта по отношению к хвостовому оперению. По крайней мере для схемы «утка» таких проблем точно нет.

А сама воздушная струя от толкающего винта, установленного в конце фюзеляжа может играть некоторую стабилизирующую роль в путевом отношении, что позволяет пушеру иметь киль меньшей площади и быть менее чувствительным к боковому ветру при взлете и посадке.

Касательно конструкции и эксплуатации… При использовании толкающего винта из-за заднего расположения достаточно тяжелого двигателя и столь же тяжелого редуктора бывает достаточно непросто обеспечить правильную центровку с соблюдением норм устойчивости для данного летательного аппарата, а в эксплуатации перед вылетом еще и выполнять правильное распределение полезных грузов в нем. При этом из-за смещенности центра тяжести к задней части самолета может проявляться склонность к плоскому штопору (большая нежели у самолета с тянущим винтом).

Заднее расположение толкающего винта, в особенности за хвостовым оперением повышает вероятность касания лопастями поверхности ВПП при взлете или посадке. Для исключения такой возможности на самолетах необходимо либо увеличивать высоту шасси, а это лишняя масса, либо укорачивать лопасти, уменьшая тем самым эффективность винта.

Можно еще поднять двигатель с винтом выше. Но при этом, если линия тяги поднимается выше центра тяжести, возможно возникновение вредного вращающего момента, опускающего нос на пикирование. Это также требует принятия дополнительных мер для улучшения устойчивости самолета.

Еще одна слабая сторона толкающего винта может проявиться при полете в условиях обледенения. Так как он находится «позади всех», то лед с находящихся впереди поверхностей, сорвавшись может попасть на лопасти, вызывая их повреждение, а также может быть перенаправлен на находящиеся рядом поверхности, фюзеляж, например.

В том числе это может происходить при работе антиобледенительной системы, к примеру на крыле (передняя кромка). На заре развития авиации подобного рода проблемы иногда происходили при использовании бортового оружия, то есть обычных пулеметов. Роль кусков льда здесь играли выбрасываемые патронные гильзы.

Само же расположение двигателя с толкающим винтом на крыле помимо сказанного влечет за собой уменьшение возможностей для размещения на задней кромке механизации (закрылки, элероны).

В плане безопасности у двигателя с толкающим винтом есть некоторые плюсы. Он до некоторой степени защищает экипаж от атаки с задней полусферы (как наиболее часто применяемой в традиционных воздушных боях). Основная масса пожароопасных магистралей (топливо, масло) расположено за кабиной экипажа (пассажиров).

В случае пожара и других подобных неприятностей, в том числе повреждения и обрыва лопастей, все эти неприятности тоже происходят сзади, за кабиной, до некоторой степени предохраняя экипаж (или пассажиров). Правда, при аварии и резком торможении самолета (на земле), установленный в задней части фюзеляжа двигатель, сорвавшись с креплений может «наделать шуму» в фюзеляже, в особенности, если там расположен пассажирский салон…

Пожалуй достаточно. Теперь кое-что о конкретных образцах, не забывая, тем не менее и об особенностях (плюс – минус).

Немного истории + еще особенности… не всегда значимые в настоящее время…

Некоторые из них действительно уже давно стали не столь значимыми хотя бы потому, что исчезли сами условия для их существования. Самолеты с толкающим винтом давно уже строятся в достаточно малых количествах, многие просто в единичных экземплярах. Да и сами они относятся именно к малой авиации и являются легкими и сверхлегкими летательными аппаратами.

Небольшое количество преимуществ толкающих винтов и явная их неоднозначность все-таки сделали определяющим применение винтовых летательных аппаратов с тянущими винтами….. По крайней мере до настоящего времени.

И тем не менее авиация начиналась с пушеров…

Сам знаменитый Flyer I (1903 г.) братьев Райт был оборудован толкающими винтами, так же как и последовавшие за ним Flyer II и Flyer III . Аналогичную конструктивную схему имели практически все, как достаточно известные, так и малоизвестные ранние аппараты.

Самолеты братьев Райт Flyer I и Flyer II.

Например, такие как: 14-bis конструктор Альберт Сантос-Дюмон (Alberto Santos-Dumont) – 1906 год; самолеты Габриэля Вуазена (Gabriel Voisin), в частности Voisin II (или Farman I – 1907 г.), на котором выполнял полеты Генри Фарман (Henri Farman) и самолет уже самого Фармана Farman III – 1909-1911 годы; пушер Curtiss Model D – американский аэроплан фирмы Curtiss Aeroplane and Motor Company – 1911 год.

Аэроплан Voisin II (или Farman I ), 1907 год.

Американский пушер Curtiss Model D, 1911 год (реплика).

Farman III, 1910-1911 годы.

Все эти аэропланы пока еще не имели фюзеляжа, как такового. Двигатель располагался на нижнем крыле, естественно позади пилота. Кроме того они были выполнены по аэродинамической схеме «утка», что также делало в тех условиях применение толкающего винта фактически единственно возможным.

Однако, аэродинамика (особенно в практическом смысле) была в то время всего лишь на начальном этапе своего существования, поэтому тогдашние инженеры и авиаторы, не в силах полноценно бороться с возникавшими аэродинамическими проблемами «утки», стали отказываться от нее и активно применять схему с задним расположением горизонтального оперения (за центром тяжести ЛА), ставшую впоследствии классической.

Конструкции совершенствовались, и при этом некоторое время продолжали применяться как тянущие, так и толкающие воздушные винты. Существовали даже термины определяющие типы таких конструкций (понятные, не требующие объяснения, я думаю): « Farman type » и « Bleriot type » (французский авиатор Louis Blеriot фактически первым стал строить монопланы с тянущим винтом).

Плюс схемы «Farman type» заключался в том, что она предоставляла определенные удобства и хороший обзор пилоту. Впереди ведь не было ни лопастей, ни грохочущего мотора, а сам пилот теперь располагался в специальной гондоле, своего рода подобии фюзеляжа.

Пример использование передней кабины для вооружения, самолет Voisin- III, Франция.

Для использования самолета в боевых действиях в носовой части этой же гондолы можно было без труда расположить бортовое стрелковое вооружение (место позволяет) и вести из него прицельный огонь без применения каких-либо дополнительных устройств и механизмов.

Речь здесь о синхронизаторах стрельбы , позволяющих вести огонь через плоскость вращения лопастей воздушного винта, либо о возможности стрельбы через полую втулку воздушного винта. Без этого не обойтись, если винт тянущий.

Ионолет размером с монетку летает без крыльев, пропеллеров и движущихся частей

Летающие роботы размером с насекомых обычно предназначены для имитации биологических насекомых, потому что биологические насекомые считаются мастерами эффективного мелкого полета. Эти летающие микроаппараты с машущим крылом (FMAV) приближаются по размерам к реальным насекомым, а демонстрация работы некоторых роботов размеров с пчел на самом деле удивляет: они могут взлетать, парить и даже погружаться в воду. Впрочем, создать крошечного робота с машущими крыльями, которые может двигаться во всех степенях свободы, необходимых для управления, довольно сложно, требует сложных механических передач и сложного программного обеспечения.

Нетрудно догадаться, почему биомиметический подход является предпочтительным: у насекомых было несколько сотен миллионов лет, чтобы проработать все движения, и другие способы, с помощью которых мы выяснили, как заставить роботов летать самостоятельно (а именно: системы на основе пропеллеров), масштабируются до малых размеров не очень хорошо. Но есть другой способ летать, и в отличие от крыльев или аэродинамических поверхностей, до такого животным не удалось додуматься: электрогидродинамическая тяга, которая не требует наличия движущихся частей, только электричества.

Маленький ионолет

Электрогидродинамические (EHD) двигатели, которые иногда называются ионными двигателями, используют высокосильное электрическое поле для создания плазмы ионизированного воздуха. Ионы (в основном, положительно заряженные молекулы азота) притягиваются к отрицательно заряженной решетке и по пути попадают в нейтральные молекулы воздуха, придавая им импульс, из которого рождается ионная тяга.

Идея, по сути, не особо нова: общее явление известно уже несколько сотен лет, и какие-то время люди думали, что его можно использовать в пилотируемых самолетах. Впрочем, чтобы поднять человека, потребуется невероятно большая структура излучателей и коллекторных решеток.

В 2003 году на огромном ионном самолете полетала мышь Орвилл, но помимо симпатичных картинок мы не получили ничего. Технология не стала практичной.

Перед вами ионокрафт, который в настоящее время разрабатывается в Калифорнийском университете в Беркли. Он крошечный — всего 2 на 2 сантиметра, весит 30 мг и еще 37 мг — гидростабилизатор (хотя энергия подает по проводу). В небольших масштабах отсутствие движущихся частей становится серьезным преимуществом, потому что не нужно беспокоиться о том, как масштабировать механические элементы, такие как трансмиссии, ниже точки, когда они перестанут работать. С учетом груза гидростабилизатора ионокрафт мог взлетать и парить при входном сигнале 2000 вольт с напряжением чуть ниже 0,35 мА.

Магия, не так ли? Никаких движущихся частей, полная тишина и летающий аппарат. Более масштабные двигатели на EHD могут быть непрактичными, но уменьшение масштаба по сути делает их лучше, так как электростатические силы не зависят от масштаба. Это значит, что малые двигатели имеют лучшее соотношение тяги к весу, а также более низкие требования к напряжению. И в небольших масштабах преимущество ионокрафта перед FMAV аналогичных размеров в том, что можно разработать контроллер с квадротором в качестве отправной точки, поскольку ионокрафт использует четыре подруливающих решетки в аналогичной конфигурации Поскольку у него нет вращающихся пропеллеров, он не может воспользоваться преимуществами изменения углового момента для поворота, однако использует интересную схему рыскания, пока у него есть пространство для маневра.

Как и с другими летающими микроаппаратами, большим вопросом будет возможность автономной работы с полезной нагрузкой. На данный момент ионокрафт переносит полезную нагрузку больше своего веса, но ему нужно всего семь проводов для питания, данных и заземления. Ученые из Беркли считают автономию достижимой.

Хорошей новостью будет то, что есть много возможностей для улучшений. Как думаете, за ионным транспортом будущее? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Читайте также:  Планеры белокрылые, самолётик из потолочной плитки

Винт, крыло и немного магии

Краткий экскурс по пяти основным типам винтокрылых летательных аппаратов

Фотография: US Air Force / flickr.com

Около месяца назад американская компания Sikorsky провела первые летные испытания прототипа перспективного скоростного вертолета-разведчика S-97 Raider. Его чаще относят к комбинированному типу вертолетов, хотя правильнее было бы классифицировать Raider как винтокрыл. Мы уже выясняли, какие существуют основные схемы вертолетов, а теперь решили разобраться с более обширным классом — винтокрылыми летательными аппаратами.

Исторически первыми типами винтокрылой техники, разработка которых велась в начале XX века, были вертолет классической схемы с несущим винтом и квадрокоптер с четырьмя роторами. Первый полет вертолета состоялся в 1907 году, спустя всего четыре года после первого полета братьев Райт. А уже в 1922 году в воздух под управлением летчика поднялся квадрокоптер Ботезата, создание которого велось по заказу Армии США. С тех пор авиатехника, так или иначе использующая несущий винт для взлета и полета, претерпела множество изменений. Появился класс винтокрылых летательных аппаратов, который сегодня включает в себя пять основных типов: автожир, винтокрыл, вертолет, конвертоплан и X-крыло.

Винтокрылые летательные аппараты

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Винтокрылые летательные аппараты — это машины, взлет и полет которых происходят преимущественно благодаря подъемной силе, создаваемой одним или несколькими несущими винтами. При этом сами винты могут приводиться в движение одной или несколькими силовыми установками, а могут вращаться только лишь под воздействием набегающего в полете воздушного потока. По сути же у винтокрылых летательных аппаратов несущий винт является своего рода разновидностью крыла самолета.

CH-53 Super Stallion.

Фотография: U.S. Department of Defense Current Photos / flickr.com

Движущую силу на винтокрылых летательных аппаратах могут создавать как сами несущие винты, так и винты в хвостовой части или на законцовках небольшого крыла. В первом случае управление вектором тяги проводится либо наклоном оси вращения, либо автоматом перекоса. Сегодня некоторые компании разрабатывают проекты винтокрылов, в которых за создание движущей силы будут отвечать реактивные двигатели. Они позволят аппаратам летать на скоростях, близких к самолетным.

Фотография: Paul-Campbell / flickr.com

Сейчас автожир является одним из самых распространенных типов винтокрылых летательных аппаратов. Он представляет собой летательный аппарат с толкающим воздушным винтом в хвостовой части и свободновращающимся несущим винтом, обязательно наклоненным назад под небольшим углом к земле. В полете автожир, как самолет на крыло, опирается на несущую поверхность винта, который вращается исключительно при помощи набегающих потоков воздуха. Такое вращение называется авторотацией.

Фотография: Wikimedia Commons

Несущий винт автожира в полете создает только подъемную силу, причем по своим свойствам он очень похож на крыло самолета с положительным углом атаки. У такого крыла аэродинамические поверхности выставлены таким образом, чтобы оно тянуло летательный аппарат вверх. Сам несущий винт автожира как правило не имеет изменяемого шага, но может быть оснащен автоматом перекоса, который позволяет управлять вектором тяги винта.

За горизонтальный полет в автожире отвечает либо толкающий, либо тянущий винт, который как правило оснащен фиксированными лопастями. Углом их атаки управлять нельзя. Увеличение или уменьшение тяги маршевого винта, который также называется пропеллером, осуществляется благодаря наращиванию или сбросу частоты вращения вала двигателя. Управлять направлением полета в автожире можно при помощи воздушного руля — специальной отклоняемой вправо или влево плоскости на вертикальном киле в хвостовой части.

Фотография: Wikimedia Commons

Автожир способен взлетать при очень коротком пробеге и садиться вертикально. Некоторые модели таких аппаратов позволяют заранее раскручивать несущий винт еще на земле до скорости, превышающей скорость рабочего вращения в полете. В таком случае автожир может взлететь вертикально. Такой взлет называется подскоком. При этом многие автожиры оснащены редуктором, который проводит предварительную раскрутку несущего винта. Эта система не позволяет сделать подскок, но значительно сокращает пробег перед взлетом.

В целом автожир имеет несколько преимуществ перед самолетом или вертолетом. В частности, им гораздо проще управлять, а летать на нем — безопаснее. Автожир никогда не войдет в штопор и может совершить управляемую вертикальную посадку с неработающим двигателем. К недостаткам летательного аппарата относится низкий коэффициент полезного действия двигателя, из-за чего автожирам требуются мощные силовые установки.

Фотография: James Emery / flickr.com

Винтокрыл является своего рода промежуточным звеном между автожиром и самолетом. Такой летательный аппарат оснащается небольшим крылом, одним или двумя несущими винтами и одним или несколькими толкающим или тянущим пропеллерами. Сегодня винтокрылы, которые нередко относят к высокоскоростному подтипу вертолетов, считаются наиболее перспективным видом летательных аппаратов с несущим винтом.

Eurocopter Airbus X3.

Фотография: Jeff / flickr.com

У винтокрылов несущий винт или винты создают подъемную силу при взлете и на всем продолжении полета, а движущую — только до определенной скорости. На больших скоростях полета специальная управляемая обгонная муфта у винтокрылов отключает несущие винты от трансмиссии и дальнейший полет идет уже в режиме авторотации. То есть несущий винт в таком режиме работает уже как винт автожира. При этом дальнейший набор скорости и горизонтальный полет обеспечиваются пропеллерами, а вклад в создание подъемной силы привносит и крыло.

Винтокрылы способны совместить в себе положительные качества вертолетов и самолетов. Они способны к вертикальным взлету и посадке и полетам на скорости большей, чем способны развить вертолеты. Например, винтокрыл Airbus Helicopters X3 с двумя тянущими винтами может разгоняться до 472 километров в час. Перспективный вертолет-разведчик S-97 Raider будет способен летать на скорости до 440 километров в час. Для сравнения, вертолет Ка-52 соосной схемы может разгоняться до 315 километров в час.

Фотография: Wikimedia Commons

Серийных винтокрылов сегодня не существует, однако их разработкой занимаются сразу несколько компаний: российские «Камов» и конструкторское бюро имени Миля, американские Sikorsky и Piacesky Aircraft, а также европейская Airbus Helicopters. Некоторыми проектами предусматривается установка реактивных двигателей на винтокрылы, благодаря которым эти аппараты смогут совершать полеты на скоростях более 600 километров в час.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Вертолет является самым распространенным типом винтокрылых летательных аппаратов. Он представляет собой машину, у которой подъемная и движущая силы создаются одним или несколькими несущими винтами. Эти винты располагаются параллельно земле, а их лопасти могут устанавливаться под разными углами к плоскости вращения — от нуля до 30 градусов. Установка лопастей на ноль градусов называется холостым ходом винта или флюгированием. В этом случае несущий винт не создает подъемной силы.

Boeing CH-47F Chinook.

Фотография: U.S. Department of Defense Current Photos / flickr.com

Сегодня существует семь основных схем вертолетов, которые можно классифицировать по расположению несущих винтов: классическая, соосная, продольная, поперечная, синхроптер, мультикоптер и комбинированный вертолет. Вертолеты способны совершать вертикальные взлет и посадку на площадки, диаметр которых в полтора раза превосходит диаметр несущего винта (правда, при максимальной загрузке для экономии топлива может потребоваться короткая пробежка).

Управление вертолетом немного сложнее, чем у автожира или самолета. Он оснащен ручкой «шаг-газ» для управления тягой несущего винта. С ее помощью изменяется угол установки лопастей несущего винта и скорость вращения ротора. Еще одним органом управления является ручка продольно-поперечного управления. Она отвечает за наклон тарелки автомата перекоса и изменение вектора тяги несущего винта. И, наконец, в вертолете есть педали, нажатием на которые летчик может менять шаг рулевого винта, а значит и направление полета машины.

Фотография: Aleksander Markin / flickr.com

Вертолет может на внешней подвеске перевозить крупногабаритные грузы. При этом такие летательные аппараты отличаются большим, чем у самолетов, потреблением топлива и повышенной шумностью. Кроме того, управляя вертолетом нужно учитывать такие сложные аэродинамические эффекты, которые не встречаются при полете на самолете. Например, летчикам вертолетов знакомы явления земного резонанса, флаттера, вихревого кольца, эффекта запирания несущего винта. Эти факторы могут приводить к разрушению или падению машины.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Конвертоплан, так же как и винтокрыл, совмещает в себе положительные качества вертолетов и самолетов. Этот летательный аппарат по конструкции похож на самолет, однако имеет на законцовках крыла двигатели с несущими винтами, которые могут наклоняться вперед на угол до 90 градусов. После наклона несущие винты превращаются в тянущие пропеллеры. Диаметр винтов конвертоплана сравним с размахом его крыла.

Bell MV-22 Osprey.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Благодаря такой конструкции конвертоплан может взлетать и садиться по-вертолетному, а лететь по-самолетному. Переход из вертолетного режима в самолетный осуществляется в воздухе. При этом наклон плоскости вращения винтов осуществляется наклоном самих двигателей. В перспективных конвертопланах V-280 Valor, разработкой которых занимается американская компания Bell Helicopter, наклоняться будут только сами винты, а двигатели будут оставаться неподвижными.

Сегодня единственным серийным конвертопланом является V-22 Osprey, выпускаемый американским консорциумом Bell/Boeing. Этот аппарат в вертолетном режиме может развивать скорость до 185 километров в час и до 565 километров в час — в самолетном. Аппарат может выполнять полеты на расстояние до 2,7 тысячи километров и нести груз массой до 6,2 тонны. Такие конвертопланы в настоящее время стоят на вооружении ВВС и Морской пехоты США.

Bell MV-22 Osprey.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Следует отметить, что конвертопланы достаточно сложны в управлении, особенно в транзитном режиме, когда осуществляется переход от вертолетного полета к самолетному. Управляют конвертопланом при помощи ручки и педали: в вертолетном режиме ручка отвечает за управление высотой, а педали — за тягу. В самолетном режиме они меняются ролями. По отзывам многих летчиков V-22, в транзитном режиме полета возникает ощущение потери управления, хотя сам режим является безопасным.

Фотография: Wikimedia Commons

X-крыло является наиболее интересным с конструктивной точки зрения типом винтокрылых летательных аппаратов, хотя сегодня разработки в этом направлении практически не ведутся. Не существует и серийных машин такого типа. Название для техники такого типа в начале 1970-х годов придумала американская компания Sikorsky, которая занималась разработкой летательного аппарата, в конструкции которого можно было бы использовать так называемое ротор-крыло.

Ротор-крыло внешне очень похоже на несущий винт с четырьмя лопастями, с тем лишь отличием, что его лопасти гораздо шире, чем у вертолетного винта. Предполагалось, что такое крыло на взлете и при наборе скорости будет вращаться, как обычный несущий винт обычного вертолета классической схемы. Реактивный момент такого крыла должен был компенсировать обычный же рулевой винт на хвосте летательного аппарата. По достижении определенной скорости ротор-крыло должно было останавливаться и выполнять роль уже обычного самолетного крыла.

Фотография: Wikimedia Commons

К 1976 году компания Sikorsky построила два прототипа X-крыла — летательные аппараты S-72. Они были созданы на базе многоцелевого вертолета UH-60 Blackhawk, разработка которого к тому времени уже завершалась. Машины получили по два газотурбинных двигателя для приведения в движение ротор-крыла и вращения рулевого винта через редуктор, низкорасположенное крыло размахом 18,9 метра и по два турбореактивных двигателя, расположенных над ним.

В 1976 году один из прототипов совершил первый полет. Правда ротор-крыло на нем еще не было установлено — конструкторы отрабатывали на S-72 аэродинамическую компоновку и способы управления. Например, в горизонтальном быстром полете аппарат должен управляться по-самолетному — рулями высоты и курса, а также закрылками на крыле. Все работы велись при финансировании NASA и Агентства перспективных оборонных разработок (DARPA).

Позднее один из прототипов был модернизирован и получил ротор-крыло. Предполагалось, что S-72 сможет вертикально взлетать и садиться и совершать полеты на скоростях, близких к самолетным. Выкатка модернизированного аппарата состоялась в 1986 году, однако в воздух он так и не поднялся. К этому времени в NASA и DARPA посчитали проект технически сложным и дорогостоящим. Финансирование проекта было прекращено.

В 2000-х созданием X-крыла занялась австралийская компания StopRotor. Она создала беспилотный летательный аппарат — демонстратор технологий, который успешно прошел испытания в 2013 году. Подробности об аппарате практически неизвестны за исключением некоторых деталей об остановке ротор-крыла. В прототипе для остановки ротор-крыла его лопасти поворачиваются на 90 градусов, а сам аппарат короткое время практически падает вертикально.

Во время падения возникает воздушный поток, который симметрично огибает все лопасти ротор-крыла, избавляя его от перекосов и одновременно тормозя его. Затем крыло фиксируется, а лопасти разворачиваются параллельно земле для перехода в горизонтальный полет. Правда, во время летных испытаний в 2013 году проводился только обратный переход ротор-крыла из фиксированного положения к вращению. Новых испытаний своего прототипа StopRotor не делала. В какой стадии проект находится в настоящее время, неизвестно.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Ссылка на основную публикацию