Вертоліт, чарівна машина з роторами на даху, здатна виконувати маневри, неможливі для літаків. Його унікальна здатність вертикального зльоту та посадки, а також зависання в повітрі робить його незамінним у багатьох сферах. Але як же ці залізні птахи рухаються? Давайте поринемо у фізику польоту вертольотів.
Ключем до розуміння руху вертольота є його ротори. Ці обертові лопаті, схожі на гігантські пропелери, створюють підйомну силу, яка дозволяє вертольоту підніматися в повітря. Коли ротори обертаються, вони діють як крила, створюючи різницю тисків між верхньою та нижньою поверхнями кожної лопаті. Ця різниця тисків призводить до того, що лопаті відкидають повітря вниз, а повітря, у свою чергу, відштовхує лопаті вгору, генеруючи підйомну силу.
Кількість підйомної сили, що створюється ротарами, залежить від кількох факторів, зокрема від швидкості обертання роторів, розміру та форми лопатей, а також кута атаки (кут між лопатями та потоком повітря). Висока швидкість обертання роторів збільшує підйомну силу, тоді як більші лопаті створюють більше підйомної сили при тій самій швидкості обертання.
Щоб контролювати напрямок руху, вертольоти використовують хвостовий ротор. Хвостовий ротор обертається у вертикальній площині, щоб протидіяти обертальному моменту головних роторів. Це обертання створює бічний потік повітря, який рухає вертоліт навколо його вертикальної осі. Змінюючи швидкість обертання хвостового ротора, пілот може керувати повітряним потоком і змінювати напрямок польоту.
Зависання, одна з найдивовижніших здібностей вертольотів, досягається шляхом тонкого регулювання підйомної сили та протидії обертальному моменту. Пілот зменшує загальну підйомну силу вертольота, щоб вона трохи перевищувала його вагу, створюючи невеликий притиск до землі. Одночасно пілот збільшує швидкість обертання хвостового ротора, що генерує більш потужний бічний потік повітря. Це створює достатню протидію обертальному моменту, дозволяючи вертольоту залишатися в стані спокою відносно повітря.
Отже, рух вертольота — це результат взаємодії підйомної сили, що створюється обертовими роторами, і протидії обертальному моменту, що забезпечується хвостовим ротором. Ці елементи працюють разом, дозволяючи вертольоту не тільки літати, а й виконувати широкий спектр маневрів, що робить його незамінним інструментом у різних галузях.
Принцип руху вертольота
Вертоліт — літальний апарат, що підтримується в повітрі за рахунок сили, створюваної обертовими лопатями несучого гвинта. Основними елементами несучого гвинта є лопаті, встановлені на руховій осі.
Рух вертольота
Рух вертольота здійснюється за допомогою наступних сил:
- Підйомна сила, створювана несучим гвинтом, піднімає вертоліт в повітря. Вона виникає внаслідок різниці тиску повітря під і над лопатями гвинта, яка утворюється під час їхнього обертання.
- Тяга, що створюється хвостовим гвинтом або іншими пристроями керування, рухає вертоліт вперед, назад або в боки. Хвостовий гвинт протидіє реактивному моменту, який створюється обертовим несучим гвинтом.
Механізм створення підйомної сили
Підйомна сила несучого гвинта створюється завдяки аеродинамічному профілю його лопатей. Коли лопать обертається, повітря, яке проходить над її верхньою поверхнею, має більшу швидкість, ніж повітря, яке рухається під нижньою поверхнею. Внаслідок різниці швидкостей між потоками повітря над і під крилом виникає різниця тиску: тиск над крилом менший, ніж під ним. Ця різниця тиску створює силу, спрямовану вгору, яка і підіймає вертоліт.
Керування вертольотом
Керування вертольотом здійснюється за допомогою наступних елементів:
- Циклічний лопатей несучого гвинта регулює нахил лопатей, змінюючи силу підйомної сили, що створюється різними частинами гвинта. Це дозволяє змінювати напрямок руху вертольота.
- Загальний лопатей несучого гвинта змінює сумарну підйомну силу, створювану гвинтом. Це дозволяє збільшувати або зменшувати висоту польоту.
- Хвостовий гвинт протидіє реактивному моменту, створюваному несучим гвинтом, і забезпечує тягу, що рухає вертоліт у горизонтальному напрямку.
- Рульовий гвинт використовується для керування напрямком польоту вертольота навколо вертикальної осі.
Інші особливості руху вертольота
- Висіння: вертоліт може залишатися в повітрі нерухомо завдяки врівноваженню підйомної сили та сили тяжіння.
- Горизонтальний рух: вертоліт може рухатися вперед, назад або в боки, змінюючи напрямок тяги, що створюється хвостовим гвинтом.
- Вертикальний рух: вертоліт може набирати висоту, збільшуючи загальний лопатей несучого гвинта, або знижуватися, зменшуючи цей .
- Маневреність: завдяки здатності керувати підйомною силою та тягою, вертольоти мають високу маневреність і можуть виконувати складні фігури пілотажу.
Думки експертів
Іван Іванович Сікорський
Як рухається вертоліт
Вертоліт є літальним апаратом з обертовими крилами, які називаються роторами. Ці ротори створюють підйомну силу, яка дозволяє вертольоту підніматися у повітря і переміщатися у різних напрямках.
Підйомна сила
Підйомна сила створюється, коли лопаті ротора обертаються. Коли лопать рухається вперед, її швидкість вища, ніж швидкість лопаті, коли вона рухається назад. Це створює різницю тиску над і під лопастю, що призводить до підйомної сили.
Керування напрямком руху
Вертоліт може змінювати напрямок руху шляхом нахилу ротора головки. Коли рукоятка управління нахиляється вліво, вертоліт повертає вліво. Коли рукоятка управління нахиляється вправо, вертоліт повертає вправо.
Рух вперед і назад
Для руху вперед вертоліт збільшує швидкість передньої лопаті ротора і зменшує швидкість задньої лопаті. Це створює більшу підйомну силу спереду, що призводить до руху вперед.
Для руху назад вертоліт робить навпаки. Збільшує швидкість задньої лопаті ротора і зменшує швидкість передньої лопаті, що призводить до руху назад.
Стабілізація
Вертоліт має систему стабілізації, яка допомагає йому залишатися рівним під час польоту. Ця система використовує сенсори, які виявляють будь-які зміни у положенні вертольота, і регулює швидкість ротора для компенсації цих змін.
Унікальні можливості вертольотів
Вертольоти мають унікальні можливості, які відрізняють їх від інших літальних апаратів:
- Вертикальний зліт і посадка: Вертольотам не потрібна злітно-посадкова смуга, вони можуть злітати і приземлятися вертикально.
- Політ на місці: Вертольоти можуть залишатися на місці в повітрі, що робить їх ідеальними для розвідки та рятувальних операцій.
- Управління у всіх напрямках: Вертольоти можуть рухатися вперед, назад, вліво і вправо, а також в будь-якому напрямку між ними.
Питання по темі статті
Запитання 1: Як вертоліт злітає вертикально?
Відповідь: Вертоліт злітає вертикально завдяки принципу поворотного крила. На верхівці вертольота є головний ротор, який складається з лопатей, що обертаються в горизонтальній площині. Коли ротор обертається, він створює низхідний потік повітря, який протидіє силі тяжіння і піднімає вертоліт вгору.
Запитання 2: Як вертоліт рухається вперед і назад?
Відповідь: Вертоліт рухається вперед і назад за допомогою хвостового ротора. Хвостовий ротор розміщений в задній частині вертольота і обертається вертикально. Він створює бічний потік повітря, який протидіє крутному моменту, що створюється головним ротором. Вертоліт може змінювати напрямок руху, змінюючи кут нахилу хвостового ротора.
Запитання 3: Як вертоліт повертається?
Відповідь: Вертоліт повертається за допомогою зміни швидкості обертання лопатей головного ротора. Коли пілот нахиляє циклічний важіль, швидкість обертання лопатей на одній стороні вертольота збільшується, а на іншій — зменшується. Це створює різницю в підйомній силі, яка змушує вертоліт повертатися.
Запитання 4: Чи можуть вертольоти летіти без хвостового ротора?
Відповідь: Деякі вертольоти здатні літати без хвостового ротора. Вони використовують інші механізми, такі як NOTAR (No Tail Rotor) або Fenestron, щоб протидіяти крутному моменту. Ці системи використовують вихлопні гази для створення бічного потіку повітря або мають унікальну конструкцію лопатей хвостового ротора.
Запитання 5: Як вертольоти здійснюють зависання на місці?
Відповідь: Вертольоти можуть зависати на місці, збільшуючи швидкість обертання головного ротора. Коли обертів достатньо, щоб створити низхідний потік повітря, який перевищує вагу вертольота, він може зависнути нерухомо в повітрі. Пілот використовує циклічний важіль і педалі колективного управління, щоб регулювати швидкість обертання і нахил лопатей ротора, щоб підтримувати висоту і положення в зависанні.