национальный исследовательский политехнический университет». – 2017. С. 30–36.

3.Патент RU № 2071602, G01N3/56, опубл. 10.01.1997.

4.Комбалов В.С. Методы и средства испытаний на трение и износ конструкционных и смазочных материалов: справочник / под. ред. К.В.

Фролова, Е.А. Марченко. – М.: Машиностроение, 2008. – 384 с.

5. Патент на полезную модель № 66537, G01N, опубл. 10.09.2007.

1Voronezh State Technical University

2Military training and research center of the air force "Air force Academy"

BENCH UNIT FOR THE ASSESSMENT OF ABRASIVE WEAR

COMPONENTS UNITS AND MECHANISMS

1S.Yu. Zhachkin, 2G.I. Trifonov, 2V.V. Korkishko

In this scientific work, an analytical review of the existing installations, machines and methods for assessing the abrasive wear of the working surfaces of the part. Also, on the basis of the conducted scientific analysis, a new design of the bench machine for testing the rotation parts for abrasive wear is proposed.

Key words: abrasive wear, installation, detail, analytical review.

УДК 629.735.07.015

ПРЕИМУЩЕСТВА СООСНОЙ СХЕМЫ НЕСУЩИХ ВИНТОВ ВЕРТОЛЕТА

С.М. Баранцев, канд. техн. наук Военный учебно-научный центр ВВС «Военно-воздушная академия»

Статья посвящена анализу достоинств соосной схемы винтов вертолета. Показаны области использования этих преимуществ.

Cегодня в мировом вертолетостроении используются, в основном, две схемы вертолетов: одновинтовая и соосная. Большинство винтокрылых машин построено по одновинтовой схеме. Зарубежным конструкторам удалось довести до массового производства лишь вертолеты одновинтовой схемы с рулевым винтом. Эта схема называется классической [1]. В России одновинтовые вертолеты тоже получили распространение.

339

Рисунок 1 - Одновинтовой вертолет классической схемы.

Однако широкое применение нашла соосная схема - схема, при которой пара установленных параллельно винтов вращается в противоположных направлениях и позволяет взаимно компенсировать реактивные моменты пары несущих винтов, сохранив максимально плотную компоновку приводов (рис 2). Данная конфигурация наиболее широко представлена в серийно выпускаемых вертолётах фирмы «Камов» [2]. Использование соосной схемы связано с ее определенными достоинствами и в этой связи вопрос, рассматриваемый в работе является актуальным.

Рисунок 2 - Соосная схема вертолета

340

Соосные несущие винты позволяют получить требуемую силу тяги при относительно небольшом диаметре несущей системы, так как хорошо используется ометаемая площадь, и нижний винт подсасывает добавочный воздух сбоку. Вертолет с соосными несущими винтами имеет относительно малые габариты, достаточно компактен, что упрощает его обслуживание, хранение, транспортировку, расширяет область применения. Малые габариты, уменьшая разнос масс, создают малые моменты инерции, поэтому у вертолета соосной схемы большие угловые скорости вращения и высокая манёвренность.

Симметричная компоновка с минимальным разносом винтов упрощает пилотаж в условиях порывистого ветра, что особенно ценно при работе с кораблей или в горной местности. Отсутствие громоздкой хвостовой балки облегчает пилотирование на малых высотах, повышает безопасность полёта над пересеченной местностью, упрощает выполнение вынужденных посадок. Упрощается переход на режим самовращения несущих винтов и обучение полетам на вертолете. Благодаря аэродинамической симметрии на соосном вертолете практически отсутствуют связи между продольным и боковым движением, обеспечивается независимость каналов управления и простота пилотирования. Управление таким вертолетом доступно летчикам средней квалификации.

Исключение потерь на привод хвостового винта дает возможность уменьшить диаметр несущих винтов потому, что улучшается использование мощности двигателя. На соосном вертолете можно обеспечить меньший уровень вибраций, если нагрузки от винтов противоположны по фазе. Снижению уровня вибраций также способствует меньший диаметр несущих винтов, большее число лопастей и отсутствие проходящих через весь фюзеляж силовых валов.

Однако, по сравнению с классической схемой с рулевым винтом, соосная схема гораздо сложнее в техническом и конструктивном плане. Наличие двух, проходящих один в другом, соосных валов и реализация управления циклическим шагом винтов усложняют конструкцию трансмиссии, повышают стоимость её производства и эксплуатации.

341

Области применения соосных вертолетов определялись их характерными особенностями - малыми габаритами, высокими тяговооруженностью и маневренностью, аэродинамической симметрией. Эти особенности обеспечили им удобное базирование на малоразмерных взлетно-посадочных площадках кораблей различного назначения. В условиях взлета и посадки на качающуюся палубу и полета над морем ярко проявились уникальные качества соосных вертолетов. На кораблях Военно-Морского Флота нашли применение вертолеты Ка-25 и Ка-27.

В начале 80-х годов фирма «КАМОВ» создала новый современный вертолет соосной схемы Ка-50, спроектированный в интересах армейской авиации для выполнения боевых задач. Летные испытания подтвердили высокие летно-технические и маневренные характеристики летательного аппарата и показали его преимущества по сравнению с боевыми вертолетами, построенными по одновинтовой схеме. В свете этого особенно важно провести анализ особенностей вертолетов соосной и классической одновинтовой схемы.

С энергетической точки зрения оптимальными для летательного аппарата являются такие решения, при которых мощность силовой установки идет преимущественно на полезные нужды. Для вертолета это - создание необходимых подъемной и пропульсивной сил. На одновинтовом вертолете часть мощности расходуется на привод рулевого винта, который создает силу тяги, потребную для компенсации крутящего момента несущего винта. Эти затраты составляют до 10-12% от мощности, приходящей на вал несущего винта, и являются чистыми потерями. На соосном вертолете вся свободная мощность силовой установки используется для привода несущих винтов, то есть для образования подъемной силы. При этом реактивные моменты взаимно уравновешены. Следовательно, на компенсацию реактивных моментов прямых затрат мощности нет. Кроме того, на режиме висения соосные винты оказывают друг на друга положительное влияние, что также приводит к экономии мощности. Результаты летных испытаний и другие экспериментальные материалы свидетельствуют, что коэффициент полезного действия соосных несущих винтов в среднем на 6-10% выше, чем одиночных. Учитывая экономию мощности, идущей на

342

компенсацию реактивного момента (10-11%), получаем, что в целом коэффициент полезного действия соосных вертолетов на 16-22% выше, чем одновинтовых. Перечисленные энергетические особенности обеспечивают соосной схеме преимущества в потолке висения и в вертикальной скороподъемности.

Соосная конструкция позволяет уменьшить габариты и массу вертолета, что дает ему ряд преимуществ. Для сравнительной оценки габаритно-массовых характеристик соосных и одновинтовых вертолетов с рулевым винтом целесообразно рассмотреть два случая: первый, когда соосный и одновинтовой вертолеты имеют одну и ту же полетную массу и одинаковую располагаемую мощность силовой установки, и второй, когда соосный и одновинтовой вертолеты имеют одинаковые диаметры винтов.

В первом случае использование соосной несущей системы позволяет уменьшить габаритные размеры вертолета на 35-40% по сравнению с одновинтовым. Во втором случае, меньшее аэродинамическое качество и дополнительные потери мощности на привод рулевого винта у одновинтового вертолета обусловливают меньшее значение полетной массы. Из-за наличия рулевого винта габаритные размеры одновинтового вертолета на 20% больше соосного. Компактность планера соосного вертолета и сосредоточение тяжелых агрегатов вблизи центра масс приводят к заметному уменьшению моментов инерции относительно вертикальной и поперечной осей, что играет важную роль в обеспечении высоких характеристик управляемости и маневренности.

Маневренные возможности вертолетов характеризуются, с одной стороны, допустимым уровнем перегрузок, а с другой - способностью эффективно их реализовывать. Параметры несущей системы для соосных и одновинтовых вертолетов одного класса определяют из одинакового уровня допустимых перегрузок. Соосные вертолеты имеют преимущества и при выполнении всех пространственных маневров. На соосных вертолетах успешно выполняются такие фигуры высшего пилотажа, как косая петля, кувырок, восходящая бочка и др. При их выполнении на соосных машинах углы тангажа достигают 90°, крены 130-140°. В вопросах обеспечения безопасности полета решающее значение имеет человеческий фактор. Соосные вертолеты безопаснее одновинтовых, так как они более просты в

343

управлении, имеют лучшие характеристики управляемости и маневренности и высокое аэродинамическое качество. Соосный вертолет с меньшими по сравнению с одновинтовым вертолетом того же класса габаритами более безопасен при маневрировании вблизи препятствий и на малых высотах. На одновинтовом вертолете при повреждении и потере рулевого винта создается ситуация, близкая к катастрофической.

Наряду с преимуществами соосные вертолеты обладают и рядом недостатков. Они имеют более узкую сферу применения (например, полеты в высоких горах и ущельях, палубная авиация), сложнее в конструктивном исполнении, их стоимость выше.

В зависимости от назначения необходимо подбирать наиболее оптимальное средство решения, поэтому каждая из этих схем находит своё применение в технике.

Литература:

1.Основы конструкции вертолетов/Под редакцией С.С. Фатеева, Москва, Воениздат, 1990 г.-248 с

2.Володко А.М., Литвинов А.Л. Основы летной эксплуатации вертолетов Аэродинамика М.: Транспорт, 1984 г. -256 с.

Military training and research center of the air force "Air force Academy"

BENEFITS OF COAXIAL-ROTORS HELICOPTER LIFTING

PROPEELLER CONTROL CONFIGURATION

S.M. Barantcev

The article is devoted to the analysis of coaxial-rotors helicopter lifting propeller control configuration/ Fields of these benefits application are represented.

Key words: conventional helicopter configuration, coaxial-rotors configuration? Lifting propeller

344