СНИЖЕНИЕ НА РЕЖИМЕ САМОВРАЩЕНИЯ НЕСУЩЕГО ВИНТА
Способность вертолета производить полет на режиме самовращения несущего винта позволяет в случае отказа в работе двигателя продолжать полет со снижением и производить посадку даже на площадки ограниченных размеров, чем повышается безопасность полетов на этом типе летательного аппарата.
Прежде чем перейти к рассмотрению режима самовращения несущего винта, необходимо остановиться на переходном режиме от полета с работающим двигателем к режиму самовращения, так как правильно выполненный переход во многом обусловливает дальнейшее безопасное снижение. Во время этого перехода происходит изменение скорости и высоты полета, а также оборотов несущего винта и вертикальной скорости снижения вертолета.
На рис. 75 показан характер их изменения, из которого видно, что скорость в этом случае несколько увеличивается, высота полета уменьшается, обороты несущего винта падают, а вертикальная скорость снижения увеличивается. Насколько велико будет это изменение, зависит от быстроты реакции летчика и принятых им мер.
Уменьшение высоты полета в момент перехода на режим самовращения несущего винта на больших высотах не доставляет неприятностей, а на малых высотах может быть при недостаточно быстрых и точных действиях летчика причиной поломки вертолета. Некоторые летчики, не имеющие достаточного опыта, за переходный период теряют до 200 м высоты. Поэтому если полет совершается на высоте до 200 м, то в случае отказа двигателя недостаточно опытный летчик не сумеет перейти на режим самовращения несущего винта, снижение вертолета будет неустановившимся, а приземление грубым.
Наиболее опасно во время перехода на режим самовращения снижение оборотов несущего винта, которое происходит в результате сопротивления воздушной среды и сил трения в трансмиссии. Чем больше угол установки лопастей несущего винта при переходе, тем больше падение оборотов за одно и то же время. Уменьшение оборотов приводит к ухудшению управляемости вертолетом, а при достижении определенного их значения — к полной ее потере. Вертолет Ми-4 на оборотах 1600—1700 в минуту по комбинированному указателю не реагирует на управление. Поэтому своевременным уменьшением общего шага лопастей несущего винта следует поддерживать его обороты в определенном пределе.
Кроме того, в момент перехода нарушается балансировка вертолета одновинтовой схемы и, если не принять соответствующих мер, могут возникнуть осложнения в пилотировании.
Рассматривая физическую сущность перехода вертолетов одновинтовой схемы типа Ми-4 и Ми-1 на режим самовращения, можно видеть, что во время перехода реактивный момент несущего винта исчезает и появляется момент обратного направления за счет силы тяги рулевого винта и за счет трения в подшипниках трансмиссии (рис. 76). Влияние момента силы тяги рулевого винта резко ощущается, когда летчик несвоевременно дает левую педаль. А это может быть довольно часто, так как в нормальном горизонтальном полете для уравновешивания реактивного момента несущего винта педали устанавливаются или нейтрально, или правая педаль несколько впереди. При таком положении педалей угол установки лопастей рулевого винта составляет 6—8°, что создает боковую силу и момент от нее, стремящийся развернуть вертолет вправо. Если левая педаль дана несвоевременно, эта сила при переходе с полета с работающим двигателем на режим самовращения остается и создает момент, разворачивающий вертолет вправо.
Несвоевременная дача левой педали, кроме того, приводит к полету вертолета с левым скольжением, при котором возникают аэродинамические силы, также кренящие его вправо. Чем больше скорость полета, тем интенсивнее кренение и тем опаснее допустимое скольжение, так как запас отклонения автомата перекоса влево с увеличением скорости полета уменьшится. Последнее объясняется тем, что для балансировки вертолета в прямолинейном полете на большей скорости требуется большее отклонение ручки управления влево и, следовательно, меньший запас остается для парирования возможных возмущений.
На рис. 77 приводится график необходимого отклонения кольца автомата перекоса т?6 в поперечном направлении в зависимости от скорости полета для режима самовращения. Из графика видно, что для балансировки вертолета на скорости 170 км/час при центровке хт =+20 мм потребуется отклонить кольцо автомата перекоса влево на 2°, а при скорости 100 км/час примерно на 0,5°. Следовательно, на скорости 170 км/час запас отклонения кольца автомата перекоса (при предельном его отклонении влево на 4°) составляет всего лишь 2°, а при скорости 100 км/час — более 3°. Таким образом, на меньшей скорости имеется больший запас отклонения автомата перекоса влево для балансировки вертолета и парирования возникающих возмущений, стремящихся нарушить эту балансировку. Разворачивающие и кренящие моменты, которые появляются в период перехода с полета с работающим двигателем на режим самовращения несущего винта, нужно парировать одновременным отклонением левой педали и ручки управления влево.
Если отклонение рулей будет недостаточно эффективным, то взятием ручки управления на себя следует уменьшить скорость полета.
Из сказанного слёдует, что переходный момент даже без учета внезапности требует от летчиков определенных навыков в технике пилотирования и четких действий, чтобы сохранить нормальный режим полета.
Вернемся к рассмотрению режима самовращения несущего винта. Несущий винт вращается встречным потоком набегающего воздуха. Взаимодействуя с воздухом, винт создает необходимую тягу, которая обеспечивает вертолету планирование с постоянной скоростью. Если рассмотреть элемент лопасти несущего винта в режиме самовращения (для простоты в случае вертикального спуска), то можно увидеть, как создается необходимая для равномерного снижения вертолета тяга. Из рис. 78 видно, что полная аэродинамическая сила, как результат движения лопасти в воздушной среде, направлена параллельно оси вращения несущего винта. В этом случае проекции подъемной силы и силы сопротивления на плоскость вращения равны между собой, но противоположны по направлению, а потому относительно оси вращения дают момент, равный нулю. Если момент равен нулю, значит, нет силы, которая бы ускоряла или замедляла вращение; следовательно, вращение будет установившимся.
Условие установившегося самовращения элемента лопасти выражается равенством ф=а—0 и справедливо для любого радиуса лопасти. Однако все элементы лопасти не находятся одновременно в одинаковых условиях, так как в сечениях при различных радиусах вдоль лопасти величины (or и а будут разными. Поэтому для суждения о том, будет ли вращение лопасти ускоренным, замедленным или установившимся, нужно знать суммарный момент от проекций полной аэродинамической силы по всем сечениям лопасти. Если суммарный крутящий момент не равен нулю, то лопасть будет вращаться ускоренно или замедленно, а если равен нулю, то вращение будет равномерным.
В случае планирования вертолета по наклонной траектории происходит косая обдувка винта, вследствие чего картина обтекания лопасти усложняется.
В зависимости от азимутального положения лопасти изменяются величины результирующей скорости, угла атаки и аэродинамических сил каждого элемента лопасти. Указанные величины меняются вследствие несимметричности поля скоростей в косом потоке и маховых движений лопасти.
Необходимым условием установившегося режима самовращения несущего винта, как это видно из рис. 78, является предварительная раскрутка его до определенного значения угловой скорости вращения. Для этого при переходе на режим самовращения общий шаг несущего винта уменьшается до значения, соответствующего установившемуся режиму самовращения на данной высоте. Предположение, что режим самовращения может выполняться без уменьшения общего шага несущего винта, практикой полетов на вертолетах не подтвердилось. Если не уменьшать общий шаг несущего винта до необходимой величины, то в конечном итоге полет на вертолете становится неуправляемым, и вертолет беспорядочно падает.
Для вертолетов, находящихся в эксплуатации, примерные значения общего шага несущего винта, которые соответствуют установившемуся режиму самовращения в зависимости от высоты полета, составляют у земли 3°, на высоте 1000 м 4°, на высоте 2000 м 5° и на высоте 3000 м 6°.
Проведенными исследованиями установлено, что планирование на режиме самовращения несущего винта может осуществляться в определенном диапазоне скоростей. Для вертолета Ми-4 этот диапазон равен 50—150 км/час, для вертолета Ми-1 60—140 км/час. Однако этот диапазон с увеличением высоты полета сокращается, причем нижний предел увеличивается, а верхний — уменьшается.
В конечном итоге на высотах 3000 м указанный диапазон становится равным 90—100 км/час для вертолета Ми-4 и 80—120 км/час для Ми-1. Сужение допустимого диапазона скоростей вызывается тем, что на указанных скоростях обеспечивается лучшая устойчивость и управляемость вертолета.
Во время полета на режиме самовращения контролируют не только скорость полета, но и величину оборотов несущего винта, которые должны быть несколько меньшими или равными номинальным оборотам двигателя по комбинированному указателю оборотов.
Поддержание оборотов в нужном диапазоне осуществляется изменением общего шага несущего винта. Чтобы обороты несущего винта уменьшились, увеличивают общий шаг, и наоборот. Некоторые летчики пытаются поддерживать обороты изменением не шага несущего винта, а скорости полета. При увеличении скорости полета обороты несущего винта возрастают, а при уменьшении скорости полета — уменьшаются. Однако этот метод не является достаточно приемлемым, так как он менее эффективен, а также вследствие того, что при разгоне и торможении теряется высота полета. Так, на вертолете Ми-4 за время изменения скорости от 120 до 60 км/час вертолет снижается в среднем на 80—90 му а при разгоне от 60 до 120 км/час — на 160— 170 м.
С учебной целью переход на режим самовращения несущего винта выполняют следующим образом. Вначале уменьшают общий шаг несущего винта до значения, соответствующего установившемуся режиму самовращения на данной высоте, затем поворачивают коррекцию газа в сторону «малый газ» до расхождения стрелок комбинированного указателя оборотов на 100—150 O6JMUH и парируют разворот вертолета. При обратном переходе с режима самовращения несущего винта на полет с работающим двигателем внимание должно быть обращено на совпадение стрелок комбинированного указателя оборотов: обе стрелки должны совпадать. Если стрелка, показывающая обороты двигателя, хотя бы на 50—100 об/мин превысит показания оборотов несущего винта, то это будет означать, что муфта свободного хода отказала в работе, в результате чего крутящий момент от двигателя не передается несущему винту. В таком случае, если позволяет высота полета, нужно вновь перейти на режим самовращения несущего винта, а затем на полет с работающим двигателем, плавно увеличивая обороты двигателя до совпадения с оборотами несущего винта. Если обороты не совпадут, то произвести посадку вертолета на режиме самовращения несущего винта. Опасность заброса оборотов двигателя по сравнению с оборотами несущего винта состоит в том, что в этом случае при включении в работу муфты свободного хода происходит резкая передача крутящего момента двигателя, которая при большой инерции лопастей может привести к их поломке.
При планировании на режиме самовращения несущего винта качество вертолета зависит от скорости планирования. Для вертолета Ми-4 зависимость качества от скорости планирования по прибору характеризуется следующим: наличии достаточной высоты полета уточнять расчет на посадку изменением скорости планирования.
Наивыгоднейшей скоростью планирования, на которой вертикальная скорость снижения минимальна, является скорость, соответствующая 0,5—0,55 Кмакс по прибору. На этой скорости планирования вертикальная скорость снижения равна приблизительно 6,5—7,5 м/сек и зависит от типа вертолета и его полетного веса. При отклонении скорости планирования от наивыгоднейшей вертикальная скорость снижения увеличивается.
Когда в учебных целях переходят с режима самовращения несущего винта на полет с работающим двигателем, не следует забывать о температурном режиме двигателя, в первую очередь зимой и на больших высотах (при низкой температуре наружного воздуха). Чтобы температуры головок цилиндров и входящего в двигатель масла не вышли за допустимые величины, нужно своевременно закрывать створки капота двигателя и маслорадиатора.
Завершающим этапом планирования вертолета является посадка, которая на режиме самовращения несущего винта может выполняться различными способами.
