Koaksiaaliset roottorit

Koaksiaalikaavio  - malli helikopterin (tai lentokoneen potkureiden ) rakentamiseksi, jossa rinnakkain asennettu potkuripari pyörii vastakkaisiin suuntiin yhteisen geometrisen akselin ympäri .

Roottorialuksissa se mahdollistaa roottoriparin reaktiivisten momenttien vastavuoroisen kompensoinnin , samalla kun säilytetään käyttölaitteiden tihein järjestely.

Tämä kokoonpano on laajimmin edustettuna massatuotetuissa Kamov -helikoptereissa .

Kuvaus

Koaksiaaliset roottorit mahdollistavat vaaditun työntövoiman saavuttamisen suhteellisen pienellä kannatinjärjestelmän (terien) halkaisijalla , koska pyyhkäisyaluetta käytetään hyvin ja alempi ruuvi imee lisäilmaa sivulta. Koaksiaaliroottoreilla varustettu helikopteri on suhteellisen pienikokoinen ja melko kompakti, mikä yksinkertaistaa sen huoltoa, varastointia, kuljetusta ja laajentaa sen soveltamisalaa. Pienet mitat, jotka vähentävät massaeroa, luovat pieniä hitausmomentteja , joten helikopterilla on korkeat pyörimiskulmanopeudet ja hyvä ohjattavuus .

Symmetrinen asettelu minimaalisella potkurivälillä yksinkertaistaa ohjaamista puuskaisissa tuuliolosuhteissa, mikä on erityisen arvokasta työskenneltäessä laivoilta tai vuoristoisessa maastossa. Tilava peräpuomin puuttuminen helpottaa ohjaamista matalissa korkeuksissa, parantaa lentoturvallisuutta epätasaisessa maastossa ja yksinkertaistaa pakkolaskuja. Se yksinkertaistaa siirtymistä pääroottoreiden itsekiertoon ja helikopterilentojen harjoittelua.

Takaroottorin käyttöhäviöiden eliminointi mahdollistaa pääroottoreiden halkaisijan pienentämisen , kun moottorin tehon käyttö paranee. Potkurin lapojen pituuden pienentäminen johtaa helikopterin rakenteen painon pienenemiseen ja painon palautuskertoimen ( hyötykuorman suhde lentopainoon) kasvuun. Periaatteessa koaksiaalihelikopterissa on mahdollista saada aikaan alhaisempi tärinätaso , jos potkureista tulevat kuormat ovat vastakkaiset. Tärinätason alenemista helpottaa myös roottoreiden pienempi halkaisija, suurempi siipien määrä ja koko rungon läpi kulkevien voimanottoakselien puuttuminen .

Klassiseen häntäroottorikaavioon verrattuna koaksiaalikaavio on kuitenkin teknisesti ja rakenteellisesti paljon monimutkaisempi. Kahden koaksiaalisen akselin läsnäolo, jotka kulkevat toisiinsa ja ruuvien syklisen nousun ohjauksen toteuttaminen vaikeuttaa voimansiirron suunnittelua , lisää sen tuotanto- ja käyttökustannuksia. Koaksiaalihelikopterien turvallisen toiminnan vuoksi siivet eivät saa törmätä minkään liikkeen aikana, mutta suuri potkuriväli tekee lisäksi rakenteesta raskaamman ja lisää merkittävästi helikopterin korkeutta, mikä on erityisen havaittavissa käytettäessä saranoiduilla siipillä varustettuja potkureita.

Kantojärjestelmän korkealla sijainnilla, helikopterin painopisteellä, potkurin joustavalla akselilla ja siipien saranoidulla kiinnityksellä maaresonanssiongelman ratkaisu tulee monimutkaisemmaksi .

Terien lepatuksessa on myös joitain ominaisuuksia . Koaksiaalisissa helikoptereissa käänteistä tärinää on vaikea poistaa. Ylemmän roottorin virtauksessa toimivan alaroottorin hyötysuhde on pienempi. [yksi]

Edut ja haitat

Koaksiaalijärjestelmän edut:

• vähimmäiskokonaismitat, koska koaksiaalipotkureiden lavat ovat lyhyempiä kuin saman luokan takaroottorilla varustettujen helikopterien pääsiivet. Vaatii vähimmäiskiitotien muihin järjestelmiin verrattuna;
• voimansiirron tiiviys . Käytännössä koko voimansiirto sijaitsee yhdellä akselilla ;
• suhteellisen helppo hallinta. Kaikki ohjaimet sijaitsevat voimansiirron vieressä, ja liikkeitä suoritettaessa moottoreiden lisätehoa ei kuluteta;
• parempi vakaus suoraviivaisen liikkeen aikana suurella nopeudella vähentyneen tärinän vuoksi;
• pienempi määrä kriittisesti haavoittuvia osia, kuten yksiroottoristen helikopterien peräpuomi ja takaroottori ;
• suurempi työntövoima -painosuhde verrattuna perinteiseen järjestelmään  - vähintään 20 % leijutustilassa. Takaroottorissa ei ole tehohäviötä , lisäksi alempi ruuvi ei toimi täysin ylemmän ruuvin ilmavirrassa, vaan imee lisää ilmaa;
• kaavion aerodynaaminen symmetria. Koaksiaalinen laite voi lentää mihin tahansa suuntaan lähes samalla tehokkuudella;
• tärinän vähentäminen, mitä helpottaa roottoreiden pienemmät mitat;
• käyttöhenkilöstön turvallisuus. Häntäroottorin puuttuminen vähentää loukkaantumisriskiä.

Virheet:

• roottoreiden tehokkuuden heikkeneminen johtuen niiden keskinäisestä vaikutuksesta eri lentotavoissa verrattuna pitkittäis- ja poikittaiskaavioihin;
• helikopterin suhteellisen suuri korkeus johtuen ruuvien välisestä suuresta etäisyydestä, tämä puolestaan ​​​​lisää aerodynaamista vastusta , mikä vaikuttaa haitallisesti vaakasuuntaiseen enimmäisnopeuteen;
• siipien päällekkäisyyden todennäköisyys kriittisissä lentotiloissa (vaikka päällekkäisyyttä voi esiintyä suunnilleen samoissa lentotiloissa kuin pääroottorilla, jossa on klassisen kaavion häntäpuomi);
• hieman korkeampi liukunopeus autorotaatiotilassa , toisin sanoen roottoreiden itsekierto vastaantulevan ilmavirran vaikutuksesta;
• suuntavakautta on vaikeampi varmistaa luontaisen lyhyen rungon vuoksi, joten useimmissa koaksiaalisissa helikoptereissa on kehittynyt pystysuora häntä ;
• tuotannon, korjauksen ja huollon monimutkaisuus [2]

Helikopteritekniikassa

Koaksiaaliroottori tunnettiin kauan ennen ajatusta pyrstöroottorilla varustetun helikopterin luomisesta: esimerkiksi vuonna 1754 "venäläisen tieteen isä" Mihail Lomonosov ehdotti koaksiaaliruuvilla varustetun mekanismin käyttöä meteorologisen luotain nostamiseen. , mekanismia ohjasi käämitysjousi.

• Ensimmäinen patentti lentokoneen roottoreiden koaksiaalista järjestelyä varten myönnettiin vuonna 1859 englantilaiselle Henry Brightille.
• Ranskassa Poton de Amercourt rakensi koaksiaalisen helikopterimallin höyrykoneella vuonna 1860 . [3]
• Igor Sikorsky otti ensimmäiset askeleensa helikopteriteollisuudessa vuonna 1900 koaksiaalipotkurilla varustettujen miehittämättömien helikopterien prototyypeillä. [neljä]
• Vuonna 1914 tanskalainen Jacob Ellehammer suunnitteli koaksiaalihelikopterinsa.
• Stefan Petrozi rakensi Itävallassa useita koaksiaalisia miehittämättömiä sähkömoottoreilla varustettuja helikoptereita vuosina 1917-1920  . Helikopteri saattoi olla vain hover-tilassa.
• Argentiinalainen Raul  Pescara rakensi koaksiaalihelikopterin vuosina 1919-1920 ; _ Helikopterissa oli 4 ruuvia, ruuviparit, jotka oli kytketty kaksitasoiseksi vastakkaisiin suuntiin [5] . 1920-luvun alussa Raul Peteras-Pescara työskenteli koaksiaalihelikopterin parissa, jossa hän käytti ensin swashplatea helikopterin ohjaamiseen .
• Vuonna 1930 italialainen Corradino d'Ascanio rakensi koaksiaalihelikopterin, jota ohjataan servoterillä, samanlaista ratkaisua käytetään Kaman HH-43 Huskiessa .
• Vuosina 1930-1936 rakennettiin ensimmäinen koaksiaalihelikopteri, jossa oli swashplate, sen rakensivat ranskalaiset Louis Breguet ja René Doran. Ensimmäinen täysin ohjattu helikopteri oli Laboratory Gyroplane jonka rakensivat Charles Breguet ja René Doran vuonna 1936 [6]7] .

• Amerikkalainen Stanley Hiller rakensi 18-vuotiaana ensimmäisen koaksiaalihelikopterin XH-44 , jossa oli täysmetalliset ultrajäykät teräkset. Hiller teki ensimmäisen lennon tällä helikopterilla vuonna 1944. Suunnittelu osoittautui niin onnistuneeksi, että Hiller itse osoitti usein sen vakautta vapauttamalla säätimet ja työntämällä kätensä ulos ikkunoista. [kahdeksan]
• Vuosina 1945-1946. amerikkalainen Bendix Helicopters [9] on rakentanut useita prototyyppejä (mallit K, L ja J) [10] , joiden koaksiaalijärjestelmä salli lentää ilman häntäpuomia ja emennageja.

Neuvostoliitossa Jakovlev-ryhmä otti ensimmäisen kerran koaksiaalihelikopterien aiheen vuonna 1944; hieman myöhemmin, vuonna 1945, N. I. Kamovin johtama harrastajaryhmä ryhtyi työhön (on syytä huomata, että Venäjän valtakunnassa Igor Sikorskyn (ensimmäisen onnistuneen helikopterin luoja) kaksi ensimmäistä helikopterin prototyyppiä klassinen V-300 malli) valmistui (1900) koaksiaalikaavion mukaisesti [6] ). Jakovlevin " Joke "-helikopteri nousi ensimmäisen kerran ilmaan 20. joulukuuta 1947 [11] ja Kamov Ka-8 -helikopteri - hieman aikaisemmin, 12. marraskuuta 1947 [12] . Kamovin suunnittelutoimistolle koaksiaalijärjestelmästä tuli kuitenkin tärkein; tähän päivään asti Kamov-helikopterit ovat ainoita massatuotettuja helikoptereita, joissa on koaksiaalinen järjestelmä.

Neuvostoliitossa ensimmäinen perämies rakennettiin Jakovlev-suunnittelutoimistoon, sitä kutsuttiin nimellä "Product Sh" tai "Joke", ensimmäinen lento tapahtui vuonna 1947 .

• Ensimmäinen helikopteri Kamov Ka-8 "Irkutian" nousi ilmaan myös vuonna 1947;
• Ka-10 "Irkutian" - Ka-8:n jatkokehitys (1949);
• Ka-15  - ensimmäinen suuressa sarjassa valmistettu koaksiaalihelikopteri (1953);
• Ka-18 "Baby" (1956);
• Ka-27  - sukellusveneiden vastainen helikopteri (1956);
• Ka-25 (1961);
• Ka-26 (1965);
• Sikorsky S-69 / XH-59 (1973);
• Ka-29 (1976);
• Ka-32 (1980);
• Ka-28 (1982);
• Ka-50 "Black Shark" (1982);
• Ka-126 (1988);
• Ka-37 (1993);
• Ka-32A1 (1995);
• Ka-52 "Alligator" (1997);
• Ka-226 (Ka-26:n modernisointi; 1997);
• Ka-115 "Moskvichka" (projekti 90-luvun puolivälissä ) ;
• Ka-137 "Pepelats" (1999);
• Berkut-VL (2000-luvun projekti)
• Breguet Aviation : fi: Breguet-Dorand Gyroplane Laboratoire  - koaksiaalihelikopterin prototyyppi, 30s;
• Sikorsky X2 (ensimmäinen lento - 2008; projekti päättyi 2011);
• Sikorsky S-97 Raider (ensimmäinen lento - 2015)

• Ka-50

• Gyroplane Laboratoire

• Gyroplane QH-50 DASH

• Ka-27

• Berkut-VL

Lentokoneiden rakentamisessa

• Tu-95  - Neuvostoliiton ja Venäjän potkuriturbiinien strateginen pommikone - ohjustukialus . Potkurille siirretyn voimayksikön valtavan tehon vuoksi otettiin käyttöön koaksiaalisen vastakkaisen räjähteen käsite (muuten potkurin halkaisija ylittäisi 7 metriä, mikä ei ollut hyväksyttävää sijoittelusyistä).
• An-22  on Neuvostoliiton raskas potkuriturbiinikuljetuskone , maailman suurin potkuriturbiinikone.
• Fairey Gannet - brittiläinen lentotukialuspohjainen sukellusveneiden vastainen lentokone ja AWACS-lentokone 50-70  - luvuilla .
• Westland Wyvern oli brittiläinen lentoyhtiöön perustuva monitoimi taistelulentokone, jota käytettiin vuosina 1950-1958 .
• Douglas A2D-1 Skyshark ( Skyshark ) - amerikkalainen kokenut harjoittajapohjainen hyökkäyslentokone , kehitetty vuosina 1945-1950 . Potkuriryhmän ulkonäkö ja rakenne on samanlainen kuin brittiläinen Westland Wyvern.
• Arsenal VB 10  on ranskalainen kokeellinen kaksimoottorinen hävittäjä , joka on kehitetty ennen toista maailmansotaa ja jonkin aikaa sen jälkeen. Mielenkiintoinen molempien moottorien sijoitus rungossa , ensimmäinen ohjaamon edessä , toinen sen takana ( P-39 Airacobran tapaan )

Koaksiaalikaavio lentokoneiden mallintamisessa

Yksinkertaistettua koaksiaalijärjestelmää käytetään laajalti yksinkertaisimmissa ja pienimmässä helikopterimalleissa. Tässä mallissa potkureita ohjataan itsenäisesti pyörimisnopeudella, mikä varmistaa mallin vakauden pyörimisen ja pyörimisen aikana. Eteen-taakse-lennon tarjoaa useimmiten pieni kolmas vaakasuora häntäroottori, joka säätää nousua.

Tämän tyyppinen malli on paljon vakaampi kuin klassinen kuvio, joten se sopii ihanteellisesti aloittelijoille ja/tai sisälentämiseen. Mutta tällä järjestelmällä on haittoja:

• useimmissa malleissa on kiinteä askel, mikä yksinkertaistaa mallia huomattavasti, mutta huonontaa mallin ohjattavuutta kurssin varrella;
• kyvyttömyys lentää ulkona tuulisella säällä.

Muistiinpanot

1. ↑ K. N. Laletin. Ka-26-helikopterin käytännön aerodynamiikka, opetusohjelma- arkistokopio 11. lokakuuta 2016 Wayback Machinessa  - Moskova, " Transport ", 1974
2. ↑ Ka-26-helikopterin käytännön aerodynamiikka / K.N. Laletin. - M . : "Transport", 1974. Arkistokopio 11. lokakuuta 2016 Wayback Machinessa
3. ↑ Early Helicopter Technology arkistoitu 21. elokuuta 2011.
4. ↑ Helikopterilentojen historia arkistoitu 13. heinäkuuta 2014.
5. ↑ Kaikki maailman helikopterit . Haettu 12. marraskuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 17. tammikuuta 2017. (määrätön)
6. ↑ 12 Gyroplane Laboratoire . http://www.aviastar.org.+ Haettu 4. huhtikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 10. kesäkuuta 2012. (Venäjän kieli)
7. ↑ Helikopterilentojen historia  (eng.)  (linkki ei saatavilla) . Haettu 4. syyskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 19. kesäkuuta 2012.
8. ↑ Helikopteri Hiller Xh-44-r . http://www.aviastar.org.+ Haettu 4. huhtikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 20. marraskuuta 2012. (Venäjän kieli)
9. ↑ Bendix Model K -helikopteri - kehityshistoria, valokuvat, piirustukset, tekniset tiedot . www.aviastar.org . Haettu 31. toukokuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 31. toukokuuta 2022. (määrätön)
10. ↑ Bendix Model J -helikopteri - kehityshistoria, valokuvat, tekniset tiedot . www.aviastar.org . Haettu 31. toukokuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 19. huhtikuuta 2021. (määrätön)
11. ↑ Jakovlev EG . Haettu 8. kesäkuuta 2018. Arkistoitu alkuperäisestä 13. lokakuuta 2016. (määrätön)
12. ↑ Ka-8-helikopteri . http://www.aviastar.org.+ Haettu 4. huhtikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 16. maaliskuuta 2012. (Venäjän kieli)

Linkit

• KOAKSIAALISEN PROPROTORIN AERODYNAAMINEN OPTIMOINTI Arkistoitu 23. syyskuuta 2016 Wayback Machinessa 
•  Tutkimus teoreettisesta ja kokeellisesta koaksiaaliroottorin aerodynaamisesta tutkimuksesta