Как сделать соосный редуктор для мини вертолета
Добавил пользователь Алексей Ф. Обновлено: 04.10.2024
Чертежи, самодельный вертолет своими руками, видео, описание и технические характеристики предложенной модели.
- масса конструкции составляет 115…220 килограмм (пустой…снаряженный)
- габаритные размеры модели: ширина всего пять метров; высота – два
- диаметр несущего винта составляет шесть метров
- максимальна скорость полета – 100 километров в час
- мощность используемого двигателя, всего тридцать четыре лошадиной силы, а его рабочий объем – семьсот пятьдесят сантиметров кубических
Представленная модель удовлетворяет следующим требованиям:
- габаритные размеры, позволяют хранить вертолет в помещении незначительных размеров
- транспортировать к указанному месту, можно практически любым транспортом, даже пешим
- сборка производится около двадцати минут, причем одним человеком, который использует при этом два простых гаечных ключа
- хорошо решается проблема, в случае отказа двигателя
Как это примерно выглядит, посмотрим видео, вертолет СА на двигателе МТ.
На протяжении всей истории вертолетов регулярно предлагались различные конструкции несущей системы, но только одна из них стала классической и в дальнейшем получила значительное развитие. Другие решения, предусматривавшие разные варианты привода винта, конструкции лопастей, функции и т.д., не смогли составить ей конкуренцию. Зачастую такой итог смелого проекта был обусловлен объективными недостатками и проблемами.
Содержание:
Техническая классика
Классическая схема вертолета предусматривает несколько достаточно простых решений. В фюзеляже машины помещается силовая установка с редуктором, выдающим крутящий момент на несущий и рулевой винты. Основной винт большого диаметра строится на основе автомата перекоса, обеспечивающего изменение подъемной силы и/или маневрирование, а также имеет несколько лопастей большого удлинения.
Такая конструкция является относительно простой, она хорошо отработана и поддается несложной перестройке и масштабированию под имеющиеся требования. Кроме того, она лишена некоторых недостатков, таких как необходимость герметизации стыков в трубопроводах или риск перехлеста лопастей.
Боевой Ка-52. Соосная схема с определенными оговорками может считаться развитием классической. Фото Минобороны РФ
Впрочем, имеются и недостатки. Вертолет классической схемы имеет ограничения по скорости горизонтального полета, связанные со спецификой обтекания лопастей несущего винта. На некоторых режимах могут возникать иные негативные явления, такие как вихревое кольцо. При наличии одного несущего винта, приходится конструировать длинную и прочную хвостовую балку для размещения рулевого винта.
Развитие классической схемы привело к появлению многовинтовых вертолетов с продольным, поперечным или иным размещением нескольких несущих систем. Получила распространение соосная схема, в которой два винта традиционного облика собираются на единой втулке. Также классическая несущая система и ряд ее агрегатов стали основой для нескольких альтернативных конструкций.
Реактивный винт
Одновинтовой вертолет сталкивается с проблемой реактивного момента, и для борьбы с ним предлагались разные решения. Еще в тридцатых годах в нескольких странах почти одновременно появилась идея несущего винта с реактивным приводом. Такой винт не связан с двигателем внутри фюзеляжа и, соответственно, не заставляет его вращаться в обратную сторону.
Экспериментальный вертолет В-7 в Монинском музее. На задней лопасти виден турбореактивный двигатель АИ-7. Фото Wikimedia Commons
Реактивный несущий винт отличается наличием собственных двигателей на законцовках лопастей. Винт может приводиться в движение при помощи компактного турбовинтового или прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Также известны конструкции с подводом сжатых газов от газотурбинного двигателя в фюзеляже к соплам или к камере сгорания в лопасти.
Идея реактивного несущего винта получила достаточно большое внимание в пятидесятых и шестидесятых годах; в разных странах разработали целый ряд экспериментальных проектов. Предлагались как легкие машины по типу Dornier Do 32 или В-7 М.Л. Миля, так и тяжелый транспортный вертолет Hughes XH-17. Однако ни один из таких образцов не продвинулся дальше мелкосерийного производства.
Главной проблемой реактивного винта является сложность втулки. Через нее в подвижную лопасть необходимо подавать сжатый газ и/или горючее, для чего требуются средства передачи и герметизации. На самой лопасти необходимо разместить двигатель того или иного рода, что предъявляет новые требования к ее конструкции. Создание надежной конструкции с такими возможностями оказалось слишком сложным, и ожидаемые преимущества не могли оправдать эти усилия.
Перекрещенные лопасти
В тридцатых годах была предложена схема т.н. синхрокоптера. Эта концепция предлагает использование двух двухлопастных несущих винтов, втулки которых размещены на минимальном расстоянии с развалом осей наружу. Винты должны вращаться навстречу друг другу, а особая конструкция редуктора исключает перехлест лопастей.
Несущая система синхрокоптера способна создавать требуемую подъемную силу и обеспечивать полет на тех же режимах, что и классическая схема. Она имеет преимущество в виде возможности повышения общей тяги и грузоподъемности, а разведение векторов тяги повышает устойчивость на висении и других режимах. При этом реактивные моменты двух винтов компенсируют друг друга и исключают необходимость рулевой системы.
Впрочем, синхрокоптеры не получили большого распространения. В тридцатых годах такую технику выпускала немецкая фирма Flettner, а с 1945 г. этой тематикой занимались и в других странах. Наибольшую известность получили вертолеты американской компании Kaman Aerosystems. До определенного времени синхрокоптеры пользовались определенным спросом, но затем направление увяло – сейчас в серии состоит только один образец. За все время было построено не более 400-500 серийных машин этого класса.
Вертолеты Kaman K-Max авиации КМП США. Фото Wikimedia Commons
Вращение и остановка
Известна идея объединения вращающегося винта и фиксированного крыла. В таком случае вращение несущего винта используется для взлета и разгона. На определенной скорости винт должен останавливаться, а его лопасти – превращаться в неподвижное крыло. Это позволяет развивать большую скорость полета, но требует разработки и внедрения новых решений.
В качестве примера можно рассмотреть проект X-Wing компании Sikorsky, разрабатывавшийся с середины семидесятых дополнение к вертолету S-72. Последний представлял собой вертолет с несущим и рулевым винтом, оснащенный развитым крылом небольшой стреловидности. По бокам фюзеляжа находилась пара газотурбинных двигателей, выдававших мощность на вал (для винтов) и создававших реактивную тягу (для скоростного полета).
Опытный вертолет Sikorsky S-72 с несущей системой X-Wing. Фото NASA
Система X-Wing успешно прошла испытания в аэродинамической трубе и даже была установлена на опытный S-72. Однако незадолго до запланированных полетов, в 1988 г. NASA и DARPA распорядились прекратить работы. При всех ожидаемых преимуществах, необычная несущая система была слишком сложной. Кроме того, проект растянулся на 10 с лишним лет, а его стоимость превысила допустимый предел. По этой причине, концепция X-Wing в дальнейшем не получила никакого развития.
Линза в полете
Прямо сейчас французская компания Conseil & Technique прорабатывает концепцию легкого вертолета-аэротакси с необычной несущей системой. Предложенная конструкция воздушного винта проигрывает традиционной по создаваемой подъемной силе на взлетно-посадочных режимах, но отличается большей простотой и способностью создавать увеличенную тягу в горизонтальном полете. Также заявлена возможность уменьшения шума.
Оригинальный винт строится на основе диска линзообразной формы, занимающего 70% ометаемой площади. По его краям предлагается крепить короткие лопасти аэродинамического профиля. О возможности размещения автомата перекоса не сообщается; управление тягой может выполняться за счет изменения оборотов.
Испытания показали, что при горизонтальном полете дисковая часть создает значительную подъемную силу, за счет чего конструкция в целом обходит по характеристикам винт традиционной конструкции. Кроме того, угол атаки удалось довести до 25° без срыва потока. Разрабатываемый летательный аппарат, по расчетам, сможет развивать скорость до 200 км/ч.
Проект компании Conseil & Technique пока находится на стадии исследований и отработки конструкции. Вероятно, в ближайшее время его доведут до испытаний на макетах, после чего может появиться полноценный опытный вертолет многовинтовой схемы. Удастся ли этой альтернативной конструкции решить все поставленные задачи и найти место в авиационной отрасли – неизвестно.
В поисках альтернатив
Долгие десятилетия существования и активной эксплуатации вертолетов показали все преимущества классической схемы несущей системы. Попытки создания альтернативных схем, имеющих минимальное сходство с нею, пока не увенчались особыми успехами. Впрочем, ученые и инженеры не прекращают работу и продолжают поиск перспективных идей.
Очередной проект такого рода создается прямо сейчас, и его результаты станут ясны в ближайшем будущем. При этом понятно, что ни одна из новых несущих систем не сможет оказать заметного влияния на общее положение дел, и классическая схема и разные варианты ее развития сохранит свое место в авиационной технике. Впрочем, новые разработки – при условии достаточного совершенства – могут найти свою нишу, где их преимущества окажутся наиболее уместными и выгодными.
Безусловным достоинством рулевой схемы является конструктивная простота, сравнительно невысокие затраты на обслуживание и ремонтные работы. Но лишаясь хвостового винта, вертолет теряет управление и падает.
Соосная схема винтов распространена меньше, но ее применение позволяет сделать вертолет более живучим и, соответственно, более приспособленным к выполнению боевых задач. Интересно, что использование соосной схемы – результат работы советских и российских конструкторов.
В отличие от классической одновинтовой схемы, реализовать на практике соосную схему куда сложнее. Эксперты называют ее одним из самых выдающихся достижений отечественного вертолетостроения. Но сложность в конструировании и исполнении компенсируется несомненными преимуществами соосной схемы.
Во-вторых, вертолеты соосной схемы обладают большей боевой живучестью за счет отсутствия хвостового винта с его редуктором и приводами. При этом вертолету проще маневрировать вблизи земли или иной поверхности, на которую он может сесть.
В-третьих, у вертолетов соосной схемы выше коэффициент весовой нагрузки, то есть соотношение полезной нагрузки и общей полетной массы.
Такие характеристики соосных вертолетов обусловили специфику их применения. Вертолеты соосной схемы куда более эффективны в качестве вертолетов палубной авиации, их можно использовать в высокогорных районах с их сложными метеорологическими условиями. Так, Ка-50 активно использовали во время боевых действий на Северном Кавказе.
В то же время, у вертолетов соосной схемы, при всех их неоспоримых достоинствах, есть и определенные минусы. Самый существенный минус для их серийного производства – высокая стоимость. По оценке экспертов, Ми-28 уступает соосному Ка-52 практически по всем характеристикам, но стоимость последнего значительно выше, причем речь идет о миллионах долларов.
Также эксперты отмечают сложность системы управления соосным вертолетом, риск значительных вибраций, недостаточную путевую устойчивость, опасность столкновения вращающихся в противоположных направлениях лопастей.
На постройку и испытания винтокрылой машины ушло 5 лет, это результат настойчивой и кропотливой работы.
На фото: Юрий Дмитриевич демонстрирует полёт, Юрий Дмитриевич был лично знаком с автором самоделки В. Я. Артемчуком.
Летательный аппарат отвечает всем основным требованиям, а сама конструкция довольно лёгкая, весит летательный аппарат всего 114 кг.
Технические характеристики вертолёта:
Автор воздушного судна для его постройки применял подручные узлы и материалы, это и запчасти от сельхозяйственной техники и самостоятельно сделанные детали. На фото показаны основные узлы самодельного вертолёта.
Задний рулевой винт изготовлен из клееной древесины и стеклоткани, приводится в движение клиновидным ремнём.
На фото показан автомат перекоса, по сути это устройство своего рода стабилизатор полёта, при внезапном ветре или неумелых действиях пилота вертолёт реагирует более плавно.
Несущий винт сделан автором своими руками, лонжерон лопастей сделан из клееной древесины твёрдых пород, хвостовая часть изготовлена из пенопласта, сверху лопасти покрыты стеклотканью.
Приборная панель вертолёта состоит из самых основных приборов необходимых для полёта:
- Тахометра несущего винта.
- Скоростемера.
- Вареометра (скоростемер вертикальной скорости).
- Датчика температуры двигателя.
Крутящий момент передаётся от двигателя через разгонную и кулачковую муфту, цилиндрический редуктор, далее на вал и основной редуктор несущего винта. Редукция 1:10.
Рекомендую посмотреть видео где Юрий Дмитриевич подробно рассказывает о самодельном вертолёте.
Видео с полётом на самодельном вертолёте.
Видео обзор самодельного вертолёта.
Безусловно такие одарённые люди, как Василий Аремчук, заслуживают уважения, но к сожалению, от государства не было и нет никакой поддержки для развития конструкторских идей простых народных умельцев.
Если автор ещё в далёком 1979 году смог построить вертолёт своими руками из подручных материалов, то при финансировании государства, малая авиация благодаря таким талантливым людям, могла шагнуть далеко вперёд. Возможно наше поколение уже давно могло бы иметь свои личные мини вертолёты и использовать их как удобное средство передвижения.
Читайте также: