V histórii helikoptér boli pravidelne navrhované rôzne návrhy nosného systému, ale iba jeden z nich sa stal klasickým a následne prešiel významným vývojom. Iné riešenia, poskytujúce rôzne možnosti pohonu vrtule, konštrukcie listov, funkcií atď., Jej nemohli konkurovať. Často bol takýto výsledok odvážneho projektu dôsledkom objektívnych nedostatkov a problémov.
Technická klasika
Klasická schéma helikoptéry ponúka niekoľko pomerne jednoduchých riešení. V trupe stroja je umiestnená elektráreň s prevodovkou, ktorá dodáva krútiaci moment hlavnému a chvostovému rotoru. Hlavný rotor veľkého priemeru je postavený na kyvnej doske, ktorá umožňuje zmenu zdvihu a / alebo manévrovania, a má tiež niekoľko veľkých listov s pomerom strán.
Tento dizajn je relatívne jednoduchý, je dobre rozvinutý a ponúka jednoduchú obnovu a škálovanie, aby vyhovoval existujúcim požiadavkám. Okrem toho nemá žiadne nevýhody, ako napríklad potrebu utesnenia spojov v potrubí alebo riziko prekrývania lopatiek.
Existujú však aj nevýhody. Helikoptéra klasickej schémy má obmedzenia horizontálnej rýchlosti letu súvisiace so špecifikami toku okolo lopatiek rotora. V niektorých režimoch sa môžu vyskytnúť ďalšie negatívne javy, ako napríklad vírivý kruh. S jediným hlavným rotorom musíte navrhnúť dlhý a silný chvostový výložník, ktorý pojme chvostový rotor.
Rozvoj klasickej schémy viedol k vzniku viacrotorových helikoptér s pozdĺžnym, priečnym alebo iným umiestnením niekoľkých ložiskových systémov. Rozšírila sa koaxiálna schéma, v ktorej sú dve skrutky tradičného vzhľadu zostavené na jednom puzdre. Klasický systém podpory a množstvo jeho jednotiek sa tiež stali základom pre niekoľko alternatívnych prevedení.
Prúdová vrtuľa
Jednorotorová helikoptéra čelí problému reaktívneho krútiaceho momentu a boli navrhnuté rôzne riešenia, ako sa s ním vysporiadať. Ešte v tridsiatych rokoch sa myšlienka rotora s prúdovým pohonom objavila takmer súčasne vo viacerých krajinách. Takáto vrtuľa nie je spojená s motorom vo vnútri trupu a podľa toho ju nenúti otáčať sa v opačnom smere.
Tryskový rotor sa vyznačuje prítomnosťou vlastných motorov na špičkách lopatiek. Vrtuľu môže poháňať kompaktný turbovrtuľový alebo rázový motor. Tiež sú známe konštrukcie s prívodom stlačených plynov z motora s plynovou turbínou v trupe do dýz alebo do spaľovacej komory v lopatke.
Myšlienke prúdového rotora sa v päťdesiatych a šesťdesiatych rokoch venovala veľká pozornosť; v rôznych krajinách bolo vyvinutých niekoľko pilotných projektov. Boli ponúkané ako ľahké vozidlá typu Dornier Do 32 alebo B-7 ML. Ťažký transportný vrtuľník Mile and Hughes XH-17. Žiadna z týchto vzoriek však nepokročila nad rámec malosériovej výroby.
Hlavným problémom prúdovej vrtule je zložitosť náboja. Prostredníctvom neho musí byť stlačený plyn a / alebo palivo dodávané do pohyblivého noža, ktorý vyžaduje prevodové a tesniace prostriedky. Na samotný kotúč je potrebné umiestniť motor jedného alebo druhého druhu, ktorý kladie na jeho konštrukciu nové požiadavky. Vybudovanie robustného dizajnu s týmito schopnosťami sa ukázalo ako príliš náročné a očakávané prínosy nemohli ospravedlniť vynaložené úsilie.
Prekrížené čepele
V tridsiatych rokoch bola navrhnutá schéma takzvaného. synchrocopter. Tento koncept navrhuje použitie dvoch lopatkových rotorov, ktorých náboje sú umiestnené v minimálnej vzdialenosti odklonom nápravy smerom von. Vrtule sa musia otáčať k sebe a špeciálna konštrukcia prevodovky vylučuje prekrývanie lopatiek.
Synchrónny transportný systém je schopný vytvoriť požadovaný zdvih a poskytnúť let v rovnakých režimoch ako klasická schéma. Má výhodu v tom, že dokáže zvýšiť celkový ťah a zdvíhaciu kapacitu, a rozšírenie vektorov ťahu zvyšuje stabilitu pri vznášaní a iných režimoch. V tomto prípade sa reakčné momenty dvoch vrtúľ navzájom kompenzujú a eliminujú potrebu systému riadenia.
Synchrokoptéry sa však veľmi nepoužívajú. V tridsiatych rokoch takéto zariadenie vyrábala nemecká spoločnosť Flettner a od roku 1945 sa touto témou zaoberali ďalšie krajiny. Najznámejšie sú helikoptéry americkej spoločnosti Kaman Aerosystems. Synchrocopters boli do určitej doby žiadané, ale potom sa smer vytratil - teraz je v sérii iba jedna vzorka. Po celú dobu nebolo postavených viac ako 400-500 sériových strojov tejto triedy.
Hlavnou nevýhodou synchrokoptéry je zložitosť prevodovky, ktorá dodáva krútiaci moment dvom blízko umiestneným vrtuliam. Pohon s jediným rotorom s rovnakými charakteristikami je oveľa jednoduchší. Dvojica dvojlistových vrtúľ má navyše obmedzený ťahový potenciál. Moderný „ťažký“synchrocopter Kaman K-Max teda nezdvíha viac ako 2 700 kg a v tomto ohľade stráca na mnoho helikoptér klasickej schémy.
Roztočte a zastavte
Myšlienka spojenia rotujúcej vrtule a pevného krídla je známa. V tomto prípade sa na vzlet a zrýchlenie používa rotácia hlavného rotora. Pri určitej rýchlosti sa vrtuľa musí zastaviť a jej listy sa musia zmeniť na pevné krídlo. To umožňuje vývoj vysokej rýchlosti letu, ale vyžaduje vývoj a implementáciu nových riešení.
Ako príklad uveďme projekt Sikorsky X-Wing, ktorý bol vyvinutý od polovice sedemdesiatych rokov ako doplnok helikoptéry S-72. Posledne menovaná bola helikoptéra s hlavným a chvostovým rotorom, vybavená vyvinutým krídlom malého zametania. Na bokoch trupu bola dvojica motorov s plynovou turbínou, ktoré dodávali energiu hriadeľu (pre vrtule) a vytvárali prúdový ťah (pre vysokorýchlostný let).
Nosný systém X-Wing dostal nábojový diskový náboj vybavený kyvnou doskou iba so spoločným rozstupom. Použili sme obdĺžnikové čepele so zvisle symetrickým profilom. Na prednej a zadnej hrane lopatky boli otvory na vypúšťanie stlačeného vzduchu z kompresora von. Vzduch kvôli Coandovmu efektu mal „predĺžiť“profil čepele a pomôcť mu vytvoriť vztlak. V závislosti od spôsobu prívodu vzduchu môže lopatka pracovať rovnako efektívne v rotácii aj v stacionárnej polohe.
Systém X-Wing bol úspešne testovaný vo veternom tuneli a dokonca bol nainštalovaný na skúsenom S-72. Krátko pred plánovanými letmi, v roku 1988, však NASA a DARPA nariadili zastaviť prácu. So všetkými očakávanými výhodami bol neobvyklý nosný systém príliš zložitý. Okrem toho sa projekt natiahol na viac ako 10 rokov a jeho náklady prekročili prípustnú hranicu. Z tohto dôvodu nebol koncept X-Wing ďalej vyvíjaný.
Objektív za letu
Francúzska spoločnosť Conseil & Technique práve pracuje na koncepte ľahkej helikoptéry na vzdušné taxi s neobvyklým systémom nosičov. Navrhovaný dizajn vrtule stráca na tradičný, pokiaľ ide o vytvorený zdvih v režimoch vzletu a pristátia, líši sa však vo väčšej jednoduchosti a schopnosti vytvárať zvýšený ťah v horizontálnom lete. Udáva sa aj schopnosť znižovať hluk.
Pôvodná vrtuľa je postavená na základe šošovkovitého disku, ktorý zaberá 70% zametanej plochy. Navrhuje sa namontovať krátke lopatky profilu pozdĺž jeho okrajov. Možnosť umiestnenia swashplate nie je hlásená; trakčnú kontrolu je možné vykonať zmenou rýchlosti.
Testy ukázali, že počas horizontálneho letu kotúčová časť vytvára výraznú zdvíhaciu silu, vďaka ktorej konštrukcia ako celok z hľadiska charakteristík obchádza tradičnú konštrukčnú vrtuľu. Navyše bolo možné nastaviť uhol nábehu na 25 ° bez zastavenia toku. Vyvíjané lietadlo podľa výpočtov bude schopné dosiahnuť rýchlosť až 200 km / h.
Projekt spoločnosti Conseil & Technique je stále v štádiu výskumu a vývoja dizajnu. Pravdepodobne bude v blízkej budúcnosti testovaný na maketách, po ktorých sa môže objaviť plnohodnotný skúsený viacrotorový vrtuľník. Nie je známe, či tento alternatívny dizajn bude schopný vyriešiť všetky úlohy a nájsť si miesto v leteckom priemysle.
Hľadanie alternatív
Dlhé desaťročia existencie a aktívna prevádzka helikoptér ukázali všetky výhody klasického dizajnu nosného systému. Pokusy o vytvorenie alternatívnych schém, ktoré s ním majú minimálnu podobnosť, ešte neboli korunované zvláštnym úspechom. Vedci a inžinieri však neprestávajú pracovať a naďalej hľadajú sľubné nápady.
Ďalší projekt tohto druhu práve vzniká a jeho výsledky budú zrejmé v blízkej budúcnosti. Zároveň je zrejmé, že žiadny z nových ložiskových systémov nebude môcť mať znateľný vplyv na všeobecný stav vecí a klasická schéma a rôzne varianty jej vývoja si zachovajú svoje miesto v leteckej technológii. Nový vývoj - pod podmienkou dostatočnej dokonalosti - však môže nájsť svoje miesto, kde budú jeho výhody najvhodnejšie a najziskovejšie.
