Бессамолётникам - о вертолётах

urb_a — 03.11.2018 Вчера в коментах получился доставляющий спор со свидомым персонажем-технофилом, назовём его условно Кузей за особую мужскую любовь к российскому крейсеру-тёзке. Спорили о фейковом(ага) и невозможном(щаз) перспективном камовском вертолёте. В ожидании новых лулзов рискну поднять тему в пост. Вантуз и хардкор под катом. Софткор без.

Сразу скажу: по профессии я не авиаконструктор. Отец-хаёвец, авиамоделизм, хабр, forum.rcdesign.ru, FlowVision и всё такое не в счёт. Зато я биолог и, надеюсь, как никто смогу объяснить жывотным. Смотрите:

Проектов неприлично скоростных машин на самом деле не один, а минимум два, транспортный и ударный:


А кроме них, прилично скоростной проект:

Так что камовцы давно в теме.

Давайте разберёмся, что же делает заявленную скорость 700 км/ч недоступной(c) для вертолёта. Когда вертолёт движется поступательно, то лопасти, идущие навстречу потоку (наступающие) и по потоку (отступающие) обтекаются по-разному. Чтобы выровнять подъёмную силу и тем самым исключить крен вертолёта, отступающие приходится устанавливать под бОльшим углом атаки, чем наступающие. Это называется управление циклическим шагом несущего винта. При этом получается такая картина обтекания с "плохими" зонами:


А именно:

1) Конец наступающей лопасти, окружная скорость которого суммируется со скоростью вертолёта, обтекается воздухом с около- или сверхзвуковой скоростью. Возникают скачки уплотнения воздуха (зона волнового кризиса), что резко увеличивает сопротивление и уменьшает подъёмную силу участка лопасти, а также создаёт жуткий шум. Поэтому скорость вращения винта должна быть такой, чтобы сумма (окружная скорость + скорость вертолёта) не (сильно) превышала скорость звука. Запомним это ограничение.

2) Корневая часть отступающей лопасти обтекается задом наперёд (скорость вертолёта больше окружной скорости лопасти на малом удалении от оси). Этот участок не создаёт подъёмной силы (даже создаёт отрицательную). Чем больше скорость вертолёта - тем больше эта зона.

3) Угол атаки отступающей лопасти нельзя увеличивать очень сильно, потому что при достижении некоторого значения наступает срыв потока (завихрения над лопастью) и формируется соответствующая зона, в которой лопасть тоже создаёт пониженную подъёмную силу. А раз нельзя добавить подъёмной силы отступающей лопасти, то способ избежать крена - уменьшить угол атаки наступающей лопасти, тем самым уменьшив тягу винта (и предельную взлётную массу вертолёта).

В общем, аэродинамические проблемы проистекают из разной картины обтекания наступающих и отступающих лопастей и усугубляются при увеличении скорости машины. При скорости вертолёта 700 км/ч векторная разность получается 1400 км/ч - это больше скорости звука! - а поскольку скорость наступающей лопасти ограничена скоростью звука - вся(!) отступающая лопасть оказывается в зоне обратного обтекания. В таких условиях выровнять подъёмную силу лопастей по разные стороны плоскости симметрии вертолёта традиционным способом (увеличение шага отступающей, уменьшение шага наступающей) невозможно.

Есть ли выход? Да, и не один. Известны по крайней мере два - и оба опробованы на летающих прототипах. На сегодня со скоростью порядка 500 км/ч летали лишь две машины с горизонтальными винтами - и они как раз демонстрируют оба подхода.

Аппарат Sikorsky X2 - двухвинтовой. Вращаясь в противоположных направлениях, винты создают симметричную тягу, хотя тяга каждого может быть асимметрична.


Аппарат Eurocopter X3 - крылатый, с развитым горизонтальным оперением. Это почти самолёт. При больших скоростях подъёмную силу развивают крылья, а тягу несущего винта можно уменьшить почти до нуля. Преимущество "европейского" подхода перед "американским" - что при нулевой тяге несущего винта нет асимметричных нагрузок на вал.


А теперь посмотрите ещё раз на перспективный Камов - и усвойте, что он сочетает оба подхода: 2 винта и крылья!


При скорости 700 не думайте о нём как о вертолёте: это турбореактивный самолёт схемы утка. Винты ему на таких скоростях не нужны. У многовинтовых беспилотников и прототипов летающих такси по достижении "самолётных" скоростей винты останавливают в положении вдоль потока:


У "Ка" их остановить нельзя: лопасти слишком велики и не ломаются встречным потоком только благодаря центробежной силе. В самолётном режиме винты - балласт и аэродинамический тормоз. Зато машина двухвинтовой схемы должна очень уверенно чувствовать себя в переходных режимах и выдавать чудеса пилотажа.

/Так что полетит - если будет нужен. А название этому "Ка" можно дать Каа - в честь удава, гипнотизировавшего бандерлогов.


//Свидомые скептики, скачите:


Укры умеют в самолёты!


Наши предки дали миру крылья!


Антонов велик! велИк!


Мы достойны!


Обязательно вспомним!


ОЙ!!! Шоцэ просвистело???

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив