Śmigłowiec: budowa, rodzaje, układ sterowania, przeznaczenie

Za pełne uruchomienie pierwszego na świecie, choć wojskowego, śmigłowca można uznać wydarzenie z 13 stycznia 1942 roku, kiedy to w powietrze wzbił się zaprojektowany do celów wojskowych śmigłowiec Sikorsky`ego. Naukowiec-konstruktor samolotów rozpoczął prace nad śmigłowcami w przedrewolucyjnej Rosji i kontynuował je na emigracji w USA. Od tego czasu minęło wiele czasu i choć konstrukcja śmigłowców znacznie się zmieniła, to zastosowanie technologii pozostało takie samo.

Konstrukcja śmigłowca

Wszystkie wykresy helikopterów mają te same podstawowe elementy:

• Główny wirnik. Tworzy siły napędowe i nośne oraz steruje śmigłowcem. Strukturalnie składa się z łopatek i piasty, która przekazuje moment obrotowy na łopatki z głównego wału przekładni.
• Wirnik ogonowy śmigłowca. Kompensuje moment reakcji wirnika głównego w śmigłowcu jednowirnikowym. Składa się on z piasty i łopatek przymocowanych do wału przekładni tylnej.
• System kontroli przechyłów. Steruje cyklicznym i ogólnym skokiem wirnika głównego, przekazuje sygnały z obwodu sterowania do przegubu osiowego piasty, a następnie do łopatek.
• System kontroli. Śmigłowce wyposażone są w trzy niezależne systemy sterowania: pitch, roll i pitch. Obejmują one dźwignie w kokpicie, mechanizmy nachylenia, wahacze i połączenia, automatyczny uchylnik i wspomaganie hydrauliczne.
• Transmisja. Przenosi moc z silników na śruby napędowe i jednostki pomocnicze. Liczba i rozmieszczenie silników oraz układ śmigłowca decydują o konstrukcji przekładni.
• Kadłub. Na nim zamontowane są główne elementy śmigłowca. Zaprojektowane, aby pomieścić pasażerów i ładunek, paliwo i sprzęt.
• Skrzydło. Tworzy dodatkową siłę nośną, zmniejszając obciążenie wirnika głównego i zwiększając prędkość śmigłowca. Na skrzydłach mogą znajdować się również urządzenia, zbiorniki paliwa i wnęki podwozia. Wirniki poprzeczne w helikopterach są podtrzymywane przez skrzydło.
• Płetwy. Zapewnia równowagę, stabilność i sterowność śmigłowca. Dzielą się na dwa rodzaje: pionowe lub stępkowe i poziome lub stabilizujące.
• Elementy do startu i lądowania śmigłowców. Przeznaczone do parkowania śmigłowców, tłumienia energii kinetycznej podczas lądowania i ruchu po ziemi. Wiele helikopterów chowa podwozie w locie.
• Silnik śmigłowca. Wytwarza moc niezbędną do zasilania jednostek pomocniczych, napędu głównego i wirników ogonowych. Elektrownia łączy kilka silników z systemami zapewniającymi ich stabilną pracę w różnych trybach.

Typy śmigłowców

Helikoptery dzielą się na kilka rodzajów. Każdy typ ma swoje własne cechy, mocne i słabe strony.

Śmigłowce jednowirnikowe

Najczęściej spotykanym typem śmigłowca jest śmigłowiec z pojedynczym ogonem. Zaletą tej konstrukcji jest prostota - jedna przekładnia, jedno śmigło, łatwa obsługa. Około 8-10% mocy silnika przeznaczane jest na pracę wirnika ogonowego podczas zawisu w powietrzu, około 3-4% - podczas lotu do przodu. Stosunkowo niewielka masa i prostota konstrukcji pozwala na pokrycie tej straty mocy. Wadą tego typu konstrukcji śmigłowca jest zagrożenie dla personelu naziemnego ze strony wirnika ogonowego.

Girodin

Oś śmigła takich helikopterów, która kompensuje moment obrotowy, jest w locie skierowana. Taka konstrukcja daje większy ciąg bez konieczności stosowania wirnika głównego. Zwiększa to jego wydajność, ponieważ nie ma potrzeby przechylania go do przodu. Wirnik główny, który kompensuje moment obrotowy wirnika głównego, jest umieszczony tak, aby nie tworzyć oporu i zwiększyć moc dostarczaną do wirnika kompensacyjnego.

Helikopter odrzutowy

Budowa tego modelu jest prosta remedium momentu obrotowego. Jest on generowany przez silniki na końcu łopatek, ale nie jest przenoszony przez wał. Tylko moment tarcia łożyska jest przenoszony na kadłub.

Silniki odrzutowe wytwarzają ciąg reaktywny. Ten typ wirnika głównego ma prostą konstrukcję, co jest jego zaletą; wadą jest duże zużycie paliwa.

Helikopter współosiowy

Dwa współosiowe śmigła helikoptera zamontowane jedno nad drugim i obracające się w przeciwnych kierunkach gaszą moment przyłożony do kadłuba. Jedynym wymogiem dla śmigieł jest ten sam moment obrotowy.

Śmigłowce współosiowe ustępują rozmiarami śmigłowcom jednowirnikowym, ale moment obrotowy nie jest kompensowany przez moc.

Śmigłowce z poprzecznym wirnikiem głównym

Zaletą tego śmigłowca jest mniejsza moc, konieczny dla napęd. Jest to szczególnie ważne w śmigłowcach wielosilnikowych, które muszą utrzymywać ruch poziomy podczas postoju silnika.

Wadą tych maszyn jest duży opór powietrza drag konstrukcji, na której wsparte są śmigła. Opływowa i nadwymiarowa konstrukcja zwiększa masę śmigłowca.

Śmigłowiec z poprzecznym rozmieszczeniem śmigieł wyposażony jest w bardziej skomplikowaną przekładnię i ma większe wymiary, choć na ich wysokość wpływa stopień pokrycia wirnika głównego. Jednym z największych i najcięższych śmigłowców tej konstrukcji jest Mi-12.

Śmigłowiec z układem śmigieł wzdłużnych

pojemny kadłub i możliwość przesunięcia środka ciężkości to zalety tej konstrukcji śmigłowca. Ładunek użyteczny jest rozdzielony pomiędzy główne wirniki. Skomplikowana przekładnia i duży ciężar to główne wady śmigłowców z napędem krzyżowym.

Drugą wadą jest zmniejszona sprawność śmigieł, ponieważ ich strumienie przecinają się. W locie do przodu straty jakościowe są zmniejszone przez to, że wirnik ogonowy jest wyższy od przedniego. Ile łopat w helikopterach tej konstrukcji? Średnica śmigła i liczba łopat może być zmieniona w celu poprawy obsługi i stabilności maszyny.

Śmigłowce wielośmigłowe

Projekty śmigłowców wielośmigłowych opracowane przez konstruktorów lotniczych miały na celu stworzenie modeli ciężkich maszyn. Wiele wirników głównych ułatwia sterowanie, ponieważ śmigłowiec może obracać się wokół każdej z trzech osi poprzez zwiększenie ciągu danego wirnika. Układ wielośmigłowy ciężkich śmigłowców pozwala na utrzymanie średnicy śmigła w pewnych granicach.