ВВЕДЕНИЕ
Вертолеты, как известно, представляют собой летательные аппараты тяжелее воздуха, подъемная сила у которых создается одним винтом или несколькими вращающимися несущими винтами.
В течение последнего десятилетия вертолеты получили всеобщее признание и находят все более широкое применение в мирных и военных целях. Причиной этого являются замечательные летные свойства, которыми обладают вертолеты, и в первую очередь их способность висеть неподвижно в воздухе, а также взлетать и садиться вертикально — без разбега и пробега по земле.
Большие успехи, достигнутые в нашей стране в области развития вертолетной авиации, явились результатом длительной и упорной работы советских ученых, работников авиационной промышленности и эксплуатационников — летчиков, инженеров, техников и механиков. Без «их тесного содружества был бы немыслим тот высокий уровень вертолетостроения, который достигнут в Советском Союзе.
Поэтому имена советских летчиков Г. А. Тинякова, С. Г. Бровцева, Ф. Ф. Прокопенко, П. П. Проничкина, П. И. Шишова, А. Ф. Бабенко и инженеров А. М. Загордан, С. С. Гайдаенко, В. И. Кухаренко, которые первыми осваивали эксплуатацию и техническое обслуживание вертолетов, должны войти в историю развития советской вертолетной авиации вместе с именами известных сейчас всему миру конструкторов советских вертолетов — М. Л. Миля, Н. И. Камова, А. С. Яковлева, И. П. Братухина и др.
За последнее время в нашей технической литературе появились книги, знакомящие читателя с историей развития вертолетов, теорией их полета, аэродинамикой, конструкцией и управлением в полете. Однако до сих пор мало освещенной остается область технической эксплуатации этих летательных аппаратов. В данной работе авторы поставили своей целью обобщить имеющийся опыт эксплуатации и технического обслуживания вертолетов в нашей стране и показать его характерные особенности.
Однако прежде чем приступить к решению этой задачи, необходимо остановиться на рассмотрении конструктивных схем вертолетов, находящихся в эксплуатации.
Краткая характеристика вертолетов, находящихся в эксплуатации
Для современного этапа развития вертолетов характерно большое разнообразие их конструктивных схем. Это свидетельствует о том, что практика эксплуатации вертолетов не смогла еще отобрать наилучшие из них и доказать абсолютное их превосходство. Очевидно, это дело будущего.
Однако уже в настоящее время на опыте создания, доводки и эксплуатации того или иного образца вертолетов удается подметить особенности в их применении и превосходство одного образца над другим.
Вертолеты можно было бы классифицировать по их назначению, так как они применяются, как и самолеты, для связи, перевозки пассажиров, эвакуации больных и раненых, транспортирования различных грузов и т. п. В зависимости от назначения вертолеты строятся легкими и тяжелыми, с одним и несколькими двигателями, с одним несущим винтом и несколькими несущими винтами.
Но такая классификация была бы не совсем удобна в связи с тем, что она не раскрывает принципиальных конструктивных отличий одного вертолета от другого.
Наиболее правильной классификацией вертолетов можно считать классификацию по способу погашения реактивного момента несущего винта, что и является определяющим в той или иной схеме.
Поскольку несущий винт является обязательной частью конструкции каждого вертолета, неизбежно и возникновение реактивного момента от вращения несущего винта. Следовательно, перед конструктором вертолета всегда стоит задача погашения этого момента тем или иным способом.
Следует оговориться, что указанные выше рассуждения не относятся к вертолетам с реактивными двигателями, установленными на лопастях несущего винта, которые не создают реактивного момента, передаваемого на всю конструкцию вертолета. Но в подавляющем большинстве конструкций вращение несущего винта обеспечивается двигателями, установленными в фюзеляже вертолета, и способ погашения реактивного момента от несущего винта можно считать основным критерием в классификации вертолетов.
Из всего многообразия схем вертолетов наибольшее распространение получили:
— вертолеты с одним несущим и одним рулевым (хвостовым) винтом, который и гасит реактивный момент несу щего винта;
— вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными соосно, где гашение реактивного момента достигается различным направлением вращения несущих винтов;
— вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными один за другим по продольной оси (продольная схема);
— вертолеты с двумя несущими винтами, расположенными по поперечной оси (поперечная схема).
В продольной и поперечной схемах гашение реактивного момента достигается различным направлением вращения несущих винтов.
Наиболее распространенными в эксплуатации как в Советском Союзе, так и за границей являются вертолеты с одним несущим и одним рулевым винтами (рис. 1). Впервые подобная схема вертолета была предложена русским ученым Б. Н. Юрьевым в 1910 г.
Благодаря простоте конструкции и системы управления одновинтовые вертолеты первыми начали производиться серийно. В настоящее время наибольший опыт эксплуатации накоплен по вертолетам именно этой схемы.
Несмотря на ряд существенных недостатков вертолетов с одним несущим винтом — узкий диапазон возможных центровок, несимметричность конструкции, необходимость введения в конструкцию хвостовой балки и рулевого винта, на вращение которого затрачивается значительная часть мощности силовой установки (примерно 7—10%), — эти вертолеты получили в настоящее время очень широкое распространение.
Одновинтовые вертолеты продолжают конструировать и сейчас, постоянно улучшают их и совершенствуют. Вертолеты с одним несущим винтом имеют полетный вес от 1000 кг и более. В настоящее время эти вертолеты выпускаются с одним двигателем и с несколькими двигателями, передача мощности от которых осуществляется на один несущий винт.
Несущие винты строятся двух-, трех-, четырех- и пятилопастные. Применяются самые различные конструкции втулок несущих винтов, автоматов перекоса и способов управления общим и циклическим шагом несущего винта.
В настоящей книге будет в основном рассматриваться эксплуатация вертолетов с одним несущим винтом, как наиболее распространенных. Если описание правил эксплуатации тех или иных агрегатов и узлов вертолетов будет присуще другим видам вертолетов, авторы будут в этом случае делать оговорки в тексте.
Попытка применения вертолетов для транспортирования тяжелых и крупногабаритных грузов, естественно, потребовала увеличения грузоподъемности вертолетов и расширения полезного объема их грузовых кабин.
Создание вертолета с одним несущим винтом большой грузоподъемности и обладающего достаточно большим объемом грузовой кабины сопряжено с рядом серьезных конструктивных затруднений.
В первую очередь эти затруднения касаются необходимости создания несущего винта большого диаметра, что зависит не только от умения авиационных конструкторов, но во многом и от уровня развития металлургии, наличия высокопрочных материалов и высокого класса технологии их обработки. Кроме того, одновинтовой вертолет должен иметь хвостовую балку, размеры которой, учитывая большую грузовую кабину, обязательно увеличивают габариты и вес конструкции вертолета в ущерб полезной загрузке.
Эти и другие трудности заставили конструкторов задуматься над разработкой других схем вертолетов, обеспечивающих большую грузоподъемность. Решение было найдено в постройке вертолетов с двумя несущими винтами и более, обладающими способностью в сумме создавать большую силу тяги. Несмотря на значительные сложность и вес трансмиссии, в этом случае более удачно, чем на одновинтовом вертолете, решается вопрос об увеличении полезного объема грузовой кабины. Ведь на двухвинтовом или многовинтовом вертолете, где реактивный момент уравновешивается самими винтами, отпадает необходимость в рулевом винте, а следовательно, и в хвостовой балке, что позволяет лучше использовать полезный объем фюзеляжа.
Вертолеты с двумя несущими винтами как продольной (рис. 2), так и поперечной схем (рис. 3) строятся серийно и находят широкое применение в эксплуатации.
Например, в эксплуатации имеются двухвинтовые вертолеты продольной схемы с полетным весом от 2600 кг и более. По количеству выпущенных в эксплуатацию вертолетов продольная схема занимает второе место после вертолетов с одним несущим винтом. Эта схема обладает широким диапазоном центровок, что очень важно для загрузки вертолета, достаточной продольной устойчивостью и удовлетворительной грузоподъемностью наряду с большой полезной емкостью фюзеляжа.
Вертолеты двухвинтовой поперечной схемы, обладая большинством достоинств продольной схемы, все же имеют существенный недостаток, заключающийся в значительном увеличении лобового сопротивления такого вертолета по сравнению с одновинтовым и вертолетом продольной схемы.
Однако такая схема в варианте комбинированного вертолета (при наличии крыла и несущих винтов) может оказаться наиболее рациональной, так как позволит увеличить скорость полета. Кроме того, поперечная схема является аэродинамически симметричной, что дает возможность улучшить характеристики устойчивости и управляемости вертолетов этой схемы.
Несколько особое место занимают вертолеты двухвинтовой соосной схемы (рис. 4), т. е. такие вертолеты, которые имеют два винта, расположенных на одной оси и вращающихся в разных направлениях с одинаковой скоростью.
Несмотря на то что теоретически возможно создание тяжелых грузоподъемных вертолетов по этой схеме, в эксплуатации таких вертолетов еще мало. Большинство выпущенных промышленностью вертолетов этой схемы имеют малый полетный вес. Дело в том, что создание втулки для соосных несущих винтов весьма сложная задача, особенно втулки большого размера, так как из-за опасности столкновения лопастей верхнего винта с нижним приходится значительно увеличивать расстояние между ними. Кроме того, большие затруднения возникают при устранении вибраций соосных винтов. Вместе с тем благодаря малым габаритам и хорошей управляемости небольшие вертолеты соосной схемы отлично зарекомендовали себя в эксплуатации.
Особенности эксплуатации вертолетов
С появлением в эксплуатации вертолетов летный и инженерно-технический состав, ранее имевший дело с самолетами, встретил ряд трудностей, гак как в эксплуатации появились новые агрегаты, которых ранее на самолетах вообще не было (несущий винт, автомат перекоса, редукторы, валы трансмиссии, рулевой винт, загрузочные механизмы управления и т. п.). На приборной доске вертолета появился ряд специальных приборов, которых не было на самолетах, например сдвоенный счетчик оборотов несущего винта и двигателя, указатель общего шага несущего винта и др. Кроме того, показания ряда «самолетных» приборов, установленных на вертолете, — авиагоризонта или указателя скорости — стали иными, непривычными для летчика, ранее летавшего только на самолетах.
Все это потребовало от эксплуатационников выработки специфических способов и методов технического обслуживания и эксплуатации новых агрегатов и приборов, чтобы обеспечить правильную и безотказную их работу в полете.
Но не только появление в эксплуатации агрегатов и приборов, присущих вертолетам, определило возникновение особых способов их обслуживания и использования. Существенное, если не решающее, значение в деле эксплуатации вертолетов имеют характерные только для этих аппаратов нагрузки, возникающие в силовых элементах конструкции и определяющие их прочность.
Вращающийся несущий винт вертолета является постоянным источником самых разнообразных вибраций, а также периодически действующих и знакопеременных нагрузок различной частоты и величины. Эти вибрации и нагрузки являются постоянным источником знакопеременных напряжений в узлах конструкции, которая при этом, как принято говорить, работает «на усталость».
Такое своеобразие напряжений в наиболее ответственных агрегатах и узлах вертолета —лопастях несущего и рулевого винтов, агрегатах трансмиссии и управления — приближает вертолеты по характеру работы их конструкции ближе к двигателям, чем к самолетам. Это обстоятельство еще более усиливается большим числом установленных на вертолет вращающихся и трущихся узлов и деталей (редукторы, валы трансмиссии, автомат перекоса и т. п.). Поэтому агрегаты вертолетов, работающие при переменных нагрузках, до проведения летных испытаний обязательно подвергаются специальным испытаниям.
Однако в практике эксплуатации вертолетов за рубежом встречаются случаи появления усталостного разрушения отдельных узлов вертолетов даже после успешного прохождения ими всех видов испытаний. Это происходит из-за невозможности достаточно точного расчета и выявления величины всех фактически действующих на узлы вертолета динамических напряжений и, следовательно, изменения характера действия некоторых нагрузок на отдельных экземплярах вертолетов в зависимости от специфических условий их эксплуатации и изготовления.
Указанные обстоятельства вызывают необходимость при эксплуатации постоянно следить за сохранением точности регулировки всех частей и агрегатов вертолета, систематически проверять ее и тем самым своевременно предупреждать возможность усталостного разрушения отдельных элементов их конструкции. Для осуществления проверки точности регулировки частей и агрегатов в эксплуатации появился ряд приборов и приспособлений, ранее не применявшихся при техническом обслуживании самолетов.
Определенное своеобразие Ен если вертолеты также и в такой элемент эксплуатации, как опробование двигателя. Как известно, вертолет обладает свойством взлетать вертикально, а следовательно, если попытаться произвести опробование двигателя на полной мощности при включенном несущем винте, то благодаря подъемной силе, развиваемой при вращении винта, вертолет отделится от земли и взлетит. Во избежание этого опробование двигателя производится на вертолете, укрепленном к земле при помощи специальных приспособлений, как говорят «на привязи», препятствующей взлету вертолета в процессе опробования двигателя.
Своеобразен и запуск двигателя на вертолете. На самолете с поршневым или турбовинтовым двигателем запуск двигателя производится с воздушным винтом, находящимся на его валу. На вертолете запуск двигателя приходится производить с отключенным несущим винтом и включение его осуществлять лишь после прогрева двигателя и обеспечения его устойчивой работы на определенной мощности, достаточной для вращения несущего винта. На некоторых вертолетах приведение в движение несущего винта (или, что более правильно, включение трансмиссии, так как одновременно с несущим винтом приводятся в движение все валы трансмиссии, редукторы и рулевой винт) осуществляется механически, ручным приводом, на других вертолетах— электрическим или гидравлическим приводом. Но этот элемент, как и ряд других, приведенных выше, является специфическим лишь для вертолета и будет подробно разобран при дальнейшем изложении.
Особое место при эксплуатации вертолетов занимают работы по регулировке и обеспечению надежной эксплуатации несущего винта. Несущий винт, являясь основным агрегатом любого вертолета, требует наиболее тщательной регулировки и постоянного внимания при техническом обслуживании. При регулировке несущего винта применяются оригинальные приспособления и даже оптические приборы, которые никогда не употреблялись при эксплуатации самолетов. Так, например, для установки валов трансмиссии, регулировки углов отклонения тарелки автомата перекоса и для ряда других работ применяется оптический угломер. Специальное приспособление используется также при проверке соконусности лопастей несущего винта.
Это перечисление можно было бы продолжить, однако авторы считают целосообразным во введении ограничиться лишь этими краткими замечаниями с тем, чтобы в дальнейшем достаточно подробно остановиться на всех новых элементах эксплуатации и технического обслуживания вертолетов.
Авторы считают своим долгом выразить благодарность тов. Лаписову В. П., просмотревшему данный труд и сделавшему ряд полезных замечаний по его содержанию.
Авторы будут признательны всем лицам, которые пожелают выразить свое мнение о данной книге и высказать свои критические замечания.
