Тольятти: самодельный вертолет Дмитрия Дмитриева. Построим - полетим: вертолет своими руками Вертолеты своими руками

Рассчитав девятый десяток, Юрий Васильевич Веснин все никак не успокоится. Во дворе старенького одноэтажного дома в центре Рязани все время что-то происходит. То неугомонный дедушка чинит старенькую "Таврию ", то избушку подлатает, то... вертолет построит.

Свой первый летательный аппарат токарь, фрезеровщик и мастер на все руки собрал, когда ему еще не было и 30 лет. Происходило все это в Алма-Ате. Юрий Веснин работал тогда на заводе, параллельно своему основному, токарному делу освоил автогенную и электрическую сварки, а в свободное время мастерил все помаленьку. Подружился с одним летчиком, а тот однажды возьми и скажи: «Ты все можешь, давай делай вертолет». Но сказать одно, а где запчасти взять? На одном из аэродромов можно было достать главное - лопасти. Собирался купить те, что сняли с уже списанных машин. Причем перед этим изучил устройство вертолета и теорию полета.

А инженер на аэродроме потребовал: «Сдавай экзамен. Сдашь - лопасти даром отдадим». Ну я и сдал. А лопасти, кстати, совсем новые оказались, прямо в упаковке, - рассказывает Юрий Васильевич.

Вертолет мастер сделал, да только неба тот так и не увидел. Появился на горизонте один летчик, из тех, кому «только форму носить», Юрий жену и приревновал. А чтобы пар выпустить, взял и ночью распилил свой вертолет. История с малой авиацией на этом не закончилась, но приостановилась надолго. Зато «досталось» другой отрасли - автомобилестроению.

Сколько я машин сделал, честно не помню. Один «Рафик» даже зарегистрировали, он с нами в Рязань и приехал. А сколько «бобиков» (простонародное прозвище УАЗа - Ред.) было - не счесть. Кому продали, кому отдали.

У того же «Рафика» двигатель и мост от «Москвича», а для вертолета найти нужно было только лопасти и двигатель. Все остальное - своими руками. Причем сыновей сызмальства к делу приучил, так что пацанам было чем заняться.

СВОЙ КУСОЧЕК НЕБА

Во времена перестройки семья перебралась в Рязань. Здесь и воплотилась давняя мечта о вертолете. Лопасти сейчас можно купить свободно, вот только на что? Тут повезло - сын-десантник как раз вернулся из длительной командировки в Югославию . Заработанные деньги потратил так: на четыре тысячи долларов купил дом, а на шесть тысяч «зеленых»... лопасти для вертолета. Двигатель от "Subaru" по сравнению с лопастями стоил копейки - всего тысячу рублей отдали. Все остальное делали своими руками, в итоге получился аналог вертолета К-26. Полетели первый раз лет шесть назад.

Разрешения у нас нет, его получить очень сложно. Но правила знаем и летаем только там, где можно - над лугами, - рассказывает Юрий Васильевич. - Жена поначалу только и говорила: «Дураки, разобьетесь». Но потом ничего... Мы потихоньку начинали, «бегали», потом поднимались, в воздухе разворот делали, учились в общем. Ну а потом уже творили, что хотели.

Садится машина, названная «Алмаатинец», очень мягко: зависнет чуть в воздухе и плавно вниз спускается. Никаких трудов ради таких ощущений, по словам Юрия Васильевича, не жалко.

Знаете, как красиво, когда поднимаешься? Тут ведь не видать ничего, а там озера, деревушки - не передать, - делится Юрий Веснин.

Но и на этом мастер не успокоился, сейчас вместе с сыном собирает уже второй вертолет. Начинал прямо у себя во дворе, на зиму бережно замотал остов покрывалом, а как потеплело, отвез будущую машину в гараж к сыну - нужны уже более серьезные работы.

Соседи Юрия Васильевича даже и не знают, что тот собирает вертолеты, мало ли что он там мастерит?

Это просто удивительно, такой возраст а он постоянно работает, чертит что-то, разрабатывает, - говорит соседка Валентина Григорьевна. - Но мешать он нам точно не мешает. Мешают пьяницы да дебоширы, а Юрий Васильевич... побольше бы таких!

У человека такое интересно хобби, да еще в таком возрасте - это же замечательно! - делится соседка Людмила Борисовна. - Кто-то шьет, кто-то вяжет, а он вон что придумал!

ЭХ, ДЕВЧОНКИ, ПРОКАЧУ!

Овдовел мастер пять лет назад, так один и живет. Детей трое, внуков шестеро, и никто старика не забывает. Да ему и скучать-то некогда - гараж рядом. Во дворе стоит старенькая «Таврия», купленная за 8 тысяч рублей. Тут подчинил, там подлатал, в итоге машина ездит как ни в чем не бывало. Опыт вождения у Юрия Веснина, кстати, 62 года. За это время, говорит, ни одного штрафа не выписали. Ну а на досуге можно и на Ореховое озеро сходить, искупаться. Там же на турниках позаниматься. Народ удивляется, подходит, спрашивает «сколько лет?». На ответ «81» - это прошлым летом - никто не верит, приходится водительские права показывать. А еще говорят, что у нас мужиков нет.

КОМПЕТЕНТНО

Директор аэродрома «Протасово» Виктор Аксенов:

В принципе сделать вертолет самому можно. На то он и человек, тем более русский - в каждом из нас живет свой Кулибин. Иметь специальное образование для этого не обязательно. Главное, чтобы инженерная мысль у человека была, - говорит Виктор Федорович. - Другое дело, что официального права летать такие люди, как правило, не имеют - получить все документы сложно. А умельцев хватает, в каждой области по 2-3 человека замахиваются на такие дела. Особенно много на юге страны, в Ростовской области и Краснодарском крае. Это у нас в крови.

МНЕНИЕ РОСТРАНСНАДЗОРА

То что российские умельцы на собственноручных агрегатах поднимаются в воздух - замечательно. Но как к этому относятся власти? Ведь в небе, как и на дороге, должен быть порядок. Оказалось, Юрий Васильевич может летать спокойно, властям до него и ему подобных и дела нет.

Обнаружить самодельные аппараты и их владельце очень сложно. Мы инспектируем только в аэропортах, а эти умельцы летают только со своего гаража, - рассказал «Комсомолке» заместитель начальника отдела надзора за состоянием безопасности полетов и анализа деятельности в гражданской авиации Ространснадзора РФ Борис Ручкин . - Обнаруживать и штрафовать нарушителей должны местные власти - администрация, полиция, прокуратура и органы госбезопасности. Штраф за незаконные полеты максимум пять тысяч рублей. Ну а сколько нарушений будет выявлено - это уже от инспектора зависит.

Уважаемый любитель авиации! Данная статья, возможно, станет вам полезной при разработке и постройке легкого вертолета. Предлагаемая винтокрылая машина (АВ-1) - плод длительного увлечения авиацией, результат настойчивой и кропотливой работы в течение пяти лет, из которых два года ушло на постройку, а остальные - на испытание, доводку, освоение пилотирования, ремонт, модернизацию.

Конструкция вертолета отвечает нескольким важнейшим требованиям, предъявляемым к летательному аппарату, находящемуся в пользовании любителя: возможность хранения в небольшом помещении; транспортировка к месту полетов - легковым автомобилем, мотоциклом и даже вручную; сборка в течение 18-20 минут одним человеком (при этом используется всего два гаечных ключа).

Весьма надежно решена проблема безопасности при отказе двигателя и трансмиссии в полете. Конструкция несущего винта (НВ) и системы управления имеет особенности, благодаря которым «прощаются» такие ошибки пилотирования, как затяжеление несущего винта и перегрузки. Конечно, на конструкцию вертолета значительно повлияли стесненные условия, в которых он изготавливался, а также трудности с материалами и оборудованием, поэтому ясно, что машина далеко не идеальна.

Но я ею доволен. Для начала приведу примеры расчетов основных элементов конструкции. Так, диаметр несущего винта АВ-1 выбран из условия нагрузки на единицу площади ометаемого диска (Ps) в пределах 6-7 кг/м2. Эта величина взята по результатам обработки статистических данных летающих легких автожиров, вертолетов, имеющих удельную нагрузку (р) в пределах 6- 8 кг/л.с.

В моем случае, исходя из предполагаемой полетной массы (т) аппарата 180-200 кг (масса пустого 100-120 кг) и располагая двигателем мощностью (N) в 34 л.с., из которых две должны были расходоваться на привод рулевого винта, получаем следующие значения нагрузки на единицу мощности, площади ометаемого диска НВ (S) и диаметра НВ (D):

Диаметр НВ 6,04 м очень близок к размеру НВ у автожира Бенсена с двигателем 40 л.с. и массой 190 кг. При таких начальных данных была надежда, что вертолет полетит. Но для того чтобы он мог летать в качестве транспортного средства, необходимо, чтобы тяга НВ (Т) была значительно больше, чем масса аппарата (как минимум в 1,4 раза).

Это обеспечивает достаточную вертикальную скороподъемность и высотность полета. Теперь определим расчетом максимальную Т на режиме зависания в условиях нормальной атмосферы (760 мм рт. ст., 18°С). В этом случае использовалась эмпирическая формула:

В итоге тяга получилась 244,8 кг, что очень близко к фактически полученной при испытаниях АВ-1. (Исходя из названного соотношения 1,4, по нашему мнению, полетная. масса аппарата не должна превышать 175 кг. - Ред.) Описание конструкции вертолета начну с так называемой фюзеляжной части. Отсек кабины имеет ферменную конструкцию в виде четырехгранной пирамиды, вертикальная грань которой (главный шпангоут) как бы отделяет отсек кабины от двигателя.

Изготовлена она из дюралюминиевых (Д16Т) труб: вертикальные и нижние-40x1,5 мм, а передние - 30x1,5 мм. Над кабиной имеется силовой соединяющий элемент - рама под главный редуктор, внизу же - горизонтальная поперечина моторамы. Вторая силовая поперечина (на уровне спинки сиденья) - из дюралюминиевой трубы прямоугольного сечения 30x25x1,5 мм; она служит для крепления промежуточного редуктора, спинки сиденья и узлов главных стоек шасси.

«Отсек» двигателя в виде трехгранной пирамиды выполнен из стальных труб (сталь 20) сечением 30x30x1,2 мм. Нижняя грань имеет узлы крепления под двигатель, раскосы шасси и хвостовую балку. Хвостовая балка склепана из дюралюминиевого листа толщиной 1 мм. Состоит она из трех частей: двух конусов (диаметр у вершины 57 мм) и цилиндра между ними (диаметр 130 мм) с наружными ребрами, которые служат усиливающим стрингером и зоной склепки элементов обшивки. В местах крепления раскосов вклепаны усиливающие шпангоуты.

Передняя стойка шасси свободноориентированная, без амортизации, имеет колесо 250x50 мм (от лыжероллеров). Основные опоры шасси сделаны из стальных труб и оснащены пневматическими амортизаторами. Колеса основных опор - 300x100 мм со срезанным протектором (от карта). Такая «стрижка» проводится для снижения веса, улучшения обтекаемости и облегчения движения «юзом» по траве во время тренировок или при неудачных посадках.

Нижние раскосы шасси - из стальных труб 20x1 мм. На вертолете установлен четырехтактный двухцилиндровый оппозитный двигатель с рабочим объемом 750 см3. Картер и коленвал взяты от мотоцикла К-750; поршни, цилиндры и головки - от МТ-10. Картер облегчен и приспособлен к работе с вертикальным расположением вала (изменена маслосистема). Возможно использование и других двигателей, полная масса которых не более 40 кг и мощность не менее 35 л.с. Особо надо отметить систему стабилизации аппарата.

На АВ-1 применена система типа «БЕЛЛ», но с более высоким коэффициентом стабилизации (0,85), что почти полностью снимает с пилота заботу о балансировке вертолета в режиме висения. Кроме того, она ограничивает угловые скорости на виражах, оберегая вертолет от перегрузок. Управляемость при этом обеспечивается за счет формы грузов в виде плоских дисков (подобраны экспериментально). Длина стержней выбрана из условия, что грузы в виде плоских дисков должны хорошо «сидеть» в потоке.

Поэтому окружная скорость грузов выбрана 70 м/с, а при 600 об/мин это соответствует длине (радиусу) стержня, близкой к 1 м. Масса груза выбиралась из условия, что при отклонении плоскости вращения стабилизирующих стержней от плоскости НВ на 1,5°-2° должен возникнуть момент, который при передаче через рычажный механизм к осевому шарниру лопасти НВ будет равным (или большим) моменту трения в подшипниках осевого шарнира под рабочей осевой нагрузкой. Главный редуктор предназначен для передачи крутящего момента на вал несущего винта.

Внутри его проходит шток механизма управления общим шагом НВ. Он заканчивается вилкой, которая своими боковыми выступами входит в зацепление с вилками втулок лопастей, вращая механизм системы стабилизации. При вертикальном перемещении штока (от рукоятки) с помощью рычагов механизма общего шага происходит изменение угла установки лопасти винта (и соответственно - его шага).

На верхней крышке корпуса редуктора установлен автомат перекоса (АП), служащий для изменения положения плоскости (фактически конуса) вращения НВ относительно вертикальной оси аппарата (оси главного вала редуктора) за счет противоположного по знаку изменения угла атаки лопастей: угол атаки лопасти, идущей вниз, уменьшается, идущей вверх - увеличивается.

При этом происходит изменение величины и направления горизонтальной составляющей вектора тяги НВ. Корпус редуктора разъемный по плоскости, перпендикулярной оси вала, сварен из листовой стали З0ХГСА толщиной 1,3 мм. Гнезда подшипников выточены также из стали З0ХГСА, вварены в крышки, после чего произведена термообработка («закалка», высокий отпуск) для снятия напряжений и повышения прочности.

Затем профрезерованы фланцы, собраны крышки и расточены посадочные места подшипников и отверстий на координатном станке. Нижняя крышка изготовлена из сплава Д16Т. Главный вал сделан из стали 40ХНМА, термообработан до G вр = 110 кг/мм2. Диаметр вала -45 мм, диаметр внутреннего отверстия - 39 мм, толщина стенки в зоне шлицев втулки НВ - 5 мм. Поверхности вала полированы, шлицы и места посадки подшипников меднены. Ведомая шестерня и ведущий вал-шестерня - из стали 14ХГСН2МА-Ш и имеют соответственно 47 и 12 зубьев с модулем 3 и углом зацепления 28°.

Зубья цементированы на глубину 0,8-1,2 мм и термообработаны до твердости HRC = 59-61. Наружное кольцо автомата перекоса разъемное (как хомут), изготовлено из сплава Д16Т (фрезеровано из листа толщиной 35 мм), а внутреннее кольцо и карданное - из стали З0ХГСА. Подшипники карданного кольца - 80018Ю. Подшипник автомата-перекоса - 76-112820Б. Модуль рулевого винта (РВ) собран на стакане, телескопически соединенном с законцовкой хвостовой балки. Он может выдвигаться для натяжения приводного ремня.

При этом, правда, необходимо перестраивать длину тросов управления рулевым винтом. Привод его осуществляется от промежуточного редуктора с помощью цепной и двух ременных передач. Рулевой винт - шарнирный (имеет горизонтальный совмещенный и осевые шарниры), вращается спереди вверх-назад. Диаметр его 1,2 м, число оборотов в минуту - 2500. Втулка РВ состоит из крестовины и двух стаканов, склепанных с лопастями.

В качестве осевых подшипников служат две бронзовые втулки, а центробежную силу воспринимает резьба М24х1,5. Уплотнение осуществляется резиновым кольцом, которое фиксируется шайбой и пружинным кольцом. Поводки осевых шарниров смещены от оси горизонтального шарнира (ГШ) на 30°. Смазка - маслом МС-20, залитым в стакан перед сборкой.

Горизонтальный шарнир собран на бронзовых втулках и цементированном пальце, который фиксируется на вилке ГШ от проворота. При сборке лопастей со стаканом особое внимание обращалось на соосность их осей. Теперь немного о выборе основных параметров лопастей воздушных винтов. Средняя аэродинамическая хорда (САХ) лопасти вычисляется из условия, что коэффициент заполнения ометаемого диска (К) будет в пределах 0,025-0,035 (меньшая величина - для больших окружных скоростей, 200-220 м/с; а большая - для меньших, 170-190 м/с), по формуле:

На вертолете АВ-1 для несущего винта величина коэффициента К = 0,028, так как окружные скорости выбраны в пределах 190-210 м/с. При этом САХ принята равной 140 мм. На летательном аппарате желательно иметь все очень легкое. Но применительно к НВ мы можем говорить о минимально допустимой массе, так как от массы лопасти зависит центробежная сила, необходимая для создания конуса вращения несущего винта.

Желательно, чтобы этот конус был в пределах 1°-3°. Изготовить лопасти массой 2-3 кг вряд ли возможно и даже нежелательно, так как будет мал запас кинетической энергии при аварийной посадке на авторотации с подрывом, а также при переходе на режим авторотации с моторного полета. Масса 7-8 кг для аварийного случая хороша, но на режимах максимальных оборотов НВ будет давать значительную центробежную силу. На АВ-1 применена лопасть массой в пределах 4,6-5,2 кг, что обеспечивает максимальную нагрузку от центробежных сил до 3600 кгс.

Прочность втулки НВ рассчитана на эту нагрузку (с 7-кратным запасом прочности); масса ее составляет 4,5 кг. Предлагаемая форма лопасти в плане и крутка - результат опытов с лопастями различной формы, круток и профилей. Лопасти НВ должны удовлетворять двум противоречивым требованиям: хорошо авторотировать (то есть обеспечивать малую скорость снижения на авторотации при отказе двигателя) и с максимальным КПД использовать мощность двигателя на моторном полете (для скороподъемности, максимальной скорости и экономичности). Рассмотрим варианты лопастей для вертолета и для автожира.

У хорошего автожира крутка обратная, то есть угол установки лопасти у комля отрицательный (-5°...-8°), а концевого участка - положительный (+2°). Профиль плосковыпуклый или S-образный. В настоящее время широко применяют профиль NACA 8-Н-12 (S-образный, 12-процентный). Форма лопасти в плане - прямоугольная. У хорошего вертолета крутка прямая, то есть у комля угол установки положительный (+8°.. .+12°) по отношению к концевому участку. Профиль NACA 23012, относительная толщина которого на конце - 12%, а у комля - 15%.

Форма лопасти в плане - трапециевидная, с сужением 2,4-2,7. Был произведен расчет формы лопасти в плане методом конечных элементов для случая полета со скоростью 110 км/ч и запасом по перегрузке лопасти, «идущей назад», - 1,4. При оборотах НВ 580 об/мин, диаметре НВ 6 м и полетной массе 200 кг получилась лопасть шириной на конце 80 мм, а у комля 270 мм (сужение 3,4). Лишняя ширина лопасти на конце приводит к лишней затрате мощности двигателя на преодоление турбулентного сопротивления профиля, поэтому выгодно максимально уменьшить смачиваемую поверхность участков, работающих на больших скоростях.

С другой стороны, для того чтобы был запас подъемной силы на концевых участках лопасти при затяжелении НВ или при переходе на авторотацию (наиболее вероятных ошибках пилотирования пилотом-любителем), необходимо иметь лопасти несколько шире расчетных. Мною принято сужение лопасти 2, корневая хорда - 220 мм, а концевая - 110 мм. Для того чтобы примирить вертолет с автожиром в одном аппарате, пришлось применить лопасти без крутки.

Сложнее с профилями. Концевая часть лопасти (R отн = 1 - 0,73) имеет профиль NACA 23012 с относительной толщиной 12%. На участке R отн = 0,73-0,5 - переходной профиль от NACA 23012 до NACA 8-Н-12, " только без S-образного хвостика. На участке R = 0,5-0,1 профиль NACA 8-Н-12 переменной относительной толщины: 12% на R отн = 0,5 и 15% на R = 0,3-0,1. Такая лопасть хорошо тянет на всех режимах полета. На авторотации получена скорость снижения вертолета 2,5 м/с.

При испытании была произведена посадка на авторотации без подрыва, торможение осуществлялось тангажом и вертикальная скорость была погашена до нуля, а пробег составил всего около 3 м. На сверхлегком вертолете в случае отказа двигателя трансмиссия РВ отсоединяется, так как для его привода требуется энергия, вырабатываемая авторотирующим НВ, что ухудшило бы авторотацию и увеличило скорость снижения.

Поэтому для РВ нет необходимости в симметричном профиле лопастей. Лучше всего подобрать плосковыпуклый типа R3. Для повышения КПД желательно применять крутку (8°). Кроме того, для повышения эффективности винта форму лопасти в плане желательно иметь трапециевидную с сужением, равным 2, и коэффициентом заполнения ометаемого диска в пределах 0,08-0,06. Хорошие результаты дает также профиль NACA 64А610-а-0,4 с относительной толщиной 12%.

Изготовить лопасти можно с применением различных технологий. Например, из цельной сосновой доски. В качестве заготовок выбираются две доски из прямослойной, без сучков, сосны средней плотности, вырезанные так, чтобы плотные слои были обращены к будущей передней кромке и шли под углом 45°. Доска профилируется по шаблону, уменьшенному на толщину оклейки стеклотканью и окраски (0,8-1,0 мм). После чистовой обработки хвостовая часть детали облегчается. Для этого разметкой выделяются лонжеронная часть и задняя кромка. Лонжеронная часть у комля составляет 45% хорды, а у концевой - 20%.

Далее сверлятся отверстия диаметром, равным расстоянию от задней кромки до лонжерона с шагом 40- 50 мм. После чего отверстия заполняются твердым пенопластом ПС или ПХВ, шлифуются заподлицо и оклеиваются стеклотканью. Комлевая часть обычно оклеивается в несколько слоев, с плавным переходом на основное полотно.

Другой способ изготовления лопастей - из нескольких дрок. Заготовка выклеивается из трех-четырех дрок, которые могут быть цельными лентами или склеенными из двух полос разной плотности. Лонжеронную часть дроки желательно изготавливать из березы или лиственницы. Сначала из двух реек склеивается заготовка дроки толщиной втрое больше чистовой. После этого она разрезается на две и обрабатывается до нужной толщины.

При этом лонжеронная часть разных дрок лопасти делается разной ширины (на 10- 15 мм) для переплета. Можно отдельно склеить лонжерон из 3-4 дрок, а хвостовую часть - из одной или двух. После профилирования в переднюю кромку необходимо вклеить противофлаттерный груз на длине 0,35 R от конца лопасти, так как флаттеру подвержены в основном концевые участки лопастей.

Груз делается из свинца или мягкой стали. После вклейки он обрабатывается по профилю и дополнительно прихватывается к дрокам лонжерона полоской стеклоткани на эпоксидной смоле. После этого можно всю лопасть оклеивать стеклотканью. Во время изготовления лопасти надо постоянно контролировать вес деталей, для того чтобы после сборки и обработки масса лопасти как можно меньше отличалась от расчетной.

Компоновка вертолета АВ-1: 1 - трубка приемника воздушного давления, 2 - рукоятка управления автоматом перекоса, 3 - рукоятка выжимного рычага, 4 - щиток приборный (тахометр, указатель температуры головок цилиндров двигателя, указатель скорости, вариометр), 5 - редуктор главный, 6 - автомат перекоса, 7 - втулка несущего винта, 8 - тяга управления автоматом перекоса Г-образная, 9 - вал промежуточный, 10-редуктор промежуточный, 11 - цепь привода рулевого винта, 12-маслобак, 13 - ремни привода рулевого винта, 14 - раскосы хвостовой балки (Д16Т, труба 40x1,5), 15 - подкосы (Д16Т, труба 20x1), 16 - рулевой винт, 17 - опора хвостовая, 18 - балка хвостовая, 19 - блок электронный, 20 - двигатель, 21 - рукоятка управления общим шагом («шаг-газ»), 22 - подкос основной опоры шасси амортизационный, 23 - тяга управления общим шагом, 24 - шкив промежуточный, 25 - триммер, 26 - стержень стабилизирующий с грузами, 27 - блок педалей управления шагом рулевого винта.

Hecущий винт условно развернут на 18°

Трансмиссия вертолета: 1 - втулка несущего винта, 2 - редуктор главный, 3 - рычаг выжимной, 4 - вал выжимной со шлицевым стаканом. 5 - шестерня ведущая промежуточного редуктора, 6 - вал ведущей шестерни, 7 - стакан фрикционно-храповой муфты. 8 - фиксатор выжимного вала шариковый, 9 - вал-рессора, 10 - амортизаторы двигателя, 11 - двигатель, 12 - маховик, 13 - насос масляный, 14- маслобак, 15 - шестерня ведомая, 16 - муфта храповая обгонная, 17 - вал промежуточный, 18-датчик оборотов несущего винта, 19 - лопасть несущего винта.

Главный редуктор вертолета: 1 - стержень стабилизирующий, 2 -гайка М18, 3 - вилка втулки первой лопасти, 4 - вилка муфты НВ, 5 -уплотнения, 6 - подшипник карданного кольца АП 80018Ю, 7 - ухо, 8 - кольцо АП наружное, 9 - подшипник 76-112820Б, 10 - кольцо карданное (З0ХГСА), 11 - кольцо АП внутреннее (З0ХГСА), 12 - подшипник 205, 13-вал-шестерня ведущий, 14 - подшипник 106, 15 - манжета, 16 - кольцо разрезное, 17-втулка упорная (З0ХГСА), 18 - насос винтовой масляный, 19 - шток привода механизма общего шага, 20 - тяга управления общим шагом, 21 - гайки, 22 -подшипник самодельный упорный, 23 -корпус подшипника, 24 - шток уплотнительный, 25 - крышка уплотнительная, 26 - шестерня ведомая, 27 - корпус главного редуктора, 28 -подшипники 109, 29 - вал главный, 30 - шлиц-шарнир привода наружного кольца АП, 31 -вилка втулки второй лопасти, 32 - палец муфты НВ (З0ХГСА, пруток диаметром 18), 33 - подшипник игольчатый самодельный, 34 - тяга поводка лопасти, 35 - вилка штока, 36 - коромысло механизма общего шага и АП, 37 - тяга.

Втулка несущего винта в сборе: 1 -шпилька контровочная, 2 - шарнир лопасти, 3 - вилка штока механизма общего шага, 4 - коромысла, 5 - тяга АП, 6 - стержень стабилизирующий, 7 - тяга, 8 - поводок, 9 - кольцо АП наружное.

Втулка несущего винта: 1 - поводок, 2 - палец, 3 - вилка втулки лопасти, 4 - вилка шарнира лопасти.

Автомат перекоса: 1 - редуктор главный, 2 - тяга Г -образная (выполнена заодно с поз.8), 3 - уши, 4 - шлиц-шарнир привода наружного кольца, 5 - корпуса подшипников карданного кольца, 6 - втулка наружного кольца стяжная, 7 - кольцо карданное, 8 - кольцо внутреннее, 9 - кольцо наружное, 10 - противовес шлиц-шарнира.

Механизм привода рулевого винта: 1 - вилка муфты рулевого винта, 2 - крестовина, 3 - палец, 4 - поводок осевого шарнира, 5 - тяга, 6 - ползушка механизма управления шагом винта, 7 - цапфа привода ползушки, 8 - штифт (сталь 45, пруток диаметром 4), 9 - подшипник 7000105, 10 - корпус редуктора (Д16Т), 11 - подшипник 7000102, 12 - стакан (З0ХГСА), 13 - шкив привода винта.

Втулка рулевого винта: 1 - крестовина (18Х2Н4МА), 2 - палец (З0ХГСА), 3 - втулки (бронза), 4 - палец тяги, 5 - поводок осевого шарнира (З0ХГСА), 6 - лопасть, 7 - стакан лопасти (З0ХГСА), 8 - кольцо уплотнительное резиновое, 9 - кольцо стопорное.

Лопасть несущего винта: 1,2- дроки лонжерона наружные (лиственница, сосна северная, ясень, бук плотностью 0,8 г/см3), 3 - покрытие (стеклоткань s0, 1, два слоя), 4 - дрока средняя (клин «на нет»), 5 - элемент лонжерона (клин «на нет») средний, 6 -элементы лонжерона наружные (сосна южная, ель плотностью 0,25-0,42 г/см3), 7 - пенопласт (ПС, плотность 0,15 г/см3), 8 - покрытие (стеклоткань s0,05, два слоя, второй слой под углом 45° к оси), 9 - груз (свинец), 10 - покрытие (стеклоткань s0,1, два слоя, один слой под углом 45° к оси), 11 - заклепка, 12 - триммер.

Лопасть рулевого винта (крутка линейная): 1 - лонжерон (лиственница, ясень, бук, северная сосна плотностью 0,8 г/см3), 2 - хвостовик (пенопласт ПС), 3 - пробки (сосна), 4 - грузик балансировочный (свинец, диаметром 8 мм).

Кто не мечтал иметь собственный вертолет? Наверное, об этом задумывался каждый ребенок и каждый мужчина. Ведь мужчины это большие дети. О вертолетах ходит много разных историй. Например, девушка, которая везла в метро для мужа коробку с моделью данного аппарата, еще ни разу не получала такого внимания от других мужчин. Естественно, окружающих интересовала вовсе не девушка, а именно эта модель.

Сегодня можно купить практически все что угодно. В широком ассортименте в магазинах предлагаются различные модели самолетов или коптеров. Но купить легко, а самодельный вертолет − это очень интересно. Ведь здесь нужно придумать конструкцию, продумать до мельчайших деталей привод и мотор, сделать систему управления. Это большой труд. Обычно таким занимаются любители техники или инженеры в свободное от работы время. Но существует информация и не только о моделях этой летающей техники. Есть вполне реальные, воплощенные в металле летающие машины.

Сегодня можно встретить даже целые субкультуры людей, которые конструируют, изготавливают и запускают такие самодельные самолеты и вертолеты. Это настоящие энтузиасты в этой области.

Первый вертолет

Прежде чем заниматься изготовлением самодельных аппаратов, нужно разобраться, как же эта штука работает, как она устроена, за счет чего она поднимается в воздух.

Первый геликоптер удалось поднять в воздушное пространство в 1907 году. Для тех, кто не в курсе, это произошло через 4 года после первых полетов величайших изобретателей братьев Райт на их самодельной летающей машине.

Вертолет был создан французскими любителями неба. Братья Бреге дали своему летательному аппарату имя "гироплан". Он весил порядка 578 кг. Бензиновый мотор обладал мощностью в 45 л. с. Аппарат комплектовался четырьмя несущими винтами диаметром 8,1 м. Также на каждом отдельном винте были установлены еще 8 лопастей. Они были соединены между собой попарно. Также геликоптер имел четыре вращающихся крыла бипланового типа. Так, тяга летательной конструкции составляла порядка 600 кг.

Это, можно сказать, самодельный вертолет. Ведь они собирали его из подручных средств. В итоге он смог подняться на 60 см над землей. Аппарат провисел над поверхностью какую-то минуту.

Разница в четыре года между изобретением самолета и вертолета можно объяснить лишь сложностью конструкции геликоптера.

Конструкция

Существуют несколько видов коптеров. Их подразделяют по типам. Это одновинтовые, соосные, а также поперечные и продольные. Особо распространены первые два. Давайте посмотрим, как же работают эти летающие конструкции. Если знать, как устроен аппарат, а также его принцип действия, то собрать самодельный вертолет своими руками не составит особого труда, лишь бы желание было.

Одновинтовая схема

Конструкция состоит из фюзеляжа, впереди которого располагается кабина для размещения пилотов. Остальное место предназначено для размещения пассажиров или же грузов. Справа и слева, рядом с шасси крепятся баки для топлива. Также конструкция включает два газотурбированных двигателя. Каждый из них обладает мощностью в 1500 л. с. Спереди, прямо над кабиной пилотов, расположены воздухозаборники, сзади выхлопная система.

Самая сложная часть в этой конструкции − автомат перекоса и несущий винт, а также хвостовая балка, на которой закреплен рулевой винт.

Соосная схема

Составляющие этой машины мало чем отличаются от предыдущего типа. В промышленных и военных машинах разве что моторы мощней. Также отличием является наличие 2-х несущих винтов. Геликоптеры, построенные по такому принципу, не имеют управляющего винта. Однако комплектуются вертикальным стабилизатором.

Как и почему они летают?

Если вы поставите обычный бытовой вентилятор на колесную базу и запустите его на максимальной мощности, то он вместе с базой будет перемещаться в сторону, которая противоположна потоку воздуха. Это все из-за тяги, которая создается элементом.

Ту же самую функцию выполняет и вертолетный винт. Именно последняя деталь выполняет основные задачи по подъему летательного аппарата. Также винт заставляет машину двигаться в горизонтальной плоскости. Это одна из сложнейших деталей вертолета.

Несущий винт

Этот узел состоит из втулки и лопастей. Лопасти могут быть исполнены в виде цельной конструкции из металла либо же лонжерона, а также обшивки и заполнителей.

В современных лопастях промышленных и военных геликоптеров установлены системы, в которые полностью в автоматическом режиме закачивается воздух, если лонжерон каким-то образом повредится. В 1963 году произошла вертолетная революция, и лопасти машины стали производить на основе стеклопластика. Сегодня такие детали используют на большинстве вертолетов во всем мире. Но, если есть доступ к производству различных элементов из такого материала, самодельный вертолет тоже можно укомплектовать ими.

В большинстве случаев лопасти были закреплены на втулке при помощи шарниров или же различных гибких элементов. В вертолетостроении особо распространена трехшарнирная конструкция. Она имеет шарнир в горизонтальной плоскости, а также вертикальный и осевой элемент.

При полете такой машины лопасти порой совершают самые разные движения. Они могут совершать вращение вокруг горизонтальной оси винта и менять свое положение на каждый оборот.

Лопасти и шарниры

Шарниры располагаются в очень строго определенной последовательности на определенном расстоянии от центра. Вначале идет горизонтальный, далее вертикальный, а в конце осевой шарнир.

К чему все это? А вот к чему. Лопасти винта вращаются вокруг оси по часовой стрелке. При положении 90 градусов скорость, с которой двигаются лопасти в отношении потоков воздуха, является максимальной. Она складывается из той, с которой вращается винт, и непосредственно скорости воздуха, идущего навстречу машине.

На противоположной стороне данное значение минимальное. Оно от воздушного потока. Казалось бы, такая разность скоростей не может способствовать подъему летательного аппарата в воздух. Но нет. Так как лопасти закреплены на втулке посредством гибких элементов, то вместо опрокидывания машины остается лишь сменить угол наклона.

Процесс подъема геликоптера в небо и сам полет происходит вследствие того, что изменяется угол атаки лопастей. Это синхронизируется с тягой двигателя. Чтобы можно было синхронизировать работу лопастей и моторов, был изобретен так называемый автомат управления углом атаки, или элемент перекоса. Данный узел обладает достаточно сложной конструкцией. Поэтому самодельный автомат перекоса вертолета сделать не так уж просто. Хотя чертежи этого узла существуют.

Радиоуправляемые вертолеты своими руками

Еще около пяти лет назад радиоуправляемые модели были в диковинку для многих. Люди сбегались посмотреть на это чудо. Сегодня такая техника предлагается в самых различных комплектациях. Большинство предпочитает полностью готовые комплекты. Но есть и детали для самостоятельного изготовления.

Готовимся к сборке

Если есть желание собрать геликоптер своими силами, то стоит начать с более простых схем. Это в большинстве случаев два несущих винта на одном шасси. Такие модели обладают более высокой стабильностью, нежели их аналоги в классической компоновке. Это идеальный вариант для тех, кто ни разу не летал. Также подобные конструкции являются идеальным вариантом, если придется летать в закрытых пространствах.

Прежде чем собирать самодельный мини-вертолет, следует воспользоваться основными правилами. Для начала нужно придумать либо разработать схему. Затем следует правильно подобрать материалы и необходимый инструмент. Резьбы, а в особенности в металле, лучше посадить на фиксатор резьбы. Это необходимо для безопасности.

Необходимые материалы

Чтобы изготовить такую летающую технику, понадобится пластик, стеклопластик, дерево, карбон и алюминий. Также нужен двигатель, аккумуляторы, лопасти, ротор, редуктор для хвоста. Кроме этого, понадобиться сервоприводы для управления, электронные компоненты, краска, клей и некоторые мелочи.

Самодельный радиоуправляемый вертолет в несколько этапов

Сейчас мы посмотрим, как делать такую модель из того, что есть в гараже у каждого. Сборка будет производиться в несколько шагов. Давайте рассмотрим их.

Рама

Итак, для начала работы нам нужно рама. На ней будут закреплены основные детали и узлы. Этот узел должен иметь высокую жесткость. Чем жестче получится конструкция, тем лучше.

Для хобби-техники будет достаточно пластиковой рамы из двух половин. Между двумя частями будут зажаты подшипники и другие части. Затем половинки нужно стянуть саморезами. Если вам удалось изготовить раму по данному принципу, стянув и скрепив ее правильно, можете считать, что треть всей работы уже выполнена.

Мотор

Если вы не хотите долго рассчитывать при помощи специализированных программ передаточные отношения и мощность двигателя, лучше сделать так, чтобы мотор соответствовал рекомендациям производителя. Мотор крепится к раме. Крутящий момент будет передаваться на сцепление. Для этого дополнительно монтируют резиновую муфту.

Сцепление

На самодельный вертолет своими руками нужно установить систему центробежного сцепления. Оно должно включать в себя маховик и кулачки, а также «колокол». Когда обороты дойдут до нужного уровня, кулачки раздвинутся и войдут в зацепление с ним.

Ротор

Если модель спроектирована по схеме с одним несущим ротором и рулевым винтом, то это очень простая модель для реализации. Как поступать далее? Между мотором и ротором нужно смонтировать обгонную муфту. Она предназначена для того, чтобы механизм мог свободно вращаться по инерции.

Хвостовая балка

Данная деталь может быть изготовлена из алюминия, карбона или углепластика. Здесь важна жесткость. Внутри балки нужно расположить ременную передачу или же вал, через который вращение мотора будет передаваться на ротор на хвосте.

Управление шагом хвостового ротора

Самодельный вертолет предусматривает наличие машинки для управления хвостовым ротором. Так, можно применить длинную тягу через промежуточные качалки.

Шасси

Чтобы аппарат был более устойчивым, его необходимо оснастить шасси. Это позволяет смягчать удары и предотвратить возможные опрокидывания машины. Данный узел можно купить или же сделать самостоятельно из алюминиевой трубы и поперечин из пластика.

Капотная часть

Это больше декоративная деталь, хотя она несет и противоударную функцию. Для изготовления подойдет пластик. Чем он легче, тем лучше.

Электронная система

Без гироскопа, приемника, аккумуляторов и сервоприводов усилия просто обречены на провал. Самодельный вертолет на радиоуправлении не взлетит без вышеперечисленных деталей. Электронику тоже монтируют в корпусе летающей машины. Чтобы обеспечить безопасность, в электронную часть можно добавить выключатель и индикаторы заряда ботовых батарей.

В качестве пульта для управления лучше приобрести готовое устройство. Собрать такое устройство с нуля не каждому под силу. Также нужно помнить, что в конструкции летательного аппарата не должно быть тяжелых моторов или аккумулятора. В противном случае машина не полетит в силу большой снаряженной массы.

Сделать своими руками вертолет − очень увлекательное занятие. Но летать с ним - это настоящее искусство. Полеты самодельных вертолетов − особенное зрелище. Если научиться управлять аппаратом виртуозно, тогда вы определенно вызовите восторг у окружающих.

Лопасти для вертолетов

Все те, кто регулярно летают с такими моделями, знают, как часто ломаются данные элементы. Особенно часто с этим сталкиваются начинающие летчики. Играть с вертолетом хочется, но постоянно приобретать эти детали − совсем не выход. К тому же и цена на них внушительная.

За час времени можно сделать четыре самодельные лопасти для вертолета. Для изготовления понадобятся пластиковые карточки без тиснения, а также целые лопасти. Целые детали будут использованы в качестве шаблона.

Одну из лопастей следует избавить от профиля. Для этого можно прогреть ее на газу, а затем расплющить об стол или любой другой предмет. Главное, делать это не слишком сильно. Затем, нужно обвести по шаблону, например, ножом. Резать необходимо несколько раз без нажима, а затем раз от раза усиливать нажим. Далее, аккуратным движением пластиковая карточка надламывается и дальше прорезается.

Так получилась заготовка. Теперь необходимо сделать ее тоньше. Для этого нужно шкуркой зачистить ее от второй трети ее размера. Затем переходимо к созданию профиля. Здесь необходимо свернуть тряпку в рулон, а нашу заготовку подогреть до мягкости. Нагревать нужно с широкой стороны. Затем, когда она уже достаточно мягкая, можно положить ее на рулон из ткани. Для того чтобы получить нужный профиль, достаточно прижать сверху заготовку заводской лопастью.

Другие самодельные аппараты

Далеко не все предпочитают самодельный вертолет на пульте управления. Некоторые любители техники предпочитают собирать вполне серьезные машины. Они выглядят почти как настоящие геликоптеры, просто изготовлены в большинстве достаточно кустарно. Но это все-таки хобби.

Например, парень из Нигерии, который учится на физическом факультете, увлекается тем, что разбирает на запчасти старую автомобильную технику и собирает из этого настоящий самодельный вертолет. Чертежи парень разрабатывает также сам.

Про очередное свое детище нигерийский физик говорит, что собирал машину порядка восьми месяцев. Этот аппарат поднимался над нигерийскими землями более 6 раз. В качестве материала был использовать алюминиевый лом.

Данный плод инженерной мысли оснащен мотором от автомобиля "Хонда". Двигатель имеет мощность в 133 л. с. В кузове установлены сидения от «Тойоты». Другие комплектующие были от «Боинга», который терпел крушение неподалеку.

Еще один самодельный вертолет из бензопилы стал возможностью для заключенного организовать побег из тюрьмы. Правда, конструкция его была проста до банального. Заключенный приделал к бензопиле деревянный винт. Это дало возможность мужчине без труда преодолеть на таком «хеликоптере» более 100 метров.

А 82-летний житель Рязани, несмотря на свой возраст, увлекается авиацией и вертолетостроением. Токарь, фрезеровщик да и вовсе большой мастер собрал свой первый летательный аппарат в 30-летнем возрасте. Он тогда работал на одном из заводов в Алма-Аты. Там он познакомился с одним летчиком, а тот помог ему сконструировать самодельный одноместный вертолет.

Хоть этому вертолету уже порядка 50 лет, старый специалист все еще продолжает конструировать все новые и новые машины. Сегодня со своим сыном он пытается собрать еще одну модель аппарата. Сборка началась прямо во дворе, затем переехала в гараж.

В Харькове тоже живет один любитель вертолетной техники. Конечно, на его машине нельзя полетать над землей. Его вертолет оснащен автопилотом, а управление осуществляется по радиоканалу. Эта конструкция отличается наличием автопилота. Вертолет может облететь по 200 точек по заранее заданному маршруту, а также вернуться туда, откуда аппарат взлетал ранее.

Заключение

Вот мы и узнали, как сделать самодельный вертолет. Как видите, при должном уровне навыков и информации можно собирать достойные летательные аппараты.

Дети очень любят играть с различными моделями техники – машинками, самолетами, вертолетами. А уж сделанный своими руками из бумаги вертолет станет не только любимой игрушкой, но и будет, безусловно, законным поводом для гордости. Есть множество техник, как сделать из бумаги вертолет – это и оригами, и бумажные модели вертолетов, полностью повторяющие настоящие летающие машины. Для поделки вертолет из бумаги в любом случае не потребуется дорогих материалов и больших умений, а выбор техники ее изготовления определяется возрастом ребенка и количеством свободного времени.

Вертолет из бумаги в технике оригами

Нам понадобится:

• лист бумаги формата А4;
• линейка.

Изготовление:

1. Разделим лист бумаги на квадрат и прямоугольник, отогнув угол. Квадратная часть будет использоваться для изготовления фюзеляжа, а прямоугольная для винта.
2. Возьмем квадратную часть и перегнем пополам и по диагонали. Отметим лини перегиба.

3. Сложим из квадрата треугольник, вложив для этого боковые стороны внутрь.

4. Отогнем боковые углы треугольника к центру.

5. Отогнем к вертикальной оси боковой уголок.

6. Отогнем вправо верхнюю часть правого лепестка, обозначив при этом линию перегиба.

7. Уголок расправим и сложим вниз.

8. Отогнем вправо сложенный уголок.

9. Заправим уголок в образовавшийся клапан.

10. Повторим все эти операции для второго уголка.

11. Перевернем заготовку на другую сторону и проделаем те же операции по складыванию и заправке лепестков.

12. Надуем заготовку через отверстие, в результате чего получим куб.

13. При помощи линейки, придавим верхнюю грань куба и сложим ее вовнутрь.

14. Соединим вместе верхние ребра куба и получим фюзеляж.

15. Для винта возьмем оставшийся прямоугольник и согнем его пополам вдоль.

16. Получившуюся полоску перегнем пополам поперек. Отогнем верхнюю часть и сложим еще раз пополам. Затем разделим еще на две части те четверти листа, которые прилегают к центру.

17. Отогнем лопасти в разные стороны – винт готов.

18. Отогнем углы фюзеляжа в разные стороны.

19. Вставим винт в образовавшуюся прорезь. Наш вертолет готов к полету.

Вертолет из бумаги в технике киригами

Нам понадобится:

• полоска бумаги;
• линейка;
• карандаш;
• ножницы;
• скрепка.

Изготовление:

Отогнем лопасти винта таким образом, чтобы они были перпендикулярны фюзеляжу. Вертолет готов к запуску.

Бумажная модель вертолета

Это, пожалуй, самый трудоемкий вариант того, как можно сделать из бумаги вертолет. В результате мы получим красивую яркую бумажную модель вертолета, которая не сможет летать, но станет хорошим подарком папе, дедушке или старшему брату.

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