МАНЕВРИРОВАНИЕ И ПИЛОТАЖ ВЕРТОЛЕТА
МАНЕВРЕННЫЕ СВОЙСТВА ВЕРТОЛЕТА
Маневренные свойства вертолета выражаются с помощью различных характеристик маневренности. Качественное представление о маневренных свойствах вертолета дает, например, перечень маневров и фигур пилотажа, которые можно на нем выполнять. Более конкретными количественными характеристиками маневренности являются характеристики выполнения отдельных маневров и фигур пилотажа. К ним относятся, например, численные значения радиуса, угловой скорости и времени выполнения виража, времени выполнения боевого разворота, набора высоты за один виток спирали и т. д. Их называют частными характеристи- ками маневренности.
Из большого количества характеристик маневренности можно выделить несколько, которые являются общими для выполнения всех видов маневров и фигур пилотажа. Каждый маневр выполняется с определенным законом изменения значений перегрузок nу и nх по времени, который определяет значения всех остальных частных количественных характеристик маневра. Поэтому нормальную скоростную и тангенциальную перегрузки nу и nх называют общими характеристиками маневренности.
Из рассмотрения уравнений можно установить, что возможности вертолета по изменению своего положения в пространстве путем изменения скорости полета по величине и направлению полностью определяются значениями общих характеристик маневренности: нормальной скоростной и тангенциальной перегрузок nу и nх На практике приборы объективного контроля регистрируют перегрузки не в скоростной, а в связанной системе координат.
Современные маневренные вертолеты могут выполнять довольно сложный комплекс маневров и фигур пилотажа: разгоны и торможение с предельным темпом, виражи с углами крена до 50—55°, спирали, горки, пикирования, боевые развороты, повороты и развороты на горке.
По характеру движения маневры подразделяются на установившиеся и неустановившиеся. К установившимся маневрам относят: правильные виражи (развороты) и спирали. Характеристику установившихся маневров могут быть рассчитаны без интегрирования уравнений движения, по простым формулам. Харак- теристики неустановившихся маневров рассчитываются путем интегрирования уравнений движения. Для этих целей широко применяются ЭВМ.
По виду и расположению траектории маневры разделяются:
— на маневры в горизонтальной плоскости: горизонтальные разгон и торможение, вираж (разворот), восьмерки, змейки;
— на маневры в вертикальной плоскости: горка, пикирование;
— на пространственные: спираль, боевой разворот, поворот на горке.
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ РАЗГОН И ТОРМОЖЕНИЕ ВЕРТОЛЕТА
Горизонтальный разгон — прямолинейный маневр вертолета в горизонтальной плоскости, имеющий целью увеличение скорости полета. Чтобы выполнить горизонтальный разгон, летчик должен (рис. 1) увеличить силу тяги несущего винта путем увеличения мощности двигателей и одновременно наклонить вертолет вперед (уменьшить угол тангажа) ручкой управления циклическим шагом. Значение угла наклона вертолета вперед определяется условием сохранения постоянства высоты полета:
ТНВ cos a +YКР = G.
Разгон Торможение
Рис.1 Схема сил на горизонтальном разгоне и торможении вертолета.
Чем больше запас мощности двигателей на исходном режиме, тем большую силу тяги несущего винта можно получить и наклонить вертолет на больший угол для разгона, т. е. создать большую перегрузку nх . После увеличения мощности двигателей до заданной дальнейший разгон выполняется при постоянном значении общего шага несущего винта, а постоянство высоты полета под- держивается летчиком путем соответствующего изменения угла тангажа ручкой управления по мере увеличения скорости полета.
Максимальный темп разгона будет при взлетной мощности двигателей. При этом будет минимальным время разгона в заданном диапазоне скоростей, чтобы рассчитать время маневра, необходимо знать значения перегрузок nх в зависимости от скорости полета при nу = 1.
Из рис. 2 видно, что максимальный темп разгона достигается на малых
скоростях. По мере приближения к конечной скорости темп разгона существенно замедляется, а время маневра быстро увеличивается. Для сокращения времени маневра вторую половину разгона, если позволяют условия, рекомендуется выполнять с небольшим снижением.
В процессе разгона проявляется тенденция вертолета к кренению вправо по мере увеличения скорости, которая обусловлена известной особенностью изменения поперечной балансировки вертолета по скорости полета. При выполнении маневра на малых и предельно малых высотах особое внимание надо обращать на последовательность движения органами управления: вначале увеличение мощности двигателей, а затем наклон вертолета для разгона. Если действовать в обратном порядке, возможна «проездка» вертолета за время приемистости двигателей, в течение которого они выходят на заданный режим. В процессе ввода вертолета в разгон вследствие уменьшения угла атаки и увеличения общего шага частота несущего винта уменьшается и разгон всем диапазоне скоростей происходит при минимально допустимой частоте вращения. Условие ограничения по минимально допустимой частоте вращения несущего винта иногда определяв предельно возможный темп горизонтального разгона.
Горизонтальное торможение — прямо линейный маневр в горизонтальной плоскости, имеющий целью уменьшение скорости полета.
Рис.2 График расчета горизонтального разгона вертолета.
Уравнения движения при выполнении горизонтального торможения имеют вид (рис.2), но в этом случае значение продольной перегрузки nх отрицательное (рис.1). Это означает, что проекция силы тяги несущего винта на горизонтальную плоскость меньше силы лобового сопротивления вертолета, а при больших положительных значениях угла тангажа (угла атаки) она может быть направлена в сторону, обратную движению, т. е. по знаку будет совпадать со знаком действия силы сопротивления Х ВР.
Для выполнения горизонтального торможения необходимо уменьшением общего шага (уменьшением мощности двигателей) уменьшить силу тяги несущего винта, а стремление вертолета к «просадке» парировать увеличением угла тангажа (угла атаки), отклонив на себя ручку управления одновременно с уменьшением общего шага. При этом сила тяги несущего винта увеличивается, тем самым компенсируется ее уменьшение от уменьшения общего шага винта. Увеличение угла тангажа (угла атаки) происходит с учетом выполнения условия nу =1, при этом торможение будет горизонтальным. Максимальным значение тангенциальной перегрузки будет при максимальном увеличении угла тангажа и уменьшении мощности двигателей до минимального значения.
После достижения заданного уменьшения мощности двигателей дальнейшее торможение вертолета выполняется при постоянном значении общего шага, а постоянство высоты полета поддерживается соответствующим изменением угла тангажа по мере уменьшения скорости полета. В диапазоне скоростей I режима полета, т. е. от максимальной до экономической скорости полета, эффективность несущего винта по созданию силы тяги (перегрузки) за счет увеличения угла атаки (угла тангажа) больше балансировочного значения позволяет выполнять горизонтальное торможение при уменьшении мощности двигателей практически до минимальной. При входе на торможении в диапазон скоростей II режима полета располагаемая тяга несущего винта и его эффективность по созданию тяги (перегрузки) за счет увеличения угла атаки начинают существенно уменьшаться по мере уменьшения скорости, и выдерживать горизонтальное торможение при постоянном общем шаге на этом режиме полета не удается, поэтому для сохранения постоянной высоты полета на торможении в диапазоне скоростей II режима полета необходимо увеличивать Мощность двигателей (увеличивать общий шаг) по мере уменьшения скорости полета.
Подход к расчету характеристик горизонтального торможения такой же, как и при расчете характеристик горизонтального разгона. Основное отличие заключается в том, что для этого случая необходимо иметь значения отрицательной перегрузки nх и зависимости от скорости полета при nу =1 и заданном значении общего шага несущего винта (мощности двигателей при уменьшении общего шага и увеличении угла атаки (угла тангажа) происходит увеличение частоты вращения несущего винта. Темп увеличения зависит от темпа уменьшения общего шага и темпа создания положительного угла тангажа на торможении. Поэтому на практике темп уменьшения общего шага на горизонтальном торможении подбирается таким, чтобы при сохранении высоты полета отклонением ручки управления на себя частота вращения несущего винта не выходила за пределы ограничений по инструкции экипажу. По мере уменьшения скорости полета на торможении проявляется тенденция вертолета к кренению влево и развороту вправо, которые обусловлены известными особенностями изменения поперечной и путевой балансировки вертолета по скорости полета.