Геликоптер как винтокрылый летательный аппарат¶
Геликоптер (от греч. ἕλιξ — «спираль, винт» и πτερόν — «крыло») — винтокрылый летательный аппарат тяжелее воздуха, у которого подъёмная сила и силы управления создаются одним или несколькими несущими винтами, вращающимися вокруг вертикальных или близких к вертикали осей. В русскоязычной технической литературе и авиации наряду с заимствованным термином «геликоптер» используется синоним «вертолёт»; в ряде европейских языков (французском, испанском, итальянском, немецком) закрепилась именно форма, восходящая к греческому корню.
¶Термин и его история
Слово «геликоптер» было предложено в 1861 году французским изобретателем и писателем Гюставом де Понтон д’Амекуром, соединившим греческие корни «спираль» и «крыло». Термин быстро распространился в европейской инженерной среде эпохи первых опытов с винтокрылыми машинами. В России с начала XX века параллельно употреблялись оба слова, однако после 1920-х годов в официальной и технической документации закрепилось «вертолёт», тогда как «геликоптер» сохранился в переводной литературе, публицистике и ряде языков зарубежных стран.
¶Принцип работы
В отличие от самолёта, где подъёмная сила возникает за счёт поступательного движения и обдува неподвижного крыла, геликоптер создаёт подъёмную силу вращением несущего винта в воздушной среде. Лопасти винта имеют аэродинамический профиль, аналогичный крыловому, и при вращении создают тягу, направленную вверх. Управление осуществляется изменением угла установки лопастей (шаг винта) и наклоном плоскости вращения винта, что позволяет аппарату двигаться вперёд, назад, вбок и зависать на месте.
Основные режимы полёта:
- Висение — полёт без поступательного движения, при равенстве тяги винта и веса аппарата.
- Вертикальный подъём и спуск — изменение общего шага винта.
- Горизонтальный полёт — наклон плоскости вращения винта в нужную сторону.
- Авторотация — режим самовращения винта при отказе двигателя, позволяющий совершить планирующий спуск и посадку.
¶Классификация
Геликоптеры различают по нескольким признакам.
| Признак | Типы |
|---|---|
| Число несущих винтов | одновинтовые, двухвинтовые (соосные, продольные, поперечные), многовинтовые |
| Способ компенсации реактивного момента | с рулевым винтом, соосная схема, с реактивным приводом лопастей |
| Назначение | транспортные, пассажирские, военные, поисково-спасательные, сельскохозяйственные, специальные |
| Тип двигателя | поршневые, турбовальные (газотурбинные) |
| Взлётная масса | лёгкие, средние, тяжёлые |
Наибольшее распространение получила одновинтовая схема с рулевым винтом, предложенная в классическом виде конструктором Игорем Сикорским. Соосная схема (два винта на одной оси, вращающиеся в противоположные стороны) применяется в ряде российских разработок — например, в вертолётах конструкции Николая Камова.
¶Устройство
Типовой геликоптер включает следующие основные системы:
- Несущий винт — главный агрегат, создающий подъёмную силу и управляющие моменты.
- Рулевой винт (в одновинтовой схеме) — компенсирует реактивный момент несущего винта и обеспечивает путевое управление.
- Трансмиссия — передаёт крутящий момент от двигателей к винтам.
- Двигательная установка — один или несколько двигателей.
- Фюзеляж — корпус с кабиной экипажа и грузопассажирским отсеком.
- Шасси — колёсное или полозковое.
- Система управления — автомат перекоса, рычаги «шаг-газ» и ручка циклического шага.
Автомат перекоса — ключевое изобретение, позволившее управлять наклоном вектора тяги несущего винта и, следовательно, направлением полёта.
¶Применение
Благодаря способности взлетать и садиться вертикально, зависать и двигаться в любом направлении геликоптеры применяются там, где использование самолётов невозможно или нецелесообразно:
- Транспортные и пассажирские перевозки в труднодоступной местности.
- Поисково-спасательные операции, эвакуация пострадавших, работа в зонах стихийных бедствий.
- Военное дело — разведка, огневая поддержка, переброска десанта, противолодочная борьба.
- Сельское хозяйство — авиахимическая обработка полей.
- Строительство и монтаж — подъём и установка конструкций, работа на высотных объектах.
- Медицина — санитарная авиация, экстренная транспортировка больных.
- Мониторинг — патрулирование, наблюдение, аэрофотосъёмка.
¶Развитие в России
Первые практические работы над винтокрылыми аппаратами в России связаны с именами Бориса Юрьева и Игоря Сикорского. Юрьев в 1910-х годах разработал схему одновинтового вертолёта с рулевым винтом и автоматом перекоса, что стало теоретической основой мирового вертолётостроения. Сикорский, эмигрировавший в США, создал в 1939 году первый практически пригодный геликоптер VS-300, а затем серию машин, получивших широкое распространение.
В СССР серийное производство вертолётов началось в конце 1940-х годов. Опытно-конструкторское бюро Михаила Миля выпустило машины Ми-1, Ми-4, Ми-8, Ми-24 и другие, ставшие одними из самых массовых в мире. ОКБ Николая Камова специализировалось на соосных схемах (Ка-15, Ка-27, Ка-52). Российские вертолёты эксплуатируются более чем в ста странах и применяются в гражданской и военной авиации.
¶Рекорды и особенности
Геликоптер удерживает ряд авиационных достижений: максимальная скорость полёта среди винтокрылых машин превышает 400 км/ч, высота подъёма — свыше 12 000 метров. Отдельные машины способны поднимать грузы массой в десятки тонн. К особенностям эксплуатации относятся повышенный расход топлива по сравнению с самолётами, ограниченная дальность и большая нагрузка на экипаж при пилотировании.
¶Критика и ограничения
К недостаткам геликоптеров относят высокий уровень шума и вибраций, сложность и стоимость обслуживания, меньшую по сравнению с самолётами экономичность и скорость, а также повышенные требования к квалификации пилотов. Аварийность винтокрылой техники выше, чем у самолётов, что связано с большим числом движущихся частей и чувствительностью к отказам трансмиссии.
Источники: технические справочники по авиационной технике, энциклопедические издания по авиации, материалы истории вертолётостроения.