Основные принципы

Ми-8 – многоцелевой вертолёт

Ми-10К – вертолёт-кран

четырехместный вертолет Robinson-R44

Аналогично крылу самолета лопасти НВ вертолета находятся под углом к плоскости вращения винта, который называется углом установки (φ) лопастей. Однако, в отличие от фиксированного самолетного крыла, угол установки лопастей вертолета может меняться в широких пределах (до +30°).

Почти всегда НВ вертолёта оснащён автоматом перекоса, который для управления полётом обеспечивает смещение центра давления винта в случае шарнирного соединения лопастей или же наклоняет плоскость вращения винта в случае полужесткого соединения. Автомат перекоса, как правило, жестко соединяется с ОШ для изменения угла атаки лопастей. В схемах с тремя и более НВ автомат перекоса может отсутствовать.

Лопасти вертолета, как правило, на всех режимах полета вращаются с фиксированной частотой, увеличение или уменьшение мощности НВ зависит от шага винта.

Вращение винту обычно передается от одного или двух двигателей через трансмиссию и приводной вал к НВ. При этом возникает реактивный момент, который стремится закрутить вертолет в сторону противоположную от вращения НВ. Для противодействия реактивному моменту, а также для путевого управления используется либо рулевое устройство (рулевой винт), либо пара синхронизированных винтов, вращающихся в разных направлениях.

В качестве рулевого устройства традиционно используется вертикальный рулевой винт на конце хвостовой балки, реже применяют рулевой винт в кольцевом канале - фенестрон, еще реже систему NOTAR, основанную на эффекте Коанда.

Система NOTAR состоит из полой хвостовой балки, у основания которой находится пропеллер для создания необходимого давления, управляемых щелей вдоль поверхности балки, и поворотного сопла для путевого управления на конце балки. Воздух, выходящий из управляемых щелей, создает разные скорости на поверхности хвостовой балки. По закону Бернулли на той части поверхности, где скорость протекания пограничного воздушного слоя больше – меньше давление воздуха. Из-за разницы давлений воздуха на стороны хвостовой балки возникает необходимая сила, направленная от участка с большим давлением к участку с меньшим давлением (пример такого вертолёта – MD-600).

Также существуют варианты с расположением рулевого винта на крыле вертолета, при этом винт не только противодействует реактивному моменту и участвует в путевом управлении, но и создает дополнительную тягу, направленную вперед, разгружая тем самым несущий винт во время полета.

При использовании пары синхронизированных, противоположно вращающихся винтов, реактивные моменты взаимно компенсируются, при этом дополнительная мощность от двигателей не требуется. Однако такая схема заметно усложняет конструкцию вертолета.

В случае, если винт приводится во вращение реактивными двигателями, закреплён-ными на самих лопастях, вращающий момент почти не заметен.

Для разгрузки несущего винта на большой скорости вертолёт может оснащаться достаточно развитым крылом, для увеличения путевой устойчивости может также применяться и оперение.

Когда вертолёт летит вперёд, лопасти, движущиеся вперёд, имеют бо́льшую скорость относительно воздуха, чем движущиеся назад. В результате одна из половин винта создаёт бо́льшую подъёмную силу, чем другая, и возникает дополнительный кренящий момент. При этом половина винта с наступающими лопастями по отношению к набегающему воздушному потоку под действием этого потока стремиться совершить взмах вверх в горизонтальном шарнире. Это при наличии жесткой связи с автоматом перекоса ведет к уменьшению угла атаки и, следовательно, к уменьшению подъемной силы. На другой же половине винта лопасти испытывают гораздо меньшее давление воздуха, угол установки лопастей увеличивается, увеличивается и подъемная сила. Этот простой механизм уменьшает влияние кренящего момента. Стоит отметить, что на отступающих лопастях при определенных обстоятельствах может наблюдаться срыв потока, а концевые участки наступающих лопастей могут преодолевать волновой кризис при прохождении звукового барьера.

Кроме того, для улучшения устойчивости во время полета, повышения максимальной скорости и грузоподъемности применяют дополнительные крылья (например, на Ми-6 и частично на Ми-24 – у этого вертолёта роль дополнительных крыльев выполняют пилоны подвесного оружия). За счет дополнительной подъёмной силы на крыльях удается разгрузить НВ, снизить общий шаг винта и несколько снизить интенсивность эффекта кренения, однако на режиме висения крылья создают дополнительное сопротивление нисходящему воздушному потоку от НВ, тем самым снижая устойчивость.

НВ создаёт вибрацию, угрожающую разрушением конструкции. Поэтому в большинстве случаев применяется активная система гашения возникающих колебаний.

При отказе двигателей вертолет должен иметь возможность безопасно приземлиться на режиме авторотации, т.е. в режиме самовращения НВ под действием набегающего потока воздуха. Для этого почти все вертолеты, за исключением реактивных, снабжены муфтой свободного хода, которая в случае необходимости разъединяет трансмиссию с НВ. Посадка в режиме авторотации получается управляемой, но считается аварийным режимом: установившаяся скорость снижения у лёгких вертолётов от 5 м/с, а у тяжёлых до 30 м/с и более (без резкого "затяжеления" ("подрыва" шага) НВ перед столкновением с землёй такая посадка мало отличается от падения).

Характеристики вертолета зависят от давления окружающего воздуха, в частности от высоты полета, температуры воздуха, влажности.