ВИСЕНИЕ
Способность вертолета висеть является самым ценным его качеством, благодаря которому он нашел столь широкое применение.
Широкое использование режима висения зависит от качества подготовки летного состава, его умения максимально использовать летные данные вертолета. Режим висения является одним из наиболее трудных и требует от летного состава повышенного внимания и четкости в пилотировании. Как известно, вертолет может висеть на всех высотах до статического потолка, при этом в зависимости от высоты висения имеются свои характерные особенности. Эти особенности заключаются в следующем.
Всю высоту до статического потолка можно разбить на следующие зоны: во-первых, это зона, в которой проявляется влияние так называемой «воздушной подушки», во- вторых, зона, висение в которой разрешается производить только в случаях крайней необходимости и по тактическим соображениям, и, в-третьих, зона, висеиие в которой разрешается выполнять с небольшой поступательной скоростью. Разберем подробнее эти зоны.
При висении вблизи земли под несущим винтом вертолета создается так называемая «воздушная подушка» Физическая сущность ее заключается в том, что струи воздуха, отбрасываемые несущим винтом, ударяясь о землю резко меняют свое направление, вследствие чего возрастает плотность воздуха под несущим винтом. В результате тяга несущего винта при прочих равных условиях увеличивается на 15—20%. Влияние «воздушной подушки» распространяется до высоты, приблизительно равной полутора радиусам несущего винта, причем по мере увеличения высоты висения прирост тяги несущего винта уменьшается. Наличие «воздушной подушки» позволяет в зоне ее действия при прочих равных условиях (полетный вес вертолета, температура наружного воздуха и др.) производить висение с использованием меньшей мощности двигателя, на меньших оборотах несущего винта, что более надежно не только с точки зрения работы авиационной техники (вертолета), но и более приятно для летчика, так как уменьшаются вибрации вертолета.
Следующей характерной зоной, как это указано выше, является интервал высоты от 10 до 200 м, в пределах которого висение разрешается в особых случаях, что вызвано исключительно соображениями безопасности висения в случае отказа в работе двигателя. При отказе двигателя несущий винт не сумеет перейти на режим самовращения, если вертолет будет находиться в интервале указанных высот. Чтобы винт смог перейти на режим самовращения на малых высотах, необходима определенная поступательная скорость вертолета. Графически это показано на рис. 66.
Из графика видно, что начиная с высоты 10 м до высот приблизительно 25—30 м потребная для безопасной по- садки вертолета скорость на режиме самовращения несущего винта увеличивается, а затем до высоты 200 м уменьшается. Такая закономерность протекания нижней ветви графика объясняется запасом кинетической энергии несущего винта (другими словами, его оборотами), которая вследствие малого времени, проходящего от момента начала снижения до приземления вертолета, не успевает значительно уменьшиться и используется для обеспечения нормальной посадки.
Увеличение высоты висения, которое наблюдается при рассмотрении верхней кривой графика, позволяет использовать ее для разгона вертолета и поддержания необходимых для безопасной посадки оборотов несущего винта.
Другими словами, высота 200 м является той предельной высотой, которая необходима для перехода с режима висения (в случае отказа двигателя) на режим самовращения несущего винта и обеспечения безопасной посадки.
Выше 200 м вплоть до статического потолка висение вертолета неподвижно в воздухе по отношению к земле запрещается. Это связано с тем, что до настоящего времени не разработан указатель скорости, который давал бы устойчивые показания не только на малых скоростях полета (0—20 км/час), но и показывал бы скорости перемещения вертолета назад и в стороны. Находясь на высотах более 200 м, летчик практически не может оценить движение вертолета относительно земли, если он пытается выполнить режим висения: то ли вертолет висит, то ли он перемещается вперед или назад. При перемещении назад вертолет из-за недостаточного запаса управляемости теряет устойчивость, беспорядочно снижается, не слушаясь управления. Для вывода его в нормальное положение требуется высота в несколько сот метров, а в некоторых случаях вывод будет вообще невозможен. Именно поэтому на высотах более 200 м вследствие неустойчивых показаний указателя скорости на скоростях, близких к нулю, висение следует выполнять, имея скорость поступательного движения вперед не менее 40 км/час по прибору.
Висение у земли производится перед каждым полетом.
Цель такого висения состоит в том, чтобы проверить работу двигателя и трансмиссии, убедиться в нормальной работе управления и правильном размещении груза (проверить центровку).
Работа двигателя и трансмиссии проверяется по приборам, показывающим температуру головок цилиндров и входящего масла, наддув двигателя, соответствующий оборотам несущего винта и температуре масла в редуктопяу трансмиссии.
Центровка вертолета оценивается по величинам отклонения «триммеров» продольного и поперечного управления, необходимым для полного сбалансирования вертолета.
Если показания приборов положения «триммеров» свидетельствуют о том, что центровка вертолета находится вблизи предельно допустимой, то следует оценить, какова будет центровка в полете и при посадке после выполнения задания.
Оценивается положение центровки по ее смещению во время полета, которое произойдет из-за выработки горючего и масла, выброски грузов или десантирования людей, выработки противообледенительной жидкости и т. п. Нельзя выполнять полет, при котором центровка выйдет за пределы допустимых величин.
Висение вертолета, как правило, выполняется против ветра. Вертолеты несимметричной схемы — одновинтовые— при отрыве имеют тенденцию к развороту и крену. Так, вертолет Ми-4 при отрыве стремится развернуться и накрениться влево. Такое поведение вертолета становится ясным из рассмотрения действующих на него в горизонтальной плоскости сил и моментов (рис. 67). При взятии рычага «шаг — газ» на себя увеличивается реактивный момент несущего винта, который стремится развернуть вертолет влево. Парируется этот момент дачей правой педали, вследствие чего лопасти рулевого винта устанавливаются на больший угол и увеличивается сила тяги рулевого винта.
Но возросшая сила тяги рулевого винта не только уравновешивает реактивный момент несущего винта, но и стремится накренить вертолет влево. Для ее уравновешивания требуется отклонить ручку управления вправо. Такая взаимозависимость движений вертолета создает значительные трудности при его отрыве от земли и требует от летчика точных, плавных и координированных действий. В противном случае балансировка вертолета нарушается настолько быстро, что невозможно удержать его в нормальном положении.
Некоординированные действия летчика могут приводить к опрокидыванию вертолета при попытке оторвать его от земли в момент перехода на режим висения. Опрокидывание происходит настолько быстро, что летчик не успевает исправить допущенную ошибку. Наиболее подвержены опрокидыванию в указанном случае тяжелые вертолеты, имеющие большую инерцию, например вертолет Ми-4.
Для уяснения физической сущности явлений, происходящих при взлете на вертолете Ми-4, представим себе этот вертолет стоящим нормально на земле с работающей трансмиссией.
При нейтрально установленной ручке циклического шага и педалях силы и моменты действуют на вертолет так, как это показано на рис. 68. Из рассмотрения действующих сил видно, что сила тяги рулевого винта не только Уравновешивает реактивный момент несущего винта, но и стремится опрокинуть вертолет влево. Стабилизирующей силой, удерживающей вертолет в нормальном положении иначе говоря, противодействующей силе рулевого винта является разность силы веса вертолета и силы тяги несущего винта.
При малых оборотах несущего винта величина стабилизирующего момента (G — Т)а значительно больше опрокидывающего момента ТХВНХв. При взятии рычага «шаг — газ» на себя увеличиваются обороты несущего винта, его тяга и тяга рулевого винта, тем самым уменьшается разность сил G — Т и произведение (С — Т)а, т. е. стабилизирующий момент.
Опрокидывающий момент от действия силы тяги рулевого винта при увеличении его оборотов значительно возрастает, что в общей сложности приводит к менее устойчивому положению вертолета. С дальнейшим перемещением рычага «шаг—газ» на себя неустойчивое положение вертолета все более и более увеличивается. При правильном пилотирования по мере взятия рычага «шаг — газ» на себя дается правая педаль вперед и отклоняется одновременно вправо ручка управления.
Правая педаль дается вперед для того, чтобы полностью уравновесить реактивный момент несущего винта, а ручка вправо — для уравновешивания силы тяги рулевого винта. В том случае, если ручка управления вправо не отклоняется в момент взлета или незаметно для летчика, например, при открывании двери кабины, отклоняется влево, то при этом под действием дополнительно возникающей боковой силы от тяги несущего винта вертолет может легко опрокинуться на левый борт даже до отрыва его от земли.
Для определения необходимых величин отклонения ручки циклического шага влево разберем конкретный пример для вертолета Ми-4.
Предположим, что взлет производится при весе вертолета G = 5700 кг, на оборотах двигателя гдв =1900 об/мин по прибору и шаге несущего винга 6,5—7° (коррекция газа введена не полностью).
При этих условиях определим, насколько нужно отклонить ручку циклического шага влево, чтобы вертолет опрокинулся набок. Величина отклонения ручки циклического шага находится из уравнения, выражающего сумму моментов сил относительно главного колеса (хотя на самом деле нужно рассматривать моменты не относительно колеса, а относительно линии, проходящей через точки касания с землей главного и переднего колес; но с достаточной точностью, учитывая простоту расчета, можно брать и относительно колеса).
При указанных выше условиях тяга несущего винта о учетом влияния «воздушной подушки» равна примерно
В переводе на градусы эта величина равна 0,3 хода ручки циклического шага.
Опрокидыванию вертолета может способствовать ветер, если он будет справа в направлении действия силы тяги рулевого винта, а также установка «триммера» поперечного управления в положение влево от нейтрального. Поэтому перед взлетом особое внимание обращают на положение поперечного «триммера», оценивают направление ветра и только после этого взлетают, удерживая рулями вертолет в нормальном положении.
При взлете следует плавно работать рычагом «шаг — газ», чтобы обеспечить соответствие оборотов несущего винта наддуву двигателя. Как известно, на вертолетах объединено управление наддувом двигателя и шагом лопастей несущего винта. Это управление осуществляется рычагом «шаг — газ», при действии которым соответственно шагу лопастей несущего винта устанавливается нужный наддув двигателя. Но двигатель выходит на нужный режим и лопасти несущего винта переходят на новый шаг в течение определенного времени. Для двигателя это время характеризуется приемистостью и зависит от конструкции двигателя. Обычно приемистость замеряется при разгоне двигателя с оборотов малого газа до номинальных. Это время для существующих поршневых типов двигателей, устанавливаемых на вертолеты, равно 5—8 сек. Изменение же шага лопастей несущего винта зависит от того, насколько энергично летчик действует рычагом «шаг — газ», и может быть произведено летчиком значительно быстрее, чем разгоняется двигатель от оборотов малого газа до номинальных, например за 1—2 сек, а в некоторых случаях еще быстрее. Таким образом, при резкой работе рычагом «шаг — газ» угол установки лопастей несущего винта увеличивается быстрее, чем увеличивается наддув двигателя, т. е. его мощность. Получается несоответствие между установочным углом лопастей несущего винта и. мощностью двигателя, как говорят, винт в этом случае становится «тяжелым». Для вращения такого винта требуется значительно большая мощность двигателя, чем та, которую он развивает. При резком взятии рычага «шаг — газ» на себя в первоначальный момент вертолет оторвется от земли и может быть даже наберет небольшую высоту. Отрыв вертолета от земли в этом случае происходит вследствие использования кинетической энергии, которой обладают вращающиеся лопасти. Но эта энергия используется кратковременно, после чего вертолет начинает энергично снижаться. Для уменьшения вертикальной скорости снижения вертолета следует несколько уменьшить шаг несущего винта. При своевременном уменьшении шага вертикальная скорость снижения уменьшится и вертолет даже может зависнуть. Если своевременно не исправить допущенную ошибку, вертолет ударится колесами о землю, что может привести к поломке шасси или узлов их крепления.
В случае длительного висения вертолета особое внимание необходимо обращать на температурный режим двигателя, так как в режиме висения ухудшается его охлаждение. На режиме висения вертолета двигатель охлаждается не набегающим потоком, как при поступательном полете вертолета, а принудительно — от вентилятора. Если висение вертолета происходит при высокой температуре наружного воздуха, то возможен перегрев двигателя.
Для выполнения режима висения в большинстве случаев достаточно номинальной мощности двигателя. В некоторых случаях эксплуатации вертолетов, например при висении с перегруженным полетным весом, при высокой температуре наружного воздуха, при эксплуатации в высокогорной местности и т. д., для выполнения висения необходима взлетная мощность двигателя. Непрерывное использование взлетной мощности двигателя не должно превышать 5 мин. Невыполнение этого требования может привести к задиру и прогару поршней и к возникновению других дефектов двигателя.
На висении иногда приходится разворачивать вертолет в стороны, что выполняется дачей соответствующей педали. Угловая скорость разворота не должна превышать установленной для данного типа вертолета величины (для вертолета Ми-4 не более 12° в сек). При большей угловой скорости возникают недопустимо большие нагрузки на лопастях рулевого винта, хвостовой и концевой балках вертолета. Кроме этого, при большей угловой скорости трудно сохранить высоту висения из-за взаимозависимости движений вертолета. На вертолетах одновинтовой схемы разворот вертолета в одну сторону происходит за счет увеличения установочного угла рулевого винта, в результате чего увеличивается сила тяги рулевого винта. Разворот вертолета в другую сторону происходит под действием реактивного момента несущего винта. Для этого установочный угол рулевого винта уменьшают, в результате сила тяги винта уменьшается и реактивный момент становится больше, чем момент от силы тяги рулевого винта. На создание тяги рулевого винта затрачивается мощность двигателя, причем в первом случае, когда разворот происходит под действием силы тяги рулевого винта, мощность затрачивается больше, чем при развороте вертолета под действием реактивного момента.
Такое перераспределение мощности двигателя на висении при даче педали приводит к тому, что вертолет стремится набрать высоту, если разворот происходит под действием реактивного момента несущего винта, либо потерять высоту, если разворот происходит пот действием силы тяги рулевого винта. Для сохранения высоты висения необходимо в первом случае несколько уменьшить наддув двигателя, а во втором — увеличить. Если избыток мощности двигателя, появляющийся в первом случае, может быть использован при пилотировании вертолета, то во втором случае при определенных условиях может произойти даже летное происшествие.
Выполняя висение с полным использованием мощности двигателя, следует учитывать, что развороты вертолета под действием силы тяги рулевого винта будут сопровождаться потерей высоты.
Из сказанного следует, что режим висения является одним из наиболее сложных как по технике пилотирования, так н с точки зрения нагруженности деталей и агрегатов и самой конструкции вертолета. Выполнение режима висения усложняется, если висение происходит в снежном или пыльном облаке, создаваемом отбрасываемым потоком воздуха от несущего винта, когда трудно определить пространственное положение вертолета. Во избежание этого площадку, над которой производят висение, следует либо поливать водой, если она пыльная, либо укатывать катками, если снег рыхлый. Должная подготовка площадки во многом способствует успешному выполнению висения на вертолете.
