Вирпильское #8 - Винтокрылые машины

Пора завязывать с космосом (а также разлагающимися стюардесами) и возвращаться к атмосферной (которая теплая и ламповая) авиации. Как насчет вертолетов?)


Как летают самолеты, думаю, всем здесь собравшимся известно. Но вертолеты - это особая магия, заключающаяся в несущем винте. Именно эта магия заставляет вертолет подниматься в небо и летать, а заклинание "автомат перекоса", он же "циклический шаг" позволяет управлять вектором тяги магии несущего винта и обеспечивает вполне себе управляемый полет. Но у несущего винта есть свои недостатки - всем известный реактивный момент винта, который можно и нужно компенсировать хвостовым винтом или вторым несущим винтом, вращающимся в другую сторону. Кроме того, в список недостатков можно причислить гироскопический момент винта, завал конуса несущего винта под действием косой обдувки и срыв потока с отстающей лопасти на критической скорости: последнее определяет максимальную скорость вертолета. При этом стоит заметить, что в классической схеме с рулевым винтом все эти же недостатки присущи и рулевому винту, а в соосниках завал конуса винтов идет в разные стороны соответственно направлению вращения винта и в определенный момент лопасти могут столкнуться - называется эта беда "перехлест лопастей несущих винтов". Кроме того, именно вертолетам присущ мощный дебафф под названием "вихревое кольцо" - режим полета, в котором возникает обратное обтекание лопасти, из-за чего последняя вместо создания подъемной силы начинает тянуть вниз. Сам дебафф накладывается на неаккуратных пилотов, допускающих слишком высокую вертикальную скорость снижения, но избранные также могут поймать вихревое кольцо рулевого винта (в свою очередь это накладывает ограниченя на полеты боком на классической схеме).
Юный летчик, если тебя заинтересовала вся эта черная магия - рекомендую книжку "Практическая аэродинамика вертолетов" Ромасевича ;)

Собрав все это в кучу и прицепив в корпусу, мы и получим вертолет - весьма неустойчивую штуку с парой громадных гироскопов над головой (или одним большим гироскопом над головой и одним гироскомом в заднице), равновесие полета которой "легко потерять, трудно найти и невозможно забыть" (с): одним неаккуратным движением руки можно превратить стабильный уравновешенный прямолетящий вертолет в адскую машину смерти, пикирующую навстречу земле :) Поэтому, пересев с какого-нибудь ла-5 на ми-8, можно получить самый настоящий когнитивный диссонанс: где это видано, чтобы при добавлении "газа" самолет начинал разворачиваться вправо! А при даче правой педали начинал крениться влево! А уж отказ рулевого винта это ж вообще карусель смерти!
На самом деле тут никакой магии - при изменении шага несущего винта меняется его реактивный момент и соответственно его надо компенсировать рулевым винтом, тобишь педалью, при плоских разворотах кренящий момент обеспечивается гироскопическим моментом рулевого винта, ну а в инструкции к "карусели смерти" четко написано: при посадке на атракцион необходимо перекреститься, убрать шаг и газ и начать снижение в режиме самовращения несущих винтов с последующим отключением двигателей перед посадкой. Как-то так:

Просто при управлении вертолетом приходится все эти "мелочи" учитывать и своевременно компенсировать. В результате моторика управления вертолетом кардинально отличается от самолетной. Добавив к этому многочисленные системы, присущие современной авиации - и мозг ньюфага и любителя поршневой авиации будет окончательно взорван :) Хотя по факту системы управления оружием, автопилот и прочие плюшки созданы для повышения эффективности летчика. С одной стороны, конечно они весьма сложны и с ними так лень разбираться, с другой стороны, освоив их, можно заявить вертолету "я не хочу никуда лететь, я хочу пиу-пиу!" - и вертолет ответит "Okay, система стабилизации высоты включена, автомат висения включен, лазерный дальномер включен, баллистический компьютер активен, цель захвачена - нажмите, пожалуйста, на гашетку для нагиба."

Кроме того, вертолетам могут быть присущи другие неожиданные особенности:


"Баг!", говорите вы?) А Bell заявляет, что это фича:

tl;dr: по всей видимости, белл поставили фиговый ограничитель угла наклона ротора и в некоторых случаях (в частности, при околонулевых перегрузках и разгрузке несущего винта) держатель лопастей начинает бить в вал несущего винта, деформируя и раскалывая его. Честно говоря, когда я узнал об этой "фиче" - два дня ходил офигевший от сумеречного американского гения :)


После всех перечисленных ужасов классической схемы соосники кажутся няшками. У них нет рулевого винта и соответственно он не может отказать, гироскопические моменты винтов обычно уравновешивают друг друга, соответственно машина отзывается "понятнее" на движения РУСа (пардон, РУВа :) ), РУДа РОШа и педалей. Разве что при полетах на больших скоростях, как и на классике, есть стремление к правому крену и сопутствующему левому скольжению - это связано с тем, что хоть и у обоих винтов есть кренящий момент опережающей лопасти, кренящий момент верхнего винта больше банально потому, что винт находится дальше от центра масс и соответственно больше плечо. Саму суть опережающей и отстающей лопасти проще объяснить на картинке:

Парировать этот крен и скольжение можно соответственно РУСом и педалями, однако если на классике чрезмерное парирование или превышение допустимой скорости ведет только к срыву потока с отстающей лопасти с вытекающими, но устранимыми спецэффектами (неуправляемый крен, пикирование), то на сооснике чрезмерные рывки РУСа влево или пинки правой педали ведут к перехлесту несущих винтов. Пожалуй, это единственный существенный недостаток соосной схемы, который легко устраняется пониманием причин перехлеста и вниманием к срабатываемому сигналу "Максимальная скорость превышена" и к "Зебре" ака "Падение оборотов несущих винтов" - обычно это указывает на опасное сближение лопастей. Взамен мы получаем более простое управление без замысловатых перекрестных связей "шаг - рысканье" или "рысканье - крен", отсутствие ограничений по боковым скольжениям, которые приносит рулевой винт, меньшие габариты и в частности отстутсвие длинной хвостовой балки и большую маневренность вертолета. Добавьте к этому неможко брони, 30мм пушку 2А42 от БМП, ПТУРы и соответствующую автоматику управления оружием и полетом - и получите легендарную чОрную акулу Ка-50, мой любимый вертолет :)


Кстати говоря, на соосник можно поставить катапульту, что и было сделано на ка-50 и ка-52. На классику катапульты не ставят, одна из причин - после отстрела лопастей несущего винта вертолет перевернется пузом вверх за секунду-две. Это связано именно с наличием рулевого винта - его тяга из-за инерции привода рулевого винта и при отказе двигателей не сразу пропадает, в результате чего вертолет начинает разворачиваться и крениться. А уж в условиях, когда двигатель исправно крутит рулевой винт, а несущий винт, уравновешивающий рулевой (или наоборот) резко пропал - все гораздо хуже. Ну а кабрирующий момент рулевого винта только добавит радости летчикам в виде отвесного пикирования в зелмю. Испытания проводились на ми-4 в частности:
http://www.net-film.ru/film-22318/

В результате испытаний не стали заморачиваться с отстрелом хвоста или разрывом вала рулевого винта, а начили пилить пассивные системы защиты - амортизирующее шасси, специальные кресла и так далее. Ясное дело, что это хуже катапульты и что на ми-28 уже двое летчиков погибло при трех происшествиях - но таковы текущие реалии и не только у нас, но и в мировом вертолетостроении.