Літак і вертоліт, їх влаштування й
Принцип польоту літака і вертольота
Будь-яке тіло, що рухається в повітрі, безперервно відчуває з боку останнього протидію своєму руху. Тому, щоб просунути тіло, потрібно подолати опір, докласти деяку силу. Сила опору повітря, яку зустрічає рухається в ньому тіло, прямо пропорційна щільності повітря, площі тіла, квадрату швидкості руху і залежить від форми тіла, його гладкості і положення в повітряному потоці.
На підставі цього основного закону аеродинаміки можна встановити, що якщо тіл різної форми і розмірів, поміщеним в різну середу, надати одну і ту ж силу, то швидкість просування їх буде різною.
Якщо в потік повітря помістити тіла різної форми - пластинку, тіло з незграбними формами і каплевидної тіло, то виявиться, що чим більша різниця тисків спереду і ззаду їх, тим більше область завихрення, менше швидкість просування тел в повітрі і більше сила опору. Ця сила, спрямована прямо проти руху тіл, називається силою лобового опору, або лобовим опором.
При обтіканні тіла з незграбними формами потік гальмується менше, ніж при обтіканні пластинки, отже, меншими будуть і область зниженого тиску, і лобове опір (рис. 1).
Якщо ж в потік повітря помістити каплевидної тіло, що має більш досконалу аеродинамічну форму, то тиск попереду і ззаду цього тіла буде незначним, так як цівки повітря щільно обтікають його і майже не утворюють завихрень. При наявності таких тел для подолання лобового опору потрібно найменша сила. Зі сказаного стає зрозумілим, що в авіації вирішальне значення мають обтічні форми тіл, що створюють можливо малий опір і не викликають завихрень. До таких тіл перш
ставляться каплевидні і крилоподібної тіла. Крила в літаку є його основними частинами. Вони створюють підйомну силу і роблять можливим політ.
Розглянемо в загальних рисах причини виникнення підйомної сили (рис. 2). Нехай крило рухається в повітрі під деяким кутом атаки. Частинки повітря, вдаряючись об летить крило, будуть огинати як верхню, опуклу, так і нижню, плоску або злегка увігнуту, поверхню крила. В один і той же час струмків, оточуючий крило зверху, доводиться пройти більший шлях, ніж струмків, оточуючий крило знизу. Значить верхні цівки будуть рухатися з більшою швидкістю, ніж нижні.
Із закону Бернуллі випливає, що чим більше швидкість потоку, тим менше в ньому тиск. Тому над крилом створюється менший тиск, ніж під крилом. В результаті різниці тисків крило, з одного боку, як би підсмоктується вгору за рахунок зниженого тиску, а з іншого - підпирає теж вгору за рахунок підвищеного тиску. Внаслідок цього і виникає підйомна сила, що діє від низу до верху і спрямована перпендикулярно потоку повітря. На цій властивості крила і заснований політ літака і вертольота як апаратів важчих за повітря.
Підйомна сила у літака з'являється тільки в тому випадку, якщо він рухається з достатньою швидкістю. Щоб літак міг відірватися від землі, підйомна сила його крила повинна бути більше ваги літака.
Для того щоб літак міг рухатися в повітрі з певною швидкістю, він повинен весь час долати опір повітря, а при розгоні під час зльоту ще й тертя коліс об землю. Силою, що долає опір повітря і надає поступальну швидкість літака, є сила тяги повітряного гвинта, що обертається мотором.
До числа основних частин літака відносяться крила, корпус, органи стійкості і управління, органи для пересування і посадки, гвинтокорила група (рис. 3).
Крила є однією з найбільш важливих частин літака. Від форми в плані і в поперечному перерізі, а також від розмірів крил залежать льотні якості літака.
Літак типу моноплан має одне крило, а типу біплан - два крила. Верхні і нижні крила пов'язані між собою стійками. До верхнім і нижнім крил підвішені на шарнірах елерони. У плані крило літака з елеронів найчастіше має прямокутну форму з еліптичних заокругленням решт.
Корпус літака (фюзеляж) є основною частиною конструкції, з якої з'єднуються центроплан, крила, моторна установка, шасі і хвостове оперення. Крім того, він служить для розміщення корисного навантаження літака (пасажирів, вантажів і т. П.).
Органи стійкості і управління літаком складаються з елеронів і хвостового оперення.
Елерони є частиною крила і являють собою рухливі невеликі крильця, розташовані по кінцях крил літака. Елерони служать для збереження літаком поперечної стійкості і для нахилу його при поворотах навколо поздовжньої осі.
Хвіст літака складається з горизонтального і вертикального оперень. За їх допомогою літак зберігає в повітрі поздовжню стійкість, піднімається вгору, знижується і змінює напрямок польоту.
Горизонтальне оперення складається з стабілізатора - нерухомої частини, що забезпечує літаку поздовжню стійкість в польоті (у вертикальному напрямку), і рухомої частини - рулів висоти. Вони є органами управління літаком у вертикальній площині і служать для переведення його на підйом або зниження.
Вертикальне оперення складається з кіля, нерухомо з'єднаний з хвостовою частиною фюзеляжу і службовця для додання стійкості літака в польоті (в горизонтальному напрямку), рухомої частини - керма напряму, що є органом шляхової стійкості і керованості. При його допомозі можна змінити напрямок польоту літака вправо і вліво, т. Е. В горизонтальній площині.
Органи для пересування і посадки - це шасі з хвостовим або переднім колесом. Шасі літака є злітно-посадковим пристосуванням, необхідним для розбігу при зльоті, пом'якшення удару при посадці і поліпшення керованості при рулении на землі. У зимових умовах для запобігання від заривания в сніг встановлюється хвостова лижа (лижонок).
Посадка літака відбувається на три точки, наприклад на два передніх колеса і одне хвостове.
Керування літаком здійснюється за допомогою рулів висоти, керма напряму і елеронів, Основною вимогою, що пред'являються до літака в польоті, є стійкість і керованість щодо трьох осей (рис. 4), що проходять через центр ваги літака - поздовжньої осі ХХ1, поперечної осі УУ1 і вертикальної осі ZZ1, перпендикулярної цих осях. Керованість літаком навколо поздовжньої осі досягається елеронами, поперечної осі - кермом висоти, вертикальної осі - кермом напрямку. Для керування літаком служать штурвал і ножні педалі. Штурвал з'єднується з кермом висоти і елеронами, а ножні педалі - з кермом напрямку і хвостовим колесом. При відхиленні штурвала вліво піднімаються елерони лівих крил і опускаються елерони правих крил; при цьому літак отримує лівий крен. При взятті штурвала на себе піднімаються кермо висоти і літак йде на підйом. При подачі штурвала від себе літак піде на зниження.
Управління кермом напрямку здійснюється шляхом натискання ногою педалі. Наприклад, при натисканні правою ногою кермо повернеться направо і літак розгорнеться вправо.
Гвинтокорила група складається з мотора, повітряного гвинта, моторної рами, системи бензо- і маслопітанія і управління мотором. Повітряний гвинт літака має кілька лопат правого обертання (за годинниковою стрілкою).
Застосовувані літаки і вимоги до них
До літаків, застосовуваним для аерофотозйомки лісів і в лісовому господарстві, пред'являються різні вимоги.
У лісовому господарстві для охорони лісів від пожеж, їх гасіння, аеротаксаціі лісів, Авіахімічна боротьби зі шкідливими комахами і інших робіт найбільше застосування отримали літаки ЯК-12 і АН-2. Літак ПО-2 знятий з виробництва.
Літак ЯК-12 - моноплан, із закритою, але добре заскленої кабіною, вміщує чотирьох осіб, включаючи льотчика. Зручний для аеровізуальних спостережень, має хороший огляд і невелику швидкість польоту - 90-150 км / ч. Крупно-і середньомасштабні аерофотозйомка з нього можлива тільки для лісогосподарських цілей за умови невисоких вимог щодо суворого дотримання висоти польоту і кута нахилу аерознімків.
Літак АН-2 широко використовується для авіаційної охорони лісів від пожеж, їх гасіння, Авіахімічна боротьби зі шкідливими комахами, транспорту людей і вантажів, а також для аерофотозйомки. У кабіні його вільно розміщуються два аерофотоапарата, спеціальне до них обладнання, в тому числі радіовисотомір, статоскоп, і інші прилади, і екіпаж до б людина. Це дозволяє одночасно виробляти аеровізуальні спостереження над лісовими масивами. При хорошій стійкості в повітрі, крейсерській швидкості 130-210 км / ч придатний для середньо- і великомасштабної аерофотозйомки. Огляд у нього для аеровізуальних спостережень гірше, ніж у ЯК-12.
Літаки ЧИ-2 і ІЛ-12 обладнані найбільш досконалими пілотажними і аеронавігаційними приладами, мають великою вантажопідйомністю та швидкістю польоту (230-400 км / ч), практичної висотою польоту до 5000 м, що дозволяє застосовувати їх для дрібно- і середньомасштабні аерофотозйомки.
До числа специфічних вимог до аерофотознімальних літаків слід віднести:
1. Необхідність мати достатні розміри кабіни, що дозволяють розмістити аерофотоаппарати і все обладнання до них (радіовисотомір, статоскопа і контрольні прилади) і створювати можливість управління ними в польоті і усунення дрібних несправностей.
2. Можливість гарного огляду для аерос'емщіка вперед, в сторони і вниз.
3. Здатність швидко набирати висоту до 6000 м, володіти крейсерською швидкістю до 350 км / год, мати запас пального на 6-8 ч польоту.
4. На заданому режимі горизонтального польоту літак повинен мати гарну поздовжньої, поперечної та колійної стійкістю, щоб забезпечити вимоги, що пред'являються до геометричного якості фотографічного зображення місцевості.
Для авіаційного обслуговування лісового господарства необхідно мати літаки як легкого типу, зручні для аеровізуальних спостережень, з великим діапазоном швидкості - від 80 до 200 км / год, що дозволяють виробляти польоти на низькій висоті, так і важкі літаки з вантажопідйомністю в кілька тонн, здатні перевозити вантажі , робочих, парашутистів, різні механізми і разом з тим придатні для посадки і зльоту з невеликих площ.
Вертоліт - літальний апарат важчий за повітря. Іноземне назва його - «гелікоптер», що походить від грецьких слів h # 233; licos (гвинт) і pteron (крило), т. Е. Гвинтокрилий. Російська назва «вертоліт» вказує на основну особливість цього літального апарату - «вертикальний політ».
Вертоліт здатний злітати вертикально, прямо з місця, сідати також вертикально, без пробігу. В повітрі він може рухатися в будь-якому напрямку, може нерухомо висіти як над пологом лісу, так і на висоті кількох сотень метрів. Вертоліт може виробляти посадку на галявину серед лісу, на сухе безлісне болото і т. Д. Злітні і посадочні швидкості, довжина розбігу і пробігу дорівнюють нулю, тому вертоліт не потребує спеціальних аеродромах, він є представником безаеродромного авіації. Вертоліт має великий діапазон швидкостей - від 0 до 150-200 км / год. Завдяки цим властивостям він є незамінним засобом зв'язку, транспорту, для виконання різних завдань при дослідженні малодоступних місць в необжитих умовах Півночі і Сибіру.
До основних частин вертольота відносяться; несучий гвинт, корпус, двигун, трансмісія, система управління вертольотом, рульовий (хвостовий) гвинт і шасі (рис. 5).
Несучий гвинт у вертольота грає роль крила. Він приводиться в обертання двигуном і служить для створення підйомної сили і тяги. Крім того, несучий гвинт є органом управління вертольотом. На вертольотах застосовуються несучі гвинти з трьома-чотирма довгими і вузькими (діаметром 15-20 л і більше) лопатями. Лопаті несучого гвинта можуть повертатися щодо своєї осі в осьовому шарнірі.
Управління рухом вертольота по вертикалі здійснюється шляхом зміни обертів несучого гвинта або кута установки лопатей. При збільшенні швидкості обертання гвинта або кута установки лопатей підйомна сила зростає і вертоліт піднімається. Якщо обороти гвинта падають або зменшується кут установки, то убуває підйомна сила і вертоліт знижується. Коли підйомна сила повністю врівноважується польотним вагою вертольота, то він «висить» в повітрі, не знижуючись і не піднімаючись. Як тільки підйомна сила перевищить вага вертольота, він піднімається. Обертаючись, несучий гвинт прагне повернути вертоліт в сторону, протилежну обертанню гвинта, т. Е. Створюється реактивний момент. Для врівноваження його використовується рульової гвинт, який при обертанні створює тягу і врівноважує кручення.
Корпус вертольота виконує ті ж функції, що і у літака. Він пов'язує всі частини в одне ціле. У ньому розміщуються двигун, система управління, спеціальне обладнання, механізм трансмісії, кабіна для пілота і вантажу.
Силова установка і трансмісія. На сучасних вертольотах застосовуються звичайні поршневі двигуни внутрішнього згоряння з повітряним охолодженням, авіаційні турбіни і турбореактивні двигуни.
Для того щоб передати потужність двигуна на несучий і хвостовій гвинти, застосовують спеціальний механізм, званий трансмісією.
Управління, наприклад Одногвинтові вертольотом, складається з трьох систем; управління несучим гвинтом, управління рульовим гвинтом і управління газом двигуна.
Управління несучим гвинтом здійснюється ручкою управління звичайного літакового типу за допомогою автомата-перекосу і важелем «крок-газ». Управління рульовим гвинтом здійснюється звичайними педалями ножного управління. Управління двигуном виконується тим же важелем «крок-газ», яким керується і несучий гвинт.
Важіль «крок-газ» називається так тому, що при його переміщенні одночасно змінюються крок гвинта і потужність (газ) двигуна. Наприклад, при русі важеля «крок-газ» вниз установчі кути або крок лопаті несучого гвинта будуть зменшуватися, зменшиться при цьому і потужність двигуна. Отже, вертоліт почне знижуватися.
Хвостовий гвинт встановлюється тільки на одногвинтових вертольотах. Він врівноважує реактивний момент несучого гвинта і здійснює колійне управління, т. Е. Використовується для виконання повороту.
Шасі служить для погашення можливих ударів, поштовхів при приземленні і опорою при стоянці. Шасі буває колісне, поплавковое і Полозкова.
На легких вертольотах зазвичай буває три колеса, а на важких - чотири.
Вертольоти розрізняються за кількістю несучих гвинтів, їх розташуванню, способом приводу обертання. Відповідно до цих ознак вертольоти бувають Одногвинтові з рульовим гвинтом, з двома несучими гвинтами, розташованими співвісно, з двома поздовжньо розташованими гвинтами, з двома поперечними розташованими несучими гвинтами, з реактивним приводом несучого гвинта і ін. (Рис. 6).
Найбільш поширеними є одногвинтові вертольоти з рульовим гвинтом конструкції М.Л, Миля (МІ-1, МІ-4, МІ-6, В-2, В-8 та ін.). Вони прості за конструкцією і в управлінні. Недоліками їх є довгий хвіст (великі габарити) і значна втрата потужності (до 10%) на роботу рульового гвинта.
У вертольотів соосной конструкції обидва гвинта знаходяться на одній осі, один під іншим. Вал верхнього гвинта проходить всередині порожнього вала нижнього гвинта. За рахунок обертання несучих гвинтів в протилежних напрямках погашається реактивний момент. Ці вертольоти мають невеликі розміри, мала вага, хорошу керованість і маневреність,
До недоліків співвісних вертольотів відносяться втрата потужності нижнім несучим гвинтом, що працює в струмені повітря, відкинутого верхнім гвинтом, і труднощі розрахунку при конструюванні.
За цією схемою створюються легкі вертольоти Н.І. Камова: одномісні КА-10, двомісні КА-15 та чотиримісні КА-18.
У вертольотів з двома поздовжньо розташованими несучими гвинтами один гвинт знаходиться над носовою частиною фюзеляжу, а інший - над хвостовій. Гвинти обертаються в протилежні сторони для взаємного погашення реактивного моменту. Недоліком їх є те, що задній гвинт працює в повітряному середовищі, попередньо обуреної переднім гвинтом, а це зменшує коефіцієнт його корисної дії.
Гвинти у вертольотів з двома поперечними розташованими несучими гвинтами укріплені на спеціальних балках з боків фюзеляжу. Обертаючись в протилежних напрямках, вони створюють хорошу поперечну стійкість.