Вертолет, 2003 № 02

Рис.2. Зависимость диаметра несущего винта от взлетной массы вертолета

Рис.З. Зависимость диаметра рулевого винта от взлетной массы вертолета

Рис.4. Зависимость массы пустого вертолета от взлетной массы

Рис. 9 ясно показывает, что крейсерская скорость вертолета увеличивается с ростом энерговооруженности. Однако этот рост ограничен величиной 300 км/ч. Причина понятна: при этой скорости полета скорость конца наступающей лопасти составляет около 300 м/с, что соответствует числу Маха М=0,88 у земли. Дальнейшее увеличение скорости ведет к резкому возрастанию переменных нагрузок на лопастях несущего и рулевого винтов, что, в свою очередь, проявляется в виде недопустимого уровня вибраций вертолета на крейсерских режимах полета.

Величина километрового расхода топлива (рис. 7) указывает на аэродинамическое совершенство вертолета, включая аэродинамическое сопротивление фюзеляжа, КПД его несущего и рулевого винтов. Чем выше эти показатели, тем ниже расход топлива.

…На представленных графиках есть вертолеты, параметры которых выходят за границы общей зоны. На рис.1 и 2 это: номер 22 – Sikorsky S-55 (1949); 24 – Ми-2 (1961); 26 – Bell-205, UH-1D (1961); 35 – S-58 (1954); 36 – Ми-4 (1952); 42 – Ми-8 (1962); 56 – АН-64 (1985); 58 – Ми-17 (1975). 1Ји вертолета – 22, 35 и 36 – оснащены поршневыми двигателями и производились в период с 1949 по 1954 годы. Пониженная энерговооруженность этих машин компенсирована увеличенными диаметрами несущих винтов.

У вертолетов одновинтовой схемы между взлетной массой аппарата и диаметром рулевого винта прослеживается четкая связь, которую можно увидеть на приведенном. графике (рис.З). Обращает на себя внимание, что вертолеты под номерами 22, 24, 36 характеризуются увеличенными диаметрами рулевых винтов, а под номером 56 – малым.

На рис. 4 величиной массы пустого вертолета выделяются точки 36 – вертолет Ми-4 и 46 – Ми-14. Понятно почему: Ми-4 имеет поршневой двигатель массой более 600 кг, а Ми-14 – специальное оборудование (убирающееся четырехопорное колесное шасси, систему баллонетов), обеспечивающее устойчивость вертолета при необходимой посадке на воду. Вертолеты Bell-205, UH-1D и S-61A легче, поскольку применяются в транспортном варианте и на них не устанавливается специальное оборудование.

Рис.5. Зависимость массы полезной нагрузки от взлетной массы вертолета

Рис.6. Зависимость массы топлива в основных топливных баках от взлетной массы вертолета

Рис.7. Зависимость километрового расхода топлива от взлетной массы вертолета

А теперь продемонстрируем возможности графоаналитического подхода при проектировании нового вертолета. Предположим, нам. нужно разработать машину для доставки груза массой 1000 кг на расстояние 800 км. По рис. 5, где показана зависимость величины полезной нагрузки от взлетной массы, определяем, что для доставки груза в 1000 кг требуется вертолет со взлетной массой около 4000 кг. При взлетной массе 4000 кг полезная нагрузка может составлять до 2000 кг. Требуемое количество топлива для полета такого вертолета на расстояние 800 км составляет

G топл= q 4000*800

На рис. 7, показывающем зависимость расхода топлива от взлетной массы вертолета, находим, что q4000 = 0,80…1,40 кг/км; при этом, естественно предположить, что q4000 = 0,80 кг/км. соответствует лучшим аэродинамическим формам вертолета, большему КПД несущего и рулевого винтов, более экономичным двигателям. Если мы создадим, вертолет средних показателей по этим параметрам, то будем иметь

q 4000 = 1.10 кг/км.

Следовательно, наш вертолет должен иметь топлива в основных топливных баках

G топл= 1,10* 800 = 880 кг.

Обратившись к рис. 6, можно увидеть, что масса топлива соответствует верхней границе масс топлива для взлетной массы 4000 кг. При взлетной массе 4000 кг масса пустого вертолета может составлять от 2000 до 2480 кг, или в среднем – 2240 кг. Эту массу примем за величину полезной нагрузки. Масса перевозимого груза (1000 кг) и масса топлива (880 кг) в сумме составляют 1880 кг. На экипаж из двух человек приходится 360 кг (вес экипажа – 180 кг, дополнительное оборудование – 180 кг). Принимаем взлетную массу 4000 кг. Диаметр несущего винта может быть в диапазоне от 10 до 13,2 у. Диаметр рулевого винта 2,1-2,6 м. Мощность двигателей около 1000 кВт. Известны двигатели мощностью 462 и 522 кВт. Во втором, случае мощность силовой установки будет равна 522x2=1044 кВт. Энерговооруженность 1000/4000=0,25 кВт/кг. Этой энерговооруженности соответствует крейсерская скорость 280-300 км/ч. Предпочтительный вид шасси вертолета – полозковое. Несущий и рулевой винты – двухлопастные.