Режимы полета. Висение

Режим висения – такой режим, когда вертолет сохраняет заданную высоту и не перемещается относительно воздуха (в штиль) и относительно земной поверхности.

Основным условием висения является постоянство углов, высоты, равенство нулю скоростей по всем осям координат. Это достигается, когда сумма всех сил и моментов относительно любой оси равна нулю.

Для выполнения висения в продольном отношении необходимо взять ручку управления “на себя”, чтобы в начальный момент “выбрать” конструктивную величину “угла заклинения вала НВ”. Увеличить ОШ до выхода амортстоек и отрыва вертолета от земли. Снять триммером усилия на органах управления и сбалансировать вертолет без смещений и разворотов в полувзвешенном состоянии. Затем отделить вертолет от земли. В момент отрыва РУ отклоняется в зависимости от продольной центровки.

Рассмотрим варианты управления с нормальной и предельными передней и задней центровками.

При небольшой передней (нормальной) центровке вертолет после отрыва от земли зависает с углом тангажа +4^о +5^о, и РУ в продольном отношении балансируется в этом положении. Положение ц.д. от центровки не зависит, и для простоты понимания будем считать, что сила Уаф момент относительно оси Z не дает. Таким образом, завал конуса отсутствует и отсутствует Мупр.

При предельно-передней центровке в момент отрыва вертолет стремится опустить нос, поэтому РУ необходимо отклонить “на себя” за среднее положение на величину не более ½ полного хода РУ в продольном отношении, и вертолет балансируется с углом тангажа ~0,5^о.

При предельно-задней центровке в момент отрыва вертолет стремится “задрать нос” на кабрирование, поэтому РУ необходимо отклонять “от себя” за среднее положение на величину не более ¼ полного хода РУ в продольном отношении, и вертолет балансируется с углом тангажа ~ 7^о.

Для выполнения висения в поперечном отношении необходимо РУ отклонить “вправо” для создания боковой силы Zан, которая должна быть равна тяге рулевого винта Ррв, для отсутствия боковых перемещений.

На висении вертолет балансируется с правым креном ~2,5^о под влиянием Мупр от завала конуса вправо (так как на висении Ут и hрв почти равны, то и МхZан примерно равен MxPрв).

Для балансировки вертолета в путевом отношении при зависании необходимо отклонять правую педаль “вперед”. При увеличении шага НВ увеличивается реактивный момент НВ, вертолет стремится развернуться влево. Для компенсации реактивного момента необходимо увеличить тягу РВ, произведение которой на плечо L создает момент РВ. Чем больше взлетная масса вертолета, тем больше необходимо отклонять правую педаль “вперед”.

Более сложным по технике пилотирования является выполнение висения при боковом ветре. При боковом ветре слева рулевой винт работает в осевом потоке, подобно несущему винту при вертикальном подъеме. При увеличении скорости ветра слева уменьшаются углы атаки элементов лопастей. Чтобы сохранить тягу винта необходимо увеличивать угол установки лопастей правой педалью. Несмотря на это потребная мощность для вращения РВ почти не изменяется, так как в процессе восстановления путевого равновесия уменьшение угла атаки элементов лопастей от бокового ветра компенсируется увеличением углов установки лопастей примерно на такую же величину, и они работают на тех же углах атаки, что и при висении в штиль.

При боковом ветре справа рулевой винт работает в осевом потоке, подобно несущему винту при вертикальном снижении. При увеличении скорости ветра углы атаки элементов лопастей РВ увеличиваются. При малой скорости ветра (2-3 м/с) наблюдается уменьшение потребного балансировочного хода вперед правой педали по сравнению с висением в штиль. Однако при больших скоростях ветра справа угол атаки лопастей РВ увеличивается настолько, что происходит срыв потока и резкое падение тяги РВ. Кроме того отбрасываемый винтом воздушный поток, взаимодействуя с потоком ветра, засасывается обратно в зону над винтом, создавая эффект “вихревого кольца” (подробнее рассмотрим на примере НВ в главе “снижение”). Правая педаль уходит вперед до упора, а вертолет самопроизвольно разворачивается влево. Таким образом, основной причиной возможной потери путевой устойчивости вертолета на висении с правым боковым ветром является падение тяги РВ из-за срыва потока с лопастей и потерь на вихреобразование при попадании РВ в режим “вихревого кольца”.

Чтобы исключить самопроизвольное вращение вертолета влево на висении с правым боковым ветром РЛЭ Ми-8 ограничивает силу ветра до 5м/с. При висении необходимо немедленно упреждать начало вращения вертолета отклонением правой педали, стараться уменьшить угол ветра справа. Если правая педаль становится на упор, необходимо энергично сбросить шаг-газ на 2-3^о (при запасе высоты). Этим действием уменьшается угол атаки лопастей РВ, уменьшается срыв потока, увеличивается тяга РВ и уменьшается реактивный момент НВ, разворот влево прекращается.

Эффект воздушной подушки

Эффектом воздушной подушки (ЭВП) называется самопроизвольное увеличение тяги НВ вблизи твердой поверхности.

ЭВП проявляется вследствие того, что воздушный поток, отбрасываемый несущим винтом вниз, тормозится о земную поверхность, часть его кинетической энергии идет на повышение давления воздуха под винтом. Образуется зона с повышенным давлением вплоть до плоскости вращения НВ. В результате этого увеличивается разность давлений под винтом и над винтом, что создает дополнительное увеличение тяги НВ.

Эффект воздушной подушки зависит от высоты висения над площадкой и ощутимо проявляется примерно с половины радиуса НВ (~10м). С уменьшением высоты эффект воздушной подушки увеличивается. Например, на высоте 2м Rнв увеличивается ~ на 15%. Чем меньше высота висения, тем большее влияние на НВ оказывает сжатый воздух, “опираясь” о земную поверхность. Увеличение барометрической высоты висения уменьшает влияние ЭВП. Так с подъемом на 500 м высота влияния ЭВП снижается на 1м. Это объясняется уменьшением плотности воздуха с подъемом на высоту. Встречный ветер увеличивает эффект воздушной подушки, так как НВ начинает работать в режиме косого обтекания.

Эффект воздушной подушки в большой степени зависит от рельефа подстилающей поверхности. При висении над холмом ЭВП уменьшается, так как струя воздуха под винтом деформируется в меньшей степени, что приводит к меньшему увеличению давления воздуха под винтом, нежели при висении над ровной поверхностью. При углах склона более 45^о и размере площадки менее диаметра НВ ЭВП практически отсутствует.

При висении над ямой ЭВП зависит от наклона стенки ямы и высоты висения от дна ямы. Если углы наклона стенок ямы до 15^о, ЭВП будет больше, чем при висении над равниной. Прирост тяги объясняется большей деформацией струи воздуха под винтом.

Если яма имеет наклон стенок более 15^о, то ЭВП ухудшается. Снижение ЭВП при висении над ямой с крутыми стенками объясняется тем, что от стенок ямы происходит заброс потока воздуха в область всасывания над винтом, образуется замкнутая линия тока воздуха – “вихревое кольцо” (стр.70). Скорость потока через винт увеличивается при прочих равных условиях, что приводит к уменьшению угла атаки лопастей, и тяги НВ.

При висении над склонами проявляется эффект как “ямы”, так и “холма”. Если склон до 15^о, то тяга не меняется. Снижение эффекта за счет “холма” компенсируется усилением за счет “ямы” с другой стороны диска НВ. При угле склона более 15^о тяга уменьшается за счет эффекта “глубокой ямы” части диска, расположенной к склону. Но при висении над склоном даже с малыми углами наклона на фюзеляж будет действовать сила, отталкивающая вертолет от склона. В этом случае необходимо отклонять РУ в сторону склона, и при взлете (посадке) в таких случаях может быть недостаток запаса управления.

При висении над травяным покровом, высота которого мала, ЭВП увеличивается за счет большого торможения потока в травяном слое. При висении над высоким кустарником и лесом ЭВП отсутствует. При висении над водной поверхностью ЭВП ниже, чем при висении над грунтом. Это объясняется тем, что торможение струи воздуха о воду значительно меньше, чем торможение о твердую поверхность. Воздух как бы “растекается” по поверхности воды, не создавая зоны повышенного давления под винтом.