летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальным взлетом и посадкой, с горизонтальным несущим воздушным винтом (винтами).

ВЕРТОЛЁТ, вертолета, ·муж. (неол. авиац.). То же, что автожир
.

винтокрылый летательный аппарат, называемый также винтокрылом, - летательный аппарат, у которого подъемная сила создается вращающимися винтами. Хотя полеты винтокрылых летательных аппаратов были осуществлены только в 20 в., сама концепция винтокрыла имеет намного более раннее происхождение. В рукописи Леонардо да Винчи (1452-1519) имеется рисунок машины с винтом на вертикальной оси, приводимым в движение мускульной силой летящего на ней человека. Это, несомненно, прообраз вертолета.

В настоящее время существуют как небольшие двухместные учебные вертолеты, так и гигантские транспортные винтокрылые машины, способные поднимать в воздух более 22 т груза и перевозить, например, гусеничные транспортные средства. Вертолеты - это высокоманевренные и универсальные летательные аппараты, предназначенные для выполнения разнообразных функций и не требующие больших и ровных площадок для взлета и посадки.

Самолеты могут лететь быстрее, чем вертолеты, но только в одном направлении. Вертолеты редко развивают скорости выше 320 км/ч, однако могут перемещаться в любую сторону и при необходимости зависать в воздухе.

О ПОЛЕТЕ ВЕРТОЛЕТА

Полет вертолета объясняется теми же законами аэродинамики, что и полеты любых других летательных аппаратов тяжелее воздуха, а именно - обтеканием воздухом лопастей винта или крыльев, создающих подъемную силу. В случае самолета воздух обтекает крыло, движущееся вперед. В случае вертолета воздух обтекает лопасть винта, вращающегося над фюзеляжем. Так как подъемная сила возникает при вращении винта, сам вертолет может перемещаться туда, куда его направят.

Крутящий момент. Вследствие вращения винта на фюзеляж вертолета действует момент сил, закручивающий его в противоположном направлении. Существует несколько способов компенсации этого крутящего момента, и соответственно различаются схемы вертолетов.

Наиболее распространенной является схема с большим несущим винтом, устанавливаемым над фюзеляжем и обеспечивающим создание подъемной силы и горизонтальное перемещение, и небольшим хвостовым винтом, который вращается в вертикальной плоскости, как винт самолета, и используется для управления. Хвостовой винт создает силу тяги, момент которой противоположен крутящему моменту, порождаемому несущим винтом, и препятствует вращению фюзеляжа.

В двухвинтовой конфигурации вертолет имеет два несущих винта, вращающихся в горизонтальной плоскости. Винты устанавливаются на противоположных концах летательного аппарата и вращаются в противоположных направлениях, взаимно компенсируя моменты. В двухвинтовых схемах один винт располагается в передней части фюзеляжа, а второй - в хвостовой; такая схема называется продольной. У некоторых винтокрылов эти два винта расположены на концах поперечных выносных ферм (поперечная схема); по этой схеме выполняются летательные аппараты с поворотными воздушными винтами (см. ниже).

Наконец, существуют вертолеты с винтами, установленными друг над другом на одной оси и вращающимися в противоположных направлениях. Эта схема называется соосной. Соосная схема является одной из первых концепций винтокрылов, однако она нашла практическое воплощение только в Советском Союзе (вертолеты Н.И.Камова, который приступил к их конструированию еще в начале 1920-х годов).

Хотя схема вертолета с несущим и хвостовым винтами оказалась наиболее подходящей во многих отношениях, возникло желание убрать хвостовой винт, так как на его работу расходуется часть мощности двигателя, а лопасти могут представлять опасность. Фирма "Макдоннелл - Дуглас геликоптер" (США) разработала летательный аппарат, на котором крутящий момент гасится с помощью воздушной струи, выдуваемой из хвостовой части вертолета. Регулируя величину и направление реактивной силы струи, летчик создает компенсирующий крутящий момент.

Система управления полетом. Управление полетом вертолета осуществляют с помощью четырех органов управления. Это рычаг управления двигателем, рычаг "шаг - газ", ручка управления и педали ножного управления рулевым винтом.

Рычаг управления двигателем регулирует подачу топлива и, следовательно, мощность двигателя.

Рычаг "шаг - газ" служит для регулирования подъемной силы посредством изменения общего шага лопастей несущего винта. Этот рычаг располагается слева от кресла летчика. Поднимая рычаг вверх, летчик увеличивает угол наклона (тангажа) лопастей - одновременно и одинаково сразу на всех лопастях. С увеличением угла тангажа подъемная сила винта возрастает.

Ручка управления используется для изменения направления движения: вперед, назад или вбок. Она расположена непосредственно перед летчиком. Накреняя ручку в желаемом направлении полета, можно в соответствующую сторону наклонить ось диска ротора. При наклоне оси диска вперед нос летательного аппарата наклоняется вниз, и создается ускорение, направленное вперед. При отклонении ручки управления "на себя" летчик поднимает нос летательного аппарата вверх, и вертолет движется назад.

Педали ножного управления рулевым винтом (т.е. рысканием) служат для изменения угла тангажа лопастей хвостового винта, используемого для компенсации крутящего момента. Чем больше угол тангажа лопастей хвостового винта, тем больше его тяга и тем больший крутящий момент от несущего винта он может погасить.

Управляемый полет вертолета возможен даже при остановке двигателя. Воздушный поток, возникающий при движении вертолета вперед или при снижении, поддерживает вращение винта. Это явление называется авторотацией. При относительно большой высоте полета у летчика хватит времени выбрать место для аварийной посадки, подлететь к нему и произвести мягкую посадку. Использование этого явления входит в программу обучения начинающих пилотов.

Вертолеты обладают качествами, которые позволяют применять их в нетрадиционных ситуациях. Для взлета и посадки они могут использовать любые небольшие площадки, включая палубы кораблей, крыши зданий, лесные поляны и пляжи. Для них не нужны специальные взлетно-посадочные полосы. Кроме того, они могут перевозить большие тяжести и опускать их в точно указанное место. Вследствие этого вертолеты способны выполнять разнообразные специфические задания, в частности высотные монтажные работы.

См. также:

летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальными взлётом и посадкой, подъёмная сила в котором создаётся одним или несколькими (чаще двумя) несущими винтами. Слово "вертолёт" введено вместо иностранного "геликоптер". В. взлетает вертикально вверх без разбега и совершает вертикальную посадку без пробега, неподвижно "висит" над одним местом, допуская поворот вокруг вертикальной оси в любую сторону, производит полёт в любом направлении со скоростями от нуля до максимальной. При вынужденной остановке двигателей в полёте В. может совершить планирующий спуск и посадку, используя самовращение (авторотацию) несущих винтов. Во избежание срыва потока с лопастей и для увеличения скорости полёта некоторые В. имеют небольшое крыло, разгружающее несущие винты.

В зависимости от способа уравновешивания реактивного момента несущего винта различают В.: одновинтовые (с хвостовым винтом или с реактивным приводом несущего винта), двухвинтовые (соосные; продольной схемы; с перекрещивающимися осями несущих винтов; с поперечным расположением несущих винтов, или поперечной схемы) и многовинтовые. Из них получили распространение В.: одновинтовые с хвостовым винтом (без крыла и с крылом); двухвинтовые соосные (рис. 1) и В. продольной схемы.

В. любой схемы состоит из планёра, аналогичного самолётному (фюзеляж, шасси, органы управления, электро-, радио- и навигационное оборудование и т.д.), винтовой несущей системы (несущих винтов), двигательной (силовой) установки (см. Вертолётный двигатель), трансмиссии (привода). Одновинтовые В. с механическим приводом, кроме того, имеют хвостовой винт и систему управления им.

Подавляющее большинство конструкций несущих винтов В. выполнено с шарнирной подвеской лопастей. Такая подвеска даёт возможность лопастям совершать маховое движение, обеспечивающее балансировку В. во всём диапазоне скоростей полёта. В то же время маховое движение лопастей ставит предел увеличению скорости полёта В. свыше 350-370 км/ч из-за срыва потока на них. В 1965 появились В. американской фирмы "Локхид" с бесшарнирными полужёсткими винтами, у которых маховое движение концов лопастей осуществляется вследствие упругого изгиба лопастей. В 60-е гг. 20 в. начались разработки конструкций жёстких винтов, у которых практически устранено маховое движение. Такие винты могут быть применены только в двухвинтовой соосной системе, обеспечивающей балансировку и управление В. Жёсткие соосные винты, не имея срыва потока, позволят довести скорость полёта до 500-600 км/ч. Основные три типа конструктивного выполнения лопастей - смешанная конструкция со стальным трубчатым Лонжероном, цельнометаллическая конструкция с прессованным из алюминиевого сплава лонжероном; цельно-стеклопластиковая лопасть. Аэродинамическая компоновка лопасти зависит от назначения В. и определяется условиями взлёта, значением максимальной скорости конца лопасти при максимальной скорости полёта.

Управление несущими винтами состоит из двух систем: циклического управления шагом лопастей и управления общим шагом лопастей. Циклическое управление шагом лопастей выполняется автоматом перекоса, изобретённым Б. Н. Юрьевым в 1911. Автомат перекоса (рис. 2) расположен на оси винта двух колец, подвешенных на кардане к неподвижной опоре. Внутреннее кольцо соединено с тягами продольного и поперечного управления; внешнее кольцо - с тягами, управляющими лопастями. Под действием тяг управления внутреннее кольцо автомата перекоса наклоняется, вызывая синусоидальное изменение углов установки лопастей в осевом шарнире и появление горизонтальной составляющей тяги несущего винта, которая вызывает поступательное движение В. и наклоняет его в сторону движения. Управление общим шагом лопастей осуществляется одновременным поворотом их в осевом шарнире относительно продольной оси лопасти посредством рычагов и тяг и служит для изменения вертикального режима полёта: при одновременном увеличении угла установки всех лопастей В. поднимается; при одновременном уменьшении углов - опускается. Продольное и поперечное управление В. осуществляется через автоматы перекоса; путевое управление - изменением шага лопастей хвостового винта (на одновинтовых В.) или одновременным изменением общего шага лопастей в противоположных направлениях (на соосных В.). При переходе на режим безмоторного планирования (режим самовращения несущих винтов) опусканием рычага общего шага уменьшают угол установки лопастей до 3-5°.

Наибольшего развития вертолётостроение достигло в СССР (научно-конструкторские коллективы под руководством М. Л. Миля и Н. И. Камова), в США фирмы "Сикорский", "Боинг", "Белл", "Каман"), Франции ("Сюд-авиасьон"), Англии ("Уэстленд") и Италии ("Агута"). В. широко применяют в народном хозяйстве СССР: на работах по борьбе с с.-х. вредителями и болезнями садов, виноградников и ценных технических культур, а также по подкормке посевов (Ка-15, Ка-26, Ми-1, Ми-2); для транспортных (Ми-4, Ми-6) и пассажирских (Ми-8) перевозок; при проведении геологоразведочных работ (Ка-26); для гравиметрической съёмки (Ка-18); для разведки ледовой обстановки (Ми-1, Ка-15); для патрулирования линий высокого напряжения, газо- и нефтепроводов (Ка-18, Ка-26); для перевозки и монтажа крупногабаритного оборудования, установки мачт и др. монтажных работ (Ми-10); для санитарных и спасательных работ (Ка-18) и т.д.

В. входят в состав вооружённых сил всех крупных государств и применяются в зависимости от их назначения: для переброски тактических воздушных десантов, перевозки войск и грузов, эвакуации с поля боя раненых и поврежденной боевой техники (военно-транспортные В., рис. 3), для поражения огневых средств, открыто расположенной живой силы и техники, а также постановки минно-взрывных противотанковых и противопехотных заграждений и дымовых завес (В. непосредственной поддержки войск); для поиска и уничтожения подводных лодок (противолодочные, корабельные и базовые В.); для ведения радиационной, химической, инженерной разведки, наблюдения за полем боя и корректировки артиллерийского огня (В. воздушной разведки). Кроме того, В. применяют для траления мин и буксировки тралов, лодок и т.д.; для осуществления спасательных операций на море и на суше; для обеспечения связи командования и в качестве воздушных командных пунктов; для наведения наплавных мостов и переправ через водные преграды; для постановки радиопомех и т.д.

Серийное производство отечеств. В. было начато в 1951 выпуском трёхместного В. Ми-1. В 1954 был выпущен В. Ми-4, в 1958 - двухмоторный турбовинтовой В. Ми-6 (рис. 4) с грузоподъёмностью, превышающей 6 т, и. пассажировместимостью 70-80 чел., а в 1965 - В. Ми-10 (рис. 5). С 1953 по 1968 был налажен серийный выпуск двухвинтовых соосных вертолётов Ка-10, Ка-15, Ка-18, Ка-25 (рис. 6), Ка-26 (рис. 7). В 1968 был создан самый грузоподъёмный В. В-12 с поперечным расположением винтов (конструкции М. Л. Миля), поднявший в марте 1969 коммерческий груз 31130 кг на высоту 2950 м (о др. рекордах В. см. Вертолётный спорт). См. также Авиация.

Лит.: Изаксон А. М., Геликоптеры, 2 изд., М., 1947: Камов Н. И., Винтовые летательные аппараты, М., 1948: Братухин И. П., Проектирование и конструкции вертолетов, М., 1955; Юрьев Б. Н., Аэродинамический расчет вертолетов, М., 1956: Изаксон А. М., Советское вертолетостроение, М., 1964; Вертолеты, т. 1-2, М., 1966-67.

Н. И. Камов.

Рис. 3. Военно-транспортный двухвинтовой вертолёт продольной схемы "Чинук" фирмы "Боинг" (США).

Рис. 6. Вертолёт Ка-25 производит посадку на взлетно-посадочную площадку корабля.

Рис. 4. Транспортный вертолёт Ми-6.

Рис. 7. Вертолёт Ка-26 производит опрыскивание ядохимикатами.

Рис. 1. Компоновочная схема двухвинтового соосного вертолёта Ка-18: 1 - лопасти несущих винтов; 2 - носовая часть фюзеляжа; 3 - приборная доска; 4 - педали путевого управления; 5 - приемник воздушного давления; 6 - переднее шасси; 7 - подножка; 8 - кресла; 9 - передний бензиновый бак; 10 - главное шасси; 11 - задний бензиновый бак; 12 - радиооборудование; 13 - хвостовая балка; 14 - хвостовая опора; 15 - вертикальное оперение; 16 - стабилизатор; 17 - двигатель; 18 - колонка несущих винтов; 19 - рычаг управления двигателем и несущими винтами; 20 - ручка продольно-поперечного управления.

Рис. 2. Схема автомата перекоса.

Рис. 5. Вертолет-кран Ми-10 с автобусом на специальной платформе.