2 винтовые вертолеты. Американские военные вертолеты

Среди большого количества схем вертолетов, разработанных до сих пор, широко распространена схема с двумя соосно расположенными несущими винтами, которая впервые была применена М. В. Ломоносовым на его «аэродромической машинке». Оба несущих винта в этой схеме находятся на одной оси, один под другим. Вал верхнего винта при этом проходит внутри полого вала нижнего винта. Винты вращаются в противоположных направлениях, поэтому на фюзеляж передаются два реактивных момента, взаимно уравновешивающих друг друга. Вертолеты, построенные по этой схеме, обладают хорошей маневренностью.

В частности, за счет изменения углов установки лопастей одного из винтов по сравнению с установочными углами лопастей другого винта (дифференциальное изменение общего шага винтов) достигается разность в их реактивных моментах, которая, передаваясь на фюзеляж, поворачивает вертолет в ту или иную сторону. Продольное и поперечное управление и управление подъемом и спуском будут описаны ниже. Сейчас заметим только, что принципы такого управления одинаковы для большинства вертолетов.

Вертолет с двумя винтами

В России по этой схеме был построен вертолет еще в 1907 г. конструктором Антоновым. Впоследствии эту схему применяли во многих странах. Современный вертолет конструкции II. И. Камова создан также по двухвинтовой соосной схеме.

Основными преимуществами вертолетов, построенных по этой схеме, являются их малый размер и небольшой вес. Это достигается отсутствием длинной хвостовой балки для установки рулевого винта н длинных валов для передачи крутящего момента от двигателя на винты, так как винты установлены на одной вертикальной оси почта рядом.

Любопытно отметить, что все вертолеты весом до 800 кг построены по двухвинтовой соосной схеме. Возможно, что именно такие вертолеты станут в недалеком будущем широко распространенными летательными аппаратами индивидуального пользования.

Эта схема, как и любая другая, не лишена недостатков. Так, вследствие того, что нижний винт работает в струе воздуха, отброшенной и закрученной верхним винтом, ухудшаются условия его работы и затруднен расчет винта при проектировании.

Вертолет с двумя продольно расположенными несущими винтами

Схема вертолета с продольно расположенными несущими винтами впервые была предложена Н. И. Сорокиным. Согласно этой схеме, один винт располагается над носовой частью фюзеляжа, а второй - над хвостовой. Оба винта могут приводиться во вращение одним или двумя двигателями. Направление вращения винтов противоположное для взаимного погашения реактивных моментов.

По этой схеме выгодно строить тяжелый многоместный вертолет, так как фюзеляж такого вертолета оказывается удобным помещением для грузов и пассажиров и, кроме того, вертолет этой схемы имеет хорошую продольную управляемость и допускает значительное изменение положения центра тяжести вдоль оси фюзеляжа. Так, если вертолет будет опускать нос, т. е. центр тяжести переместился вперед, то создастся пикирующий момент, который легко может быть устранен увеличением тяги носового винта при соответствующем уменьшении тяги винта, установленного в хвосте. При перемещении центра тяжести паза- мы должны будем увеличить тягу винта, установленного в хвосте, и уменьшить тягу носового винта.

Преимущество вертолета, построенного по этой схеме, состоит в том, что он имеет малое поперечное сечение фюзеляжа, а следовательно, малое вредное сопротивление, что позволяет летать с наибольшими скоростями.

Недостаток вертолета, построенного по этой схеме, в том, что задний винт при полете вертолета вперед работает в воздухе, предварительно возмущенном передним винтом, а это уменьшает его коэффициент полезного действия.

Показана модель вертолета с двумя продольно расположенными винтами. Лопасти несущих винтов вертолета для облегчения ангарного хранения могут быть изготовлены складывающимися над фюзеляжем, что сильно уменьшает габарит вертолета.

Синхроптер можно отнести к самым необычным и малочисленным представителям всего семейства винтокрылых машин. Синхроптер, или синхрокоптер, - это вертолет двухвинтовой поперечной схемы, обладающий большим перекрытием перекрещивающихся друг с другом несущих винтов. Данная необычная схема была придумана Антоном Флеттнером в Германии в конце 1930-х годов. Впервые схема была применена на практике в вертолете Fl 265, который создавался по заказу Кригсмарине.

Свой первый полет вертолет Fl 265 совершил в мае 1939 года, всего было выпущено 6 таких машин. Его преемник - вертолет Fl 282 «Колибри», также построенный по схеме синхроптера, совершил первый полет в октябре 1941 года. Этих вертолетов выпустили уже побольше - около 24 экземпляров. В 1945 году Чарльз Каман, который является основателем компании Kaman Aircraft, построил первый американский синхроптер, получивший обозначение Kaman K-125. В дальнейшем компания Kaman Aircraft занималась выпуском серийных синхроптеров, и в настоящее время она является единственным серийным производителем вертолетов данного типа в мире.

В вертолетах, построенных по схеме синхроптера, втулки винтов располагаются на небольшом расстоянии, если сравнивать с диаметром самих винтов. При этом винты вращаются в противоположных направлениях, а оси вращения валов расположены под углом друг к другу, плоскости вращения винтов пересекаются. Синхронизация вращения винтов происходит за счет наличия жесткой механической связи между их валами, что гарантирует предотвращение столкновения крутящихся лопастей в полете. Считается, что использование данной схемы упрощает управление летательным аппаратом в режиме висения или полета на малой скорости, а также позволяет экономить горючее за счет отказа от передачи вращения на хвостовой винт.

Kaman HH-43В Huskie

Немецкие синхроптеры Fl 265 и Fl 282

Поработав над вариантами различных схем несущих винтов, немецкий конструктор Флеттнер создал собственную: два пересекающихся винта. Эту схему он впервые опробовал на своем вертолете Fl.265. Данная экзотическая схема стала основной для всех вертолетов Флеттнера в предвоенные и военные годы. В 1937 году был создан первый проект вертолета с перекрещивающимися несущими винтами противоположного вращения, а в 1938 году немецкий флот оформил заказ на постройку 6 таких вертолетов, получивших обозначение Fl.265. Это был одноместный летательный аппарат, с носовым креплением силовой установки, в роли которой использовался двигатель Bramo Sh-14А мощностью 119 кВт с охлаждающим вентилятором. Два перекрещивающихся несущих винта монтировались на наклонных стойках и были снабжены демпферами.

Первый опытный образец нового вертолета совершил полет в мае 1939 года. В августе того же года вертолет, выполненный по схеме синхроптера, совершил свой первый полет в режиме авторотации. Позднее данная машина попала в аварию, когда ее винты перехлестнулись между собой в полете. Но несмотря на это, следующая машина Fl.265-V2 прошла довольно широкомасштабные флотские испытания на Балтике и Средиземном море. При этом полеты совершались с палубы кораблей, и даже отрабатывалась посадка на подводную лодку. На испытаниях был потерян еще один вертолет. Несмотря на это машина была признана пригодной для использования в роли разведчика и противолодочного средства. Прорабатывалось и использование синхроптера вермахтом - для буксировки через речные преграды лодок и установки перекидных мостиков.

Хотя данный вертолет в целом показал себя довольно хорошо, без проблем мог войти и выйти из режима авторотации, некоторые сомнения вызывала уязвимость машины. По информации сайта airwar.ru, в Германии были проведены учебные бои с использованием синхроптера Fl.265 и истребителя Bf.109E. Результаты 20-минутного воздушного боя фиксировались на кинопулемет и не показали ни одного поражения вертолета, который мог легко уклониться от атаки, используя свою маневренность. В 1940 году решение о развертывании серийного выпуска Fl.265 было готово, но к этому моменту подоспел новый вертолет Флеттнера Fl.282, который был уже двухместным, и все внимание и работы были переключены на него.

Вертолет Fl.282 «Колибри» изначально задумывался двухместной машиной (пилот и наблюдатель), что существенно должно было повысить его достоинства в качестве разведывательного аппарата. При этом место наблюдателя находилось сразу за стойками винтов, а сидел он лицом назад. Такое его положение позволяло совершать полеты без пассажира, не нарушая центровки аппарата. Проект нового вертолета был готов к июлю 1940 года. Впервые в практике Флеттнера двигатель был размещен в средней части фюзеляжа. В результате использования такого решения летчик получал отличный обзор. Охлаждение двигателя происходило через открытую нижнюю часть фюзеляжа с помощью деревянного вентилятора. Запуск двигателя производился с помощью продувки цилиндров сжатым воздухом. При этом двигатель работал на трансмиссию, которая обеспечивала вращение двух независимых валов винтов, которые имели устройства отсоединения от мотора и тормоз. Используемые на вертолете два двухлопастных винта были синхронизированы таким образом, чтобы их лопасти оказывались параллельными при угле поворота 45 градусов. При этом угол установки винтов составлял 12 градусов в сторону от фюзеляжа и 6 градусов вперед.

«Колибри» оказался наиболее доведенным до ума и самым летающим вертолетом Третьего рейха. Данная машина смогла пройти полный комплекс испытаний. Основная часть этой работы легла на плечи пилота-испытателя Ганса Фуйстинга, который не только испытывал вертолет, но и подготовил на него 50 пилотов. При этом один из новичков погиб во время выполнения слепого полёта в условиях облачности. Причиной данной аварии признали превышение разрешенной скорости пикирования, которая для Fl.282 составляла 175 км/ч. В случае возникновения такой необходимости синхроптер мог садиться и в режиме авторотации без применения автомата управления шагом винтов, хотя во время совершения одной из таких посадок был поврежден хвост летательного аппарата.

Новый вертолет оказался довольно маневренной машиной и был устойчив в полете. На скорости полета 60 км/ч летчик мог позволить себе бросить управление. На меньших скоростях полета сказывалась некоторая продольная неустойчивость вертолета, особенно на скорости 40 км/ч. К небольшим недостаткам этого синхроптера можно было отнести и наличие небольшой вибрации на земле, которая исчезала сразу же после совершения взлета. Хотя конструкция некоторых узлов Fl.282 была на тот момент излишне тяжелой и сложной, в целом данный вертолет оказался хорошо продуманным летательным аппаратом. В ходе проведения испытаний один из образцов налетал 95 часов без замены каких-либо узлов. А установленный на синхроптер Fl.282 двигатель обладал ресурсом в 400 часов между переборками.

Успех испытаний «Колибри» позволил военным заказать сразу 1000 таких машин. Но бомбардировки союзников, которые вывели из строя заводы БМВ и «Флеттнера», расположенные в Йохаништале, позволили собрать всего 24 таких вертолета опытной серии. Из них после войны союзникам досталось 3 таких машины. Вертолеты Fl.282-V15 и V23 были захвачены американцами, а третий достался СССР. В течение некоторого времени захваченная машина использовалась, как учебное пособие на кафедре вертолетостроения в МАИ.

Современный синхроптер K-Max

К современным моделям синхроптеров можно отнести разработку американской компании Kaman Aerospace - K-Max. В июне 2015 года как раз появилась информация о том, что компания готова возобновить выпуск своего синхроптера, об этом сообщает Aviation Week. Готовящаяся к открытию производственная линия предприятия будет использоваться для серийного выпуска как пилотируемых, так и беспилотных версий данного вертолета. Предполагается, что поставки первых синхроптеров новой сборки заказчикам будут осуществлены в 2017 году. По информации компании Kaman Aerospace, в настоящее время уже получены заказы от двух фирм. В частности, заказ на две машины был размещен швейцарской компанией Rotex Hellicopters. В парке данной компании уже есть подобные машины, их швейцарцы используют для расчистки завалов. Вторым заказчиком этих необычных вертолетов выступила американская компания Helicopter Express, которая использует K-Max для тушения пожаров и перевозки грузов.

Производство синхроптеров K-Max, которые также известны как K-1200, осуществлялось компанией Kaman Aerospace с 1991 года по 2003 год. В 1994 году вертолет получил сертификат летной годности Федерального управления гражданской авиации США. За это время на предприятии было изготовлено примерно 40 данных летательных аппаратов, большую их часть купил Корпус морской пехоты армии (КМП) США. Помимо этого вертолеты были поставлены сухопутным войскам Колумбии и гражданским компаниям из Швейцарии, Германии, Перу и Новой Зеландии. Особенностью вертолета K-Max, как нетрудно догадаться, является поперечное расположение двух несущих винтов, плоскости вращения которых расположены под углом друг к другу и пересекаются. Вращение винтов синхронизировано и осуществляется в противоположных направлениях.

Синхроптер K-Max при длине 15,8 метра и высоте 4,14 метра оснащается винтами, диаметр которых составляет 14,7 метра. Собственная масса вертолета K-MAX составляет 2334 кг, а максимальная взлетная масса - 5443 кг. Вертолет в состоянии транспортировать до 2720 кг различных грузов, что больше веса самой машины. При этом K-Max может развивать в полете скорость до 185 км/ч и совершать перелеты на расстояние до 500 км. В настоящее время на базе данной машины создается грузовой беспилотник, испытания которого КМП США проводил, начиная с 2011 года, в Афганистане. В то же время базовые версии вертолета K-MAX предназначались для пожаротушения, использования на лесоразработках и для решения других задач.

Возобновленное производство вертолетов будет осуществляться на предприятиях компании Kaman Aerospace, расположенных в Джэксонвилле (штат Флорида) и Блумфилде (штат Коннектикут). Согласно оценкам предприятия-изготовителя, продажа первых 10 таких вертолетов позволит получить доход в размере от 75 до 85 миллионов долларов. При этом сообщается, что возобновление производства не потребует от компании существенных финансовых вложений и новые машины заказчики начнут получать с 2017 года.

По информации ЦАМТО, еще в марте 2007 года компании «Каман» и «Локхид Мартин» подписали соглашение о создании совместного предприятия по разработке беспилотника, созданного на базе синхроптера K-MAX. При этом «Локхид Мартин» выступила основным подрядчиком и интегратором систем управления машины, а компания «Каман» отвечала за выпуск платформы. Начиная с ноября 2011 года и по май 2014 года два беспилотных аппарата, созданных на базе K-MAX, довольно успешно испытывались в Афганистане. Всего они совершили там 2000 вылетов, проведя в воздухе 2150 часов. За это время с помощью беспилотных K-MAX американские военные доставили в интересах Корпуса морской пехоты США 2,04 миллиона килограммов различных грузов.

Источники информации:
http://www.airwar.ru/enc/oh/fl282.html
http://www.airwar.ru/enc/oh/fl265.html
https://nplus1.ru/news/2015/06/08/kaman
http://panzerbar.livejournal.com/2095959.html
Материалы из открытых источников

За последнее время в мире вертолетной техники произошло несколько значимых событий. Американская компания Kaman Aerospace объявила о намерении возобновить производство синхроптеров, Airbus Helicopters пообещала разработать первый гражданский вертолет с электродистанционным управлением, а немецкая e-volo - испытать 18-роторный двухместный мультикоптер. Чтобы не запутаться во всем этом разнообразии, мы решили составить краткий ликбез по основным схемам вертолетной техники.

Впервые идея летательного аппарата с несущим винтом появилась около 400 года нашей эры в Китае, однако дальше создания детской игрушки дело не пошло. Всерьез инженеры взялись за создание вертолета в конце XIX века, а первый вертикальный полет нового типа летательного аппарата состоялся в 1907 году, спустя всего четыре года после первого полета братьев Райт. В 1922 году авиаконструктор Георгий Ботезат испытал вертолет-квадрокоптер, разработанный по заказу Армии США. Это был первый в истории устойчиво управляемый полет техники такого типа. Квадрокоптер Ботезата сумел взлететь на высоту пяти метров и провел в полете несколько минут.

С тех пор вертолетная техника претерпела множество изменений. Появился класс винтокрылых летательных аппаратов, который сегодня делится на пять типов: автожир, вертолет, винтокрыл, конвертоплан и X-крыло. Все они отличаются конструкцией, способом взлета и полета, управлением несущим винтом. В этом материале мы решили рассказать именно о вертолетах и их основных типах. При этом за основу была взята классификация по компоновке и расположению несущих винтов, а не традиционная - по типу компенсации реактивного момента несущего винта.

Вертолет является винтокрылым летательным аппаратом, у которого подъемная и движущая силы создаются одним или несколькими несущими винтами. Такие винты располагаются параллельно земле, а их лопасти устанавливаются под определенным углом к плоскости вращения, причем угол установки может изменяться в достаточно широких пределах - от нуля до 30 градусов. Установка лопастей на ноль градусов называется холостым ходом винта или флюгированием. В этом случае несущий винт не создает подъемной силы.

Во время вращения лопасти захватывают воздух и отбрасывают его в направлении, противоположном движению винта. В результате перед винтом создается зона пониженного давления, а за ним - повышенного. В случае вертолета так возникает подъемная сила, которая очень похожа на образование подъемной силы фиксированным крылом самолета. Чем больше угол установки лопастей, тем большую подъемную силу создает несущий винт.

Характеристики несущего винта определяются двумя основными параметрами - диаметром и шагом. Диаметр винта определяет возможности вертолета по взлету и посадке, а также отчасти величину подъемной силы. Шаг винта - это воображаемое расстояние, которое воздушный винт пройдет в несжимаемой среде при определенном угле установки лопастей за один оборот. Последний параметр влияет на подъемную силу и скорость вращения ротора, которую на большей части полета летчики стараются держать неизменной, меняя только угол установки лопастей.

При полете вертолета вперед и вращении несущего винта по часовой стрелке, набегающий поток воздуха сильнее воздействует на лопасти с левой стороны, из-за чего возрастает и их эффективность. В результате левая половина окружности вращения винта создает большую подъемную силу, чем правая, и возникает кренящий момент. Для его компенсации конструкторы придумали - это особая система, которая уменьшает угол установки лопастей слева и увеличивает его справа, выравнивая таким образом подъемную силу по обе стороны винта.

В целом, вертолет имеет несколько преимуществ и несколько недостатков перед самолетом. К преимуществам относится возможность вертикального взлета и посадки на площадки, диаметр которых в полтора раза превосходит диаметр несущего винта. При этом вертолет может на внешней подвеске перевозить крупногабаритные грузы. Вертолеты отличаются и лучшей маневренностью, поскольку могут висеть вертикально, лететь боком или задом-наперед, поворачиваться на месте.

К недостаткам же относятся большее, чем у самолетов, потребление топлива, большая инфракрасная заметность из-за горячего выхлопа двигателя или двигателей, а также повышенная шумность. Кроме того, вертолетом в целом сложнее управлять из-за ряда особенностей. Например, летчикам вертолетов знакомы явления земного резонанса, флаттера, вихревого кольца, эффекта запирания несущего винта. Эти факторы могут приводить к разрушению или падению машины.

У вертолетной техники любых схем существует режим авторотации. Он относится к аварийным режимам. Это означает, что при отказе, например, двигателя несущий винт или винты при помощи обгонной муфты отсоединяются от трансмиссии и начинают свободно раскручиваться набегающим потоком воздуха, тормозя падение машины с высоты. В режиме авторотации возможна управляемая аварийная посадка вертолета, причем вращающийся несущий винт через редуктор продолжает раскручивать рулевой винт и генератор.

Классическая схема

Из всех типов вертолетных схем сегодня самой распространенной является классическая. При такой схеме машина имеет только один несущий винт, который может приводиться в движение одним, двумя или даже тремя двигателями. К этому типу, например, относятся ударные AH-64E Guardian, AH-1Z Viper, Ми-28Н, транспортно-боевые Ми-24 и Ми-35, транспортные Ми-26, многоцелевые UH-60L Black Hawk и Ми-17, легкие Bell 407 и Robinson R22.

При вращении несущего винта на вертолетах классической схемы возникает реактивный момент, из-за которого корпус машины начинает раскручиваться в сторону, противоположную вращению ротора. Для компенсации момента используют рулевое устройство на хвостовой балке. Как правило им является рулевой винт, но это может быть и фенестрон (винт в кольцевом обтекателе) или несколько воздушных сопел на хвостовой балке.

Особенностью классической схемы являются перекрестные связи в каналах управления, обусловленные тем, что рулевой винт и несущий приводятся одним и тем же двигателем, а также наличием автомата перекоса и множества других подсистем, ответственных за управление силовой установкой и роторами. Перекрестная связь означает, что при изменении какого-либо параметра работы воздушного винта, поменяются и все остальные. Например, при увеличении частоты вращения несущего винта возрастет и частота вращения рулевого.

Управление полетом осуществляется наклоном оси вращения несущего винта: вперед - машина полетит вперед, назад - назад, вбок - вбок. При наклоне оси вращения возникнет движущая сила и уменьшается подъемная. По этой причине для сохранения высоты полета летчику необходимо менять и угол установки лопастей. Направление полета задается изменением шага рулевого винта: чем он меньше, тем меньше компенсируется реактивный момент, и вертолет поворачивает в сторону, противоположную вращению несущего винта. И наоборот.

В современных вертолетах в большинстве случаев управление полетом по горизонтали осуществляется при помощи автомата перекоса. Например, для движения вперед летчик при помощи автомата уменьшает угол установки лопастей для передней половины плоскости вращения крыла и увеличивает - для задней. Таким образом сзади подъемная сила увеличивается, а спереди - уменьшается, благодаря чему изменяется наклон винта и появляется движущая сила. Такая схема управления полетом применяется на всех вертолетах почти всех типов, если на них установлен автомат перекоса.

Соосная схема

Второй по распространенности вертолетной схемой является соосная. В ней рулевой винт отсутствует, зато есть два несущих винта - верхний и нижний. Они располагаются на одной оси и вращаются синхронно в противоположных направлениях. Благодаря такому решению винты компенсируют реактивный момент, а сама машина получается несколько более устойчивой по сравнению с классической схемой. Кроме того, у вертолетов соосной схемы практически отсутствуют перекрестные связи в каналах управления.

Наиболее известным производителем вертолетов соосной схемы является российская компания «Камов». Она выпускает корабельные многоцелевые вертолеты Ка-27, ударные Ка-52 и транспортные Ка-226. Все они имеют по два винта, расположенных на одной оси друг под другом. Машины соосной схемы, в отличие от вертолетов классической схемы, способны, например, делать воронку, то есть выполнять облет цели по кругу, оставаясь на одном и том же расстоянии от нее. При этом носовая часть всегда остается развернутой в сторону цели. Управление рысканием осуществляется подтормаживанием одного из несущих винтов.

В целом управлять вертолетами соосной схемы несколько проще, чем обычными, особенно в режиме висения. Но существуют и свои особенности. Например, при выполнении петли в полете может случиться перехлест лопастей нижнего и верхнего несущего винтов. Кроме того, в проектировании и производстве соосная схема более сложна и дорога, чем классическая схема. В частности из-за редуктора, передающего вращение вала двигателя на винты, а также автомата перекоса, синхронно устанавливающего угол лопастей на винтах.

Продольная и поперечная схемы

Третьей по популярности является продольная схема расположения несущих винтов вертолета. В этом случае винты располагаются параллельно земле на разных осях и разнесены друг от друга - один находится над носовой частью вертолета, а другой - над хвостовой. Типичным представителем машин такой схемы является американский тяжелый транспортный вертолет CH-47G Chinook и его модификации. Если винты располагаются на законцовках крыльев вертолета, то такая схема называется поперечной.

Серийных представителей вертолетов поперечной схемы сегодня не существует. В 1960-1970-х годах конструкторское бюро Миля разрабатывало тяжелый грузовой вертолет В-12 (также известен, как Ми-12, хотя этот индекс неверен) поперечной схемы. В августе 1969 года прототип В-12 установил рекорд грузоподъемности среди вертолетов, подняв на высоту 2,2 тысячи метров груз массой 44,2 тонны. Для сравнения самый грузоподъемный в мире вертолет Ми-26 (классическая схема) может поднимать грузы массой до 20 тонн, а американский CH-47F (продольная схема) - массой до 12,7 тонны.

У вертолетов продольной схемы несущие винты вращаются в противоположных направлениях, однако это компенсирует реактивные моменты лишь отчасти, из-за чего в полете летчикам приходится учитывать возникающую боковую силу, уводящую машину с курса. Движение в стороны задается не только наклоном оси вращения несущих винтов, но и разными углами установки лопастей, а управление рысканием производится за счет изменения частоты вращения роторов. Задний винт у вертолетов продольной схемы всегда располагается чуть выше переднего. Это сделано для исключения взаимного влияния от их воздушных потоков.

Кроме того, на определенных скоростях полета вертолетов продольной схемы иногда могут возникать значительные вибрации. Наконец, вертолеты продольной схемы оснащаются сложной трансмиссией. По этой причине такая схема расположения винтов распространена мало. Зато вертолеты продольной схемы меньше других машин подвержены возникновению вихревого кольца. В этом случае во время снижения воздушные потоки, создаваемые винтом, отражаются от земли вверх, затягиваются винтом и снова направляются вниз. При этом подъемная сила несущего винта резко снижается, а изменение частоты вращения ротора или увеличение угла установки лопастей эффекта практически не оказывает.

Синхроптер

Сегодня вертолеты, построенные по схеме синхроптера, можно отнести к самым редким и наиболее интересными с конструктивной точки зрения машинами. Их производством до 2003 года занималась только американская компания Kaman Aerospace. В 2017 году компания планирует возобновить выпуск таких машин под обозначением K-Max. Синхроптеры можно было бы отнести к вертолетам поперечной схемы, поскольку валы двух их винтов расположены по бокам корпуса. Однако оси вращения этих винтов расположены под углом другу к другу, а плоскости вращения - пересекаются.

У синхроптеров, как у вертолетов соосной, продольной и поперечной схем, рулевой винт отсутствует. Несущие же винты вращаются синхронно в противоположные стороны, а их валы связаны друг с другом жесткой механической системой. Это гарантированно предотвращает столкновение лопастей при разных режимах и скоростях полета. Впервые синхроптеры были изобретены немцами во время второй мировой войны, однако серийное производство велось уже в США с 1945 года компанией Kaman.

Направлением полета синхроптера управляют исключительно изменением угла установки лопастей винтов. При этом из-за перекрещивания плоскостей вращения винтов, а значит сложения подъемных сил в местах перекрещивания, возникает момент кабрирования, то есть подъема носовой части. Этот момент компенсируется системой управления. В целом же, считается, что синхроптером проще управлять в режиме висения и на скоростях больше 60 километров в час.

К достоинствам таких вертолетов относится экономия топлива за счет отказа от рулевого винта и возможность более компактного размещения агрегатов. Кроме того, синхроптерам характерна большая часть положительных качеств вертолетов соосной схемы. К недостаткам же относится необычайная сложность механической жесткой связи валов винтов и системы управления автоматами перекоса. В целом это делает вертолет дороже, по сравнению с классической схемой.

Мультикоптер

Разработка мультикоптеров началась практически одновременно с работами над вертолетом. Именно по этой причине первым вертолетом, совершившим управляемый взлет и посадку стал в 1922 году квадрокоптер Ботезата. К мультикоптерам относят машины, как правило имеющие четное количество несущих винтов, причем их должно быть больше двух. В серийных вертолетах сегодня схема мультикоптеров не используется, однако она чрезвычайно популярна у производителей малой беспилотной техники.

Дело в том, что в мультикоптерах используются винты с неизменяемым шагом винта, причем каждый из них приводится в движение своим двигателем. Компенсация реактивного момента производится вращением винтов в разные стороны - половина крутится по часовой стрелке, а другая половина, расположенная по диагонали, - в противоположном направлении. Это позволяет отказаться от автомата перекоса и в целом значительно упростить управление аппаратом.

Для взлета мультикоптера частота вращения всех винтов увеличивается одинаково, для полета в сторону - вращение винтов на одной половине аппарата ускоряется, а на другой - замедляется. Поворот мультикоптера производится замедлением вращения, например, винтов, крутящихся по часовой стрелке или наоборот. Такая простота конструкции и управления и послужила основным толчком к созданию квадрокоптера Ботезата, однако последующее изобретение рулевого винта и автомата перекоса практически затормозило работы над мультикоптерами.

Причиной же, по которой сегодня не существует мультикоптеров, предназначенных для перевозки людей, является безопасность полетов. Дело в том, что в отличие от всех остальных вертолетов, машины с несколькими винтами не могут совершать аварийную посадку в режиме авторотации. При отказе всех двигателей мультикоптер становится неуправляемым. Впрочем, вероятность такого события невысока, однако отсутствие режима авторотации является главным препятствием для прохождении сертификации на безопасность полетов.

Впрочем, в настоящее время немецкая компания e-volo занимается разработкой мультикоптера с 18 роторами. Этот вертолет предназначен для перевозки двух пассажиров. Как ожидается, он совершит первый полет в ближайшие несколько месяцев. По расчетам конструкторов, прототип машины сможет находиться в воздухе не больше получаса, однако этот показатель планируется довести по меньшей мере до 60 минут.

Следует также отметить, что помимо вертолетов с четным количеством винтов существуют и мультикоптерные схемы с тремя и пятью винтами. У них один из двигателей расположен на отклоняемой в стороны платформе. Благодаря этому осуществляется управление направлением полета. Впрочем, в такой схеме становится сложнее гасить реактивный момент, поскольку два винта из трех или три из пяти всегда вращаются в одном направлении. Для нивелирования реактивного момента некоторые из винтов вращаются быстрее, а это создает ненужную боковую силу.

Скоростная схема

Сегодня наиболее перспективной в вертолетной технике считается скоростная схема, позволяющая вертолетам летать на существенно большей скорости, чем могут современные машины. Чаще всего такую схему называют комбинированным вертолетом. Машины этого типа строятся по соосной схеме или с одним винтом, однако имеют небольшое крыло, создающее дополнительную подъемную силу. Кроме того, вертолеты могут быть оснащены толкающим винтом в хвостовой части или двумя тянущими на законцовках крыла.

Ударные вертолеты классической схемы AH-64E способны развивать скорость до 293 километров в час, а соосные Ка-52 - до 315 километров в час. Для сравнения, комбинированный вертолет - демонстратор технологий Airbus Helicopters X3 с двумя тянущими винтами может разгоняться до 472 километров в час, а его американский конкурент с толкающим винтом - Sikorksy X2 - до 460 километров в час. Перспективный разведывательный скоростной вертолет S-97 Raider сможет летать на скоростях до 440 километров в час.

Строго говоря, комбинированные вертолеты относятся скорее не к вертолетам, а к другому типу винтокрылых летательных аппаратов - винтокрылам. Дело в том, что движущая сила у таких машин создается не только и не столько несущими винтами, сколько толкающими или тянущими. Кроме того, за создание подъемной силы отвечают и несущие винты, и крыло. А на больших скоростях полета управляемая обгонная муфта отключает несущие винты от трансмиссии и дальнейший полет идет уже в режиме авторотации, при которой несущие винты работают, фактически, как крыло самолета.

В настоящее время разработкой скоростных вертолетов, которые в перспективе смогут развивать скорость свыше 600 километров в час, занимаются несколько стран мира. Помимо Sikorsky и Airbus Helicopters такие работы ведут российские «Камов» и конструкторское бюро Миля (Ка-90/92 и Ми-X1 соответственно), а также американская Piacesky Aircraft. Новые комбинированные вертолеты смогут совместить в себе скорость полета турбовинтовых самолетов и вертикальные взлет и посадку, присущие обычным вертолетам.

Фотография: Official U.S. Navy Page / flickr.com

Свое развитие вертолеты получили только во второй половине 20 века. Их практически не использовали во Второй мировой войне. Однако в боевые машины проявили себя с самой лучшей стороны. Первыми развивать подобную военную технику стали американцы, и поначалу у них даже конкурентов не было. В настоящее время летательную технику используют в разведывательных целях, в корректировке огня, при эвакуации раненых, для высадки солдат и т.д. И в данном обзоре следует выделить некоторые американские военные вертолеты.

Боевая машина с усиленной броневой защитой

Конструкция АН-1 была спроектирована по одновинтовой схеме. Практически все боевые машины данного типа обладают двухлопастным несущим и рулевым винтом. Исключением является модель АН-1W. Также следует отметить, что они имеют в своей конструкции неубирающееся шасси лыжного типа. Для этой серии характерен узкий фюзеляж. В кабине для пилотов могут поместиться два члена экипажа. Они будут сидеть друг за другом. Американские военные вертолеты такой серии характеризуются усиленной броневой защитой, а также дублированной системой управления. Нет грузового отсека. Конструкторы для значительного увеличения скорости с маневренностью установили среднерасположенное крыло сравнительно небольшого размера.

Вооружение и основные отличия этих моделей

Американские военные вертолеты этой серии оснащены турельной пушечной установкой, которая находится в носовой части фюзеляжа. Также имеются пилоны в количестве четырех штук под крылом, на которые можно установить съемное вооружение. Для того чтобы уменьшить вероятность попадания ракет, обладающих ИК-головкой самонаведения, конструкторы оснастили машину системой охлаждения выхлопных газов моторов. Усиленные лопасти могут выдержать попадание снарядов 23 мм калибра.

В чем отличия серии АН-1 от других моделей? Они заключаются в различных силовых установках, в вооружении и в бортовом оборудовании. Боевые машины данной серии способны зависнуть на высоте в 915 метров с полным запасом топлива, а также с тонной вооружения при температуре 35 градусов.

Транспортный военный вертолет

Американский военный вертолет «Чинук» (СН-47) впервые поднялся в воздух в 1961 году. Через год его переименовали в СН-47А. В самом начале он был оснащен двумя двигателями, мощность которых достигала 1641 кВт. Впоследствии их было решено заменить на более мощные агрегаты. Для цельнометаллического фюзеляжа характерны прямоугольное сечение и скругленные углы. На каждой из сторон нижней части фюзеляжа можно обнаружить обтекатели. Они скрывают топливные баки, по три каждый. Десантный американский военный вертолет, название которого «Чинук», может вместить в себя 44 десантника. Имеются узлы с возможностью закрепления носилок для раненых в количестве 24 штук. За счет откинутой створки, характерной для грузового люка, можно образовать погрузочную рампу.

Крепление лопастей производится за счет использования шарниров. Для того чтобы снизить абразивный износ, носок лопасти было решено покрыть титановыми и никелевыми сплавами.

Известный вертолет «Апач»

Американский военный вертолет «Апач» (АН-64) был разработан в целях предоставления солдатам огневой поддержки. Также он необходим для уничтожения бронированных объектов. Боевая машина может совершать вылеты вне зависимости от времени суток, условий видимости и состояния погоды. Для того чтобы уменьшить вероятность попадания в машину ракет с ИК-головками самонаведения, выхлоп силового агрегата производится через устройство, которое рассеивает струю, уменьшая при этом ее температуру. Американский военный вертолет, название у которого "Апач", оснащен ПТУР «Хеллфайер», которая характеризуется наличием лазерного наведения. На турели, расположенной под фюзеляжем, находится 30 мм пушка.

Для лопастей несущего вина характерна прямоугольная форма и стреловидная законцовка. За счет этого удалось снизить воздействие со стороны сжимаемости при достижении больших скоростей полета. Крепятся лопасти за счет систем упругих пластин-торсионов. Они способны сохранить свою работоспособность в случае попадания пуль, калибр которых достигает 15,7 мм. Какие еще американские военные вертолеты следует выделить?

Разведывательный боевой вертолет

Вертолет «Команч» (RAH-66) является современной двухдвигательной разведывательной боевой машиной. Он также способен поддерживать наземные силы огнем. Фюзеляж, которым обладает американский военный вертолет с двумя винтами, характеризуется низкой эффективной площадью отражения. Боевая машина имеет съемные оружейные пилоны, электронную систему управления полетом и эргономичную кабину. Вертолет оснащен пятилопастным несущим винтом. Рулевой винт находится в кольце. Боевые модели этой серии обладают ИК-сенсорами и телескопическими телевизионными камерами. Они предоставляют возможность совершать ночные полеты, а также с высокой точностью идентифицировать цели. Вооружение вертолета - ПТУР «Хеллфайер» с лазерным наведением. Также имеется УР «Стингер» класса «Воздух-воздух», ракеты сигнального характера и 20 мм пушка.

Двухвинтовой военный вертолет

Американский военный вертолет с двумя винтами, название у которого Kiowa Warrior, стали проектировать еще в 1984 году. Некоторые модели впоследствии модифицировали в легкие машины специального назначения. С их помощью осуществлялась перевозка раненных, солдат и грузов, которые крепили за счет использований внешней подвески. Конструкция обладает четырехлопастным несущим и двухлопастным рулевым винтом. За счет использования новой несущей системы удалось добиться увеличения времени нахождения в полете до 2,5 часа. При этом вертолет способен передвигаться не только по прямой, но и вбок, и назад. Также он может зависнуть в воздухе при скорости ветра, равной 65 км/час.

Вертолет оснащен защитой от пуль, калибр которых составляет 7,62 мм. За счет ослабевания теплового излучения мотора и использования станции активных ИК-помех удалось снизить вероятность попадания ракет с ИК-головкой. Экипаж с топливными баками защищены бронелистами. Они могут выдержать попадание 30 мм снарядов. Чтобы лопасти несущего винта не были повреждены, их оснастили ножом для резки. Вертолет данной серии может передавать данные о целях на наземный пункт за счет использования специальных систем. Эта процедура длится около 6 секунд.

Транспортные вертолеты «Хью»

Как называется американский военный вертолет, большинство модификаций которого можно перевозить на самолетах типа С-124? Речь идет о боевых машинах UH-1 Huey. За период своего совершенствования конструкторы улучшили некоторые его параметры. Было увеличено количество мест для пассажиров, дальность перелета практически в 3 раза. Но и вес боевой машины при этом стал значительно больше. Сначала в воздух поднимались однодвигательные модели этой серии, но потом было решено выпускать двухдвигательные. Многие модификации именно этой серии могут перевозиться посредством использования транспортных самолетов типа С-124. Вооружение съемное. Для него имеются специальные точки крепления: пять встроенных и две навесные. На всех этих узлах без исключения можно установить пулеметы с гранатометами.

Заключение

В данном обзоре были рассмотрены некоторые американские вертолеты, используемые в разведывательных и боевых операциях. На самом деле их очень много, и на то, чтобы описать все модели, не хватит времени. Мы рассмотрели только наиболее известные и популярные серии. Надеемся, что данная статья поможет разобраться в том, что собой представляют сконструированные на территории США.

Во всех средствах массовой информации уже засветился этот вертолетик,который можно было детально рассмотреть во время Airventury 2010 в ошкоше.Это не первая попытка сделать такой аппарат,но технологии позволили сделать его серийным только сейчас.

Про Стрекозу я прочитал, кроме их официального сайта,где кстати очень мало информации,в журнале Популярная механика.А увидел и сфотографировал на Ошкоше.


В-7:
В середине 1950-х конструкторы ОКБ имени М. Л. Миля приступили к поиску путей дальнейшего увеличения грузоподъемности винтокрылых летательных аппаратов. Одним из наиболее приоритетных направлений в те годы считалось создание винтокрылых машин с приводом несущего винта (НВ) от реактивных двигателей, установленных на концах лопастей.
Ожидалось, что отсутствие механической трансмиссии не только упростит и облегчит конструкцию вертолета, но и значительно повысит его весовое совершенство. Из всех видов реактивного привода наиболее экономичным представлялась установка с ТРД.
Конструкторы рассматривали эскизный проект сверхтяжелого вертолета-крана с несущим винтом диаметром около 60 м, но прежде чем приступить к его более тщательной проработке М. Л. Миль решил построить маленький опытный четырехместный вертолет, на котором опробовать данную концепцию и приобрести необходимый опыт. В декабре 1956 г. правительство издало постановление о разработке опытного вертолета В-7 с реактивным приводом несущего винта. Проектирование и строительство винтокрылого аппарата, самого маленького и легкого из когда-либо построенных милевцами, двигалось очень быстро. В декабре 1957-го рабочее проектирование было в основном закончено и в опытном производстве 329-го завода заложили сразу серию из пяти машин. Ведущим конструктором по В-7 назначили сначала А. В. Кочкина, а затем Г. Г. Лазарева.

А вот,что было у капиталистов:
Впервые идею персональных вертолетов с ракетными двигателями, работающими на перекиси водорода, реализовал Гилберт Мэгилл (Gilbert Magill) в начале 1950-х годов. Он работал в рамках военного контракта на разработку одноместного воздушного транспортного средства, простого в управлении. Его вертолет Pinwheel использовал в качестве топлива 90%-ную перекись водорода и мог развивать скорость до 161 км/ч. Дальность полета составляла 32 км, а «потолок» - 4570 м.
Примерно в то же время американский инженер Евгений Глухарев (сын русского иммигранта) работал над созданием вертолетного ранца на базе того же принципа. Его аппарат мог поднять в воздух 104 кг (включая собственный вес), развивал максимальную скорость около 90км/ч и мог находиться в воздухе до 18 минут. Топливом служил пропан.
В настоящее время идеи Мэгилла развивает компания SwissCopter, которой принадлежат патенты на его разработки. У одноместного Dragonfly есть более крупный собрат - двухместный ракетно-винтовой аппарат Atlas с закрытой кабиной. Частные лица могут заказать такие аппараты уже сейчас. В планах SwissCopter - постройка беспилотных вертолетов с ракетными двигателями.
Dragonfly(переводиться:Стрекоза)

Dragonfly

Хвостовой винт:
Конструкторы вертолета при разработке системы путевого управления планировали обойтись хвостовым оперением в индуктивном потоке, но сопровождавшие разработку В-7 исследования моделей в аэродинамической трубе показали необходимость сохранения рулевого винта. Его установили сзади фюзеляжа, на короткой трубчатой ферме. Таким образом, избежать установки на вертолет трансмиссии не удалось.
В-7

А вот у Стрекозы: Так как двигатели расположены на законцовках лопастей, нет необходимости противостоять реактивному моменту. Небольшой винт в хвостовой части служит лишь для того, чтобы облегчить управление вертолетом в воздухе. Управлять машиной довольно просто. После того, как двигатели раскручивают винт до скорости 750 об/мин, пилот просто тянет за рычаг, как и в обычном вертолете, чтобы набрать высоту. Справиться с управлением можно одной рукой.
Dragonfly

Двигатель:
Успешное воплощение идеи вертолета с реактивным приводом НВ зависело, в первую очередь, от разработки достаточно легких и малогабаритных двигателей, способных надежно работать при воздействии центробежных сил и больших перегрузок, а также надежных систем топливопитания и управления ими.
За создание ТРД взялся только главный конструктор А. Г Ивченко. Под его руководством разработали ТРД АИ-7 с центробежным компрессором и одноступенчатой турбиной. Для уравновешивания гироскопических моментов ТРД оснастили тремя маховиками, вращавшимися в сторону, противоположную турбине. Решение было простейшим, но как показали дальнейшие события, не правильным.
Двигатели АИ-7 поступили на 329-й завод в декабре 1959-го, когда вертолет уже собрали. Сразу после первого запуска ТРД возникли трудности с силовой установкой: двигатель не выходил на рабочие обороты и не развивал заданную тягу, перегревалась маслосистема. Причиной малых оборотов была большая потребная мощность для вращения маховиков. Поэтому их пришлось снять с двигателей.
Для улучшения охлаждения в ОКБ спроектировали уникальный трубчатый маслорадиатор, установленный вокруг воздухозаборника. Теперь АИ-7 стал развивать расчетную тягу, но все нагрузки от гироскопического момента перешли на несущую систему вертолета.
В-7

А у стрекозы:Два маленьких двигателя (всего 20 см в длину и весом 680 г каждый), работающих на перекиси водорода, установлены на законцовках лопастей. Но пусть небольшой размер не вводит вас в заблуждение – «малыш» способен развивать скорость более 185 км/ч.
Мощность каждого двигателя – 102 л.с. Итак, 204 «лошадки» перемещают аппарат массой всего 100 кг. При этом все, что двигатель выбрасывает в атмосферу – это водяной пар.
Двигатели вертолета используют принцип простого разложения перекиси водорода, без использования дополнительных химикатов. Впрочем, один недостаток у конструкции все же есть – как и любой другой вертолет, «Стрекоза» достаточно прожорлива. Полтора часа полета означают заправку 16,5 галлонов топлива, что по цене $4 за галлон влетает в копеечку.
Те в отличии от наших реактивных двигателей: у них ракетные!!!
Dragonfly

В-7:
Основу конструкции составлял цельнометаллический каплевидный фюзеляж полумонококовой клепаной конструкции. В верхней части силовых шпангоутов монтировалась на болтах литая плита. К фланцу плиты крепился редуктор, состоявший из вала НВ (на его оси смонтировали втулку несущего винта с лопастями и автомат перекоса) и приводов агрегатов. К переднему торцу плиты присоединялся кронштейн с качалками управления и гидроусилителями. По бокам фюзеляжа находилось три двери.

Dragonfly:
Тут с конструкцией все проще. А вот цена составляет 120 тыс долларов сша!!! У одноместного Dragonfly есть более крупный собрат - двухместный ракетно-винтовой аппарат Atlas с закрытой кабиной.

В-7:
В кабине помимо летчика могли разместиться три пассажира или носилки с больным и сопровождающий медработник. Под полом находился топливный бак. Помпа подавала горючее в топливный регулятор, затем в коллектор вала НВ и оттуда центробежная сила гнала керосин к ТРД на концах двухлопастного несущего винта.

Dragonfly:
Сиденье пилота размещено между двумя баками для топлива, в которых помещается 70% всего объёма топлива.Двигатели потребляют около 40 литров топлива в час, машина может находиться в воздухе примерно 90 минут.

В-7:
Лопасти прямоугольной формы имели стальной лонжерон с деревянным каркасом и фанерной обшивкой. Они крепились к втулке посредством осевых и общего горизонтального шарниров. В носке лопастей были проложены две трубки топливопитания. Электропроводка проходила внутри лонжерона. Вверху на конце вала НВ монтировался токосъемник приборов силовой установки.
На В-7 конструкторы впервые применили шасси полозкового типа.
В созданных лопастных двигателях применялось два вида запуска: с помощью съемного электростартера на двигателе АИ-7 и воздушный запуск на МД-3. Сжатый воздух из фюзеляжа через несущую систему подавался на лопатки компрессора двигателя МД-3, раскручивая его. Схема очень удачная, ведь для размещения сжатого воздуха можно использовать трубы лонжеронов лопастей НВ.
В ходе работ конструкторы столкнулись с непреодолимыми на то время техническими сложностями (в частности, в работе ТРД и нагрузкам на несущий ротор).

Теперь виды Dragonflyйа

Это баки с топливом:
Перекись водорода в сочетании с катализатором на протяжении десятилетий используется в качестве топлива для различных транспортных средств – от автомобилей с ракетными двигателями до ракетных ранцев. Dragonfly использует перекись водорода в концентрации 50-70%.

Одна из ручек управления:
Наклон винта (и, следовательно, направление полета) регулируется с помощью перемещения того же рычага. если рычаг перемещается влево или вправо, в работу вступает небольшой хвостовой винт, который помогает Dragonfly развернуться. А вот педалей здесь нет вовсе.

Механизм хвостового винта

справа это приборная панель

Выхлоп двигателей вертолета Dragonfly представляет собой водяной пар.

Технические данные вертолета DF1:
* при обычном объёме топлива можно до 50 минут передвигаться в воздухе со скоростью 65км/ч (с дополнительными баками - до 100 минут)
* максимальная скорость - 185км/ч
* скорость подъёма - 700м/мин
* максимальная высота подъёма - 4000 метров
* вес - 106 кг
* подъёмный вес - 227 кг (включая топливо и пилота).
Технические данные вертолета В-7:
Назначение: Лёгкий
Первый полёт: 1962 года
Производитель: ОКБ М. Л. Миля
Размеры:
Диаметр несущего винта: 11.60 м
Длина фюзеляжа: 6.23 м
Высота с вращ. винтами: 2.91 м
Масса
Пустой: 730 кг
Норм. взлётная: 835 кг
Макс. взлётная 1050 кг
Силовая установка
Двигатель: 2 ТРД АИ-7
Мощность: 2 х 56 л.с.
Характеристики
Экипаж: 1 чел.
Пассажиров: 3 чел.