Команда
Контакти
Про нас

    Головна сторінка


Що таке автожир





Скачати 13.49 Kb.
Дата конвертації22.08.2018
Розмір13.49 Kb.
Типреферат

Сьогодні поговоримо ще про один тип гвинтокрилих літальних апаратів. Цей агрегат має досить дивне, на перший погляд, для російського вуха назву - автожир. Насправді нічого дивного в цьому слові немає. Просто воно має неросійське походження і утворено від грецьких слів αύτός - сам і γύρος - коло. Назва автожир частіше застосовується в Росії. На заході більш поширені назви ґіроплан, гірокоптери і ротаплан.

Бойовий автожир Камова А-7-3.

Але, взагалі-то, всі ці назви досить близькі і характеризують принцип польоту або точніше буде сказати принцип, за допомогою якого цей цікавий апарат успішно тримається в повітрі. Це принцип авторотації. Про нього ми вже говорили стосовно до вертольота. Але для вертольота авторотація - режим аварійний. Вертоліт може тільки знижуватися на цьому режимі з метою зробити по можливості безпечну посадку. А для автожиру - це основний (і єдино можливий) режим польоту.

Здатний літати самостійно автожир крім вільного несучого гвинта має двигун з штовхає або тягне гвинтом, який забезпечує апарату горизонтальну тягу. При русі вперед якраз і створюється зустрічний повітряний потік, що обтікає несучий гвинт певним чином і змушує його авторотіровать, тобто обертатися, створюючи при цьому підйомну силу. І саме тому зависати на місці (за винятком особливих умов великого зустрічного вітру) або ж підніматися строго вертикально подібно вертольоту автожир, на жаль, не може.

Обтікання повітряним потоком несучого гвинта автожиру.

Вважається, таким чином, що автожир займає проміжне положення між літаком і вертольотом. Для того, щоб триматися в повітрі йому потрібен рух вперед, але саму підйомну силу створює несучий гвинт, подібний вертолітному (тільки без двигуна).

Картина обтікання несучого гвинта у цих апаратів відрізняється. Якщо у вертольота зустрічний повітряний потік надходить зверху, то у автожиру знизу. Площина обертання гвинта при горизонтальному польоті у автожиру нахилена назад (у вертольота вперед). Картина обтікання лопатей при цьому наступна ....

Виникнення обертає сили на лопаті гвинта.

Як вже було неодноразово (:-)) сказано при обтіканні лопаті (або для простоти її одиничного профілю) утворюється аеродинамічна сила, яку можна розкласти на силу підйомну (потрібну нам) і силу опору (яка, звичайно, заважає). Кути атаки (установки лопатей) для існування стійкої авторотації повинні бути в зразковому діапазоні 0 ° - 6 ° градусів.

У цьому діапазоні повна аеродинамічна сила трохи нахилена до площини обертання лопаті, і її проекція на цю площину якраз і дає нам силу F, яка діє на лопать, змушуючи її рухатися (обертатися). Тобто гвинт зберігає стійке обертання, створюючи при цьому підйомну силу, яка утримує апарат у повітрі.

З малюнка видно, що чим менше опір Х, тим більше сила F, що обертає лопать. Тобто поверхня лопаті для хорошого результату повинна бути досить чистою, або кажучи аеродинамічним мовою ламінарної. Цим умовам відповідає спеціальний ламінарний аеродинамічний профіль для автожирів розроблений NACA ще в 1949 році NACA 8-H-12. Зараз він успішно застосовується на сучасних апаратах.

Аеродинамічна картина обтікання лопатей несучого гвинта повітряним потоком для автожиру така ж, як і для вертольота. Про неї я вже розповів в статті про автомат перекосу вертольота, тому тут торкнуся цього тільки коротко. Підйомна сила, створювана наступаючої лопатою (від 0 ° до 180 °), більше, ніж відступаючої (від 180 ° до 360 °) за рахунок додавання (або віднімання) швидкості руху лопаті зі швидкістю руху самого апарату. Тому, якби лопаті були жорстко закріплені у втулці, то на автожир діяв би перекидаючий момент (що і було на найперших апаратах). З цієї причини лопаті закріплені у втулці шарнірно. Є горизонтальний (головний в цьому випадку, я б сказав) і вертикальний шарніри.

Виникнення переворачивающего моменту.

Через наявність горизонтального шарніра лопать при обертанні робить махають руху з максимальним помахом в районі 180 ° і мінімальним близько 0 ° - 360 °. Це, як ми вже знаємо зі статті про автомат перекосу, відбувається через різних швидкостей обтікання повітряним потоком наступаючих і відступаючих лопатей, а також з-за різних справжніх кутів атаки на цих лопатях.

Схема помаху лопатей несучого гвинта.

Може здатися логічним і управління автожиром зробити по «вертолітному», тобто через автомат перекосу. Але насправді це не зовсім правильно. Автомат перекосу змінює кути установки лопатей. А для стійкої авторотації діапазон цих кутів досить вузький (0 ° -6 °, як я вже говорив), можна легко з нього вийти і значно зменшити аеродинамічний якість гвинта.

Тому управління автожиром проводиться за допомогою безпосереднього зміни положення втулки несучого гвинта, благо, що в цьому випадку немає ні двигуна, ні масивного редуктора і ротора. Зазвичай присутні вже знайомі вам по цій статті два канали управління: по крену і по тангажу.

Крім того додатково управління автожиром може здійснюватися (і так відбувається насправді) за допомогою аеродинамічних рулів. Це зазвичай кермо напряму і може бути ще кермо висоти.

Як вже було сказано, для підйому в повітря і стійкого польоту несучий гвинт автожиру повинен розкрутитися. Це можна здійснити або за рахунок попереднього розгону на землі, або за рахунок попередньої розкрутки ротора з наступним швидким (дуже коротким) зльотом.

На сучасних апаратах досить широко (тобто практично завжди застосовуються системи попередньої розкрутки, так як це суттєво прискорює зліт, зменшуючи розбіг автожиру до 10-15, а в деяких випадках і до 5 метрів.

За конструктивною суті вони можливі наступних типів.

Ручна розкрутка. Тут, власне, ніяких особливостей. Гвинт розкручують вручну (просто руками), після чого пілот сідає в крісло і починає розбіг. Спосіб малоефективний і незручний, розбіг виходить досить довгий.

Електрична розкрутка. Це щось типу стартера двигуна на автомашині. Система досить ефективна, але малопотужна і важкувата. Один аккамулятор чого вартий.

Наступна система - механічна. Тут обертовий момент передається на ротор гвинта від двигуна через муфту зчеплення і систему карданних валів. Ця система з'явилася вже досить давно, можна сказати на зорі «автожіростроенія». Вона може передавати великий крутний момент. Але сама по собі досить складна і тому дорога. До того ж досить важка. Замість карданних валів може використовуватися гнучкий вал, але тоді крутний момент обмежується за величиною.

Зараз досить велике поширення отримала гідравлічна система розкрутки ротора. У цій системі присутні два шестерних гидронасоса. Один встановлений на двигуні, другий на втулці ротора несучого гвинта. Другий отримує тиск від першого і виконує роль гідромотора, обертаючи ротор. Такого роду система проста і задоволена легка, а крутний момент передає великі.

Теоретично вобщем-то можна сказати, що при досить великих оборотах розкрутки автожир навіть може злетіти з місця (по «вертолітному»). Це, звичайно, не зовсім доцільно, але в зв'язку з цим потрібно сказати, що існує ще один спосіб зльоту. Це так званий «стрибучий» старт. Він вимагає ускладнення втулки ротора введенням пристрої управління спільним кроком гвинта. При цьому гвинт з нульовими кутами установки лопатей розкручується до злітних оборотів, а потім кути установки різко збільшують і апарат «підстрибує» вгору, після чого включається в дію маршовий двигун, а кути установки зменшуються. Такі апарати виготовлялися в основному в 30-40-х роках минулого століття, але зараз застосування не знаходять.

Перший радянський автожир КАСКР-1.

Взагалі саме в 30-х роках теорія і практика автожирів пройшла перший (і досить бурхливий) етап свого розвитку. Це був їх «золотий вік». Винахідником автожиру вважається іспанська інженер Хуан де ла Сиерва. Перший впевнений політ його автожиру С-4 відбувся 9 січня 1923 року. В цей же час і в СРСР виявляли інтерес до цих апаратів. Однак розвиток літакобудування та розробка нових моделей вертольотів звела цей інтерес в світі практично нанівець. І тільки на початку 60-х років минулого століття почалося відродження автожиру.

Отже, автожир. Проміжна ланка між літаком і вертольотом. Апарат з масою достоїнств. Він значно легший в управлінні, ніж літак або вертоліт. Для нього немає такого поняття, як штопор для літака. При втраті швидкості він просто починає знижуватися, а якщо зупиниться двигун, то зробить м'яку посадку. При цьому для посадки автожир не потрібна велика майданчик. Він може сісти з дуже малим пробігом або навіть практично без нього. Для автожиру з хорошою попередньої розкручуванням ротора практично не потрібен майданчик і для зльоту. Цікаво, що при досить великому зустрічному вітрі автожир може «висіти» в повітрі. З усього сказаного можна сказати, що це один з найбезпечніших літальних апаратів. При цьому вартість його значно нижче вартості літаків і вертольотів одного з них класу (що важливо в наш час).

Однак нічого ідеального не буває. Автожир має і недоліки. Перше, це досить низький коефіцієнт корисної дії для двигуна. Тому за інших рівних умов йому потрібен більш потужний двигун, ніж, наприклад, літака.

Друге - це політ в специфічних умовах атмосфери. Саме це стосується обмерзання. У разі, якщо ця неприємність трапляється з лопатями ротора несучого гвинта, гвинт швидко втрачає свої аеродинамічні властивості і авторотація стає неможливою. Це дуже небезпечно, адже коштів порятунку на цьому апараті немає.

Ну і третє, найголовніше. У самого безпечного літального апарату все ж існують небезпечні режими польоту. Це такі, як, наприклад, розвантаження ротора і наступний за ним силовий перекид. Два ці явища можуть призвести до сумних наслідків у разі, якщо лінія дії тяги знаходиться вище центру ваги автожиру.

Ілюстрація можливості силового перекиду.

У нормальному польоті ротор створює достатню підйомну силу і апарат знаходиться в рівновазі під дією існуючих сил. Але якщо його, як кажуть, «завісити» зі значною втратою швидкості, наприклад при виході з пікірування або виконання гірки, то гвинт «втратить» потік, що набігає і перестане авторотіровать. Підйомна сила значно впаде (ротор розвантажиться) і сила тяги маршового гвинта створить момент навколо центра ваги автожиру. Апарат «кувиркнется».

Аналогічне явище може виникнути при різкій дачі газу двигуну. При цьому автожир опускає ніс, гвинт переходить на негативні кути атаки, і відбувається те ж саме розвантаження ротора. А за нею природно перекид. Такого роду перекиди хорошим зазвичай не закінчуються.

Відсутність перекиду для класичної схеми.

Тут варто зауважити, що автожири можуть бути двох схем. Перша «класична» з тягне гвинтом, коли двигун розташований попереду пілота і друга з штовхає гвинтом. Двигун тут, відповідно, ззаду. Перша схема зараз мало застосовується, так би мовити незаслужено забута. А даремно!

Для неї явище силового перекиду практично неможливо. Це дуже добре видно з представленого малюнка. Крім того розташований попереду двигун завжди служить захистом пілотові при невдалій посадці ,, що не можна сказати про движку, розташованому ззаду. Може і придавити ...

Однак треба сказати, що на сучасних моделях автожирів (звичайно, якщо це не саморобні апарати, виготовлені в найближчому сараї) такого роду аварійні режими зведені до мінімуму (практично виключені). Крім того існує сучасна система підготовки та тренування пілотів.

Сучасний автожир - це, в основному, одно- або двох місцевий апарат, що відноситься до категорії надлегких. Зазвичай такого роду апарати перебувають в приватному використанні, проте в даний час вони починають застосовуватися в сільському господарстві (про це йдеться в одному з наведених роликів) і різних держструктурах, наприклад в поліції, для здійснення патрулювання і оглядів місцевості.

Сучасний автожир Xenon 2.

Найбільш массови польоти на автожирах в США. У Європі цим захоплюються менше, але, в общем-то, теж літають чимало. Найбільш прогресивна в цьому плані Німеччина. На її території найбільшу кількість шкіл з навчання польотам на автожирах. Час навчання невелике, близько 60 годин теорії та 20-30 годин практики в залежності від школи і здібностей пілота. Успішно закінчують навчання зазвичай все, тому що, як я вже говорив, простота - одна з переваг автожиру. Готовий пілот отримує пілотське свідоцтво для управління надлегким літальним апаратом європейського зразка (UL).

Самому мені політати на автожирі поки ще не вдалося. Вийшло тільки «помацати». Але обов'язково постараюся це зробити. Вже дуже заманливо ще раз випробувати це благодатне відчуття польоту. Подивіться ролики і самі все зрозумієте.