Вертоліт - це дивовижний повітряний апарат, здатний злітати і сідати вертикально, що робить його неодмінним елементом військової, цивільної та рятувальної авіації. Однією з особливостей вертольота є незвичайний спосіб руху його лопатей – вони крутяться протилежними напрямками. Чому ж вертоліт саме так діє?
Цей ефект називається"антіторціонной системою". Причина його появи полягає в несиметричній формі і розташуванні лопатей вертольота. Така організація лопатей дозволяє знизити силу тяги, породжувану протилежної осциляцією обертання.
Коли вертоліт починає обертатися навколо своєї осі, виникає опір, відомий як момент тяги. Для балансування цього моменту вертоліт використовує антіторціонную систему. Вона складається з головного ротора, що піднімає вертоліт в повітря, і хвостового ротора, який компенсує поперечне обертання.
Хвостовий ротор дає повітряні потоки, спрямовані в протилежну сторону головного ротора. Це створює систему, орієнтовану проти свого ж обертання і здатну врівноважувати момент тяги. Завдяки антіторціонной системі вертоліт може зберігати рівновагу і триматися в повітрі навіть при сильних бічних вітрах.
Принцип роботи вертольота
Кожна лопать вертольота кріпиться до обертового валу, який приводиться в рух двигуном. Лопаті розташовуються навколо вертикальної осі симетрії вертольота і крутяться протилежними напрямками. Це необхідно для створення несиметричної аеродинамічної сили.
Під час роботи двигуна лопаті вертольота починають обертатися. При обертанні кожна лопать створює підйомну силу, спрямовану вгору. Але так як лопаті вертольота крутяться в протилежних напрямках, то одна лопать створює підйомну силу більше, ніж інша. Це призводить до нахилу вертольота в бік лопаті з меншою підйомною силою.
Для компенсації цього нахилу вертольота і утримання його в горизонтальному положенні використовується кермо вертикальної стабілізації. Кермо дозволяє регулювати підйомну силу лопатей і тим самим врівноважувати вертоліт.
Таким чином, протилежне обертання лопатей вертольота дозволяє створити несиметричні аеродинамічні сили і забезпечити вертикальний зліт і посадку, а також стабільний політ в повітрі.
Реактивний принцип польоту
Лопаті вертольота крутяться протилежними напрямками, що дозволяє вертольоту підніматися. Кожна лопать зненацька під певним кутом, який називається кутом атаки. Цей кут забезпечує підйомну силу, яка спрямована вгору.
Коли лопаті вертольота починають обертатися, повітря починає проходити через лопаті. При цьому на верхній поверхні лопаті утворюється область низького тиску, а на нижній поверхні – область високого тиску. Ці тиски створюють різницю тисків, завдяки якій вертоліт піднімається в повітря.
Для того щоб вертоліт мав плавний і стабільний політ, лопаті вертольота крутяться з різною швидкістю. Зазвичай верхня лопать обертається повільніше нижньої, щоб компенсувати нерівномірність повітряного потоку.
Таким чином, реактивний принцип польоту дозволяє вертольоту літати і залишатися в повітрі завдяки різниці в швидкостях обертання лопатей і тиску, створюваному цим обертанням.
Чотирилопатевий дизайн
Дві протилежно обертаються пари лопатей дозволяють зменшити вібрацію і підвищити стійкість вертольота. Коли дві пари лопатей обертаються протилежними один одному, то сили, що виникають від обертання, компенсують один одного, що мінімізує виникнення вібрацій. Це особливо важливо для забезпечення комфортного польоту та запобігання пошкодженню вертольота.
Крім того, чотирилопатевий дизайн забезпечує більш рівномірний розподіл навантаження по лопатях, що збільшує безпеку польоту. Якщо одна лопать зазнає раптового удару або пошкодження, інші лопаті можуть компенсувати втрачений підйом, запобігаючи аварії. Це робить чотирилопатевий вертоліт більш надійним і безпечним.
Таким чином, чотирилопатевий дизайн вертольота є ефективним і надійним рішенням, що дозволяє збільшити вантажопідйомність і забезпечити комфортний і безпечний політ.
Сили, що впливають на лопаті
Для розуміння причин обертання лопатей вертольота в протилежних напрямках необхідно розглянути сили, які на них діють.
Сила підйомна утворюється завдяки аеродинамічним властивостям лопатей вертольота. Коли вертоліт піднімається, лопать, що рухається попереду, створює підйомну силу, яка спрямована вгору. Лопать, що рухається позаду, створює підйомну силу, спрямовану вниз. Ці сили компенсують одна одну і дозволяють вертольоту залишатися в повітрі.
Сила тяги забезпечує рух вертольота вперед. Вертоліт використовує двигуни для створення тяги, яка передається на лопаті. Лопать, що рухається попереду, створює тягу, спрямовану вперед. Лопать, що рухається позаду, створює тягу, спрямовану назад. Таким чином, вертоліт рухається вперед.
Сила реакції виникає в результаті дії сил підйомної і тяги. Коли лопать створює підйомну або тягову силу, вона впливає на повітря, викликаючи його рух. У свою чергу, рух повітря створює силу реакції, спрямовану протилежно силі підйомної або тязі. Це дозволяє вертольоту залишатися в рівновазі.
Через взаємодію цих сил лопаті вертольота крутяться в протилежних напрямках. Це забезпечує стабільність польоту і дозволяє вертольоту маневрувати і підніматися в повітря.
Подолання моменту
Процес обертання лопатей вертольота протилежними напрямками забезпечує подолання моменту, що виникає через дію закону збереження моменту імпульсу. Коли вертоліт піднімається в повітря, лопаті створюють підйомну силу, яка забезпечує зліт. Однак при обертанні представляється проблема: згідно із законом збереження моменту імпульсу, кожна лопать створює обертальний момент, який повинен бути врівноважений, щоб вертоліт не почав обертатися в протилежну сторону.
Головним завданням лопатей, що крутяться протилежними напрямками, є компенсація моменту. Коли одна лопать вертольота створює момент, друга лопать створює рівний, але протилежний момент. Цей компенсуючий момент нейтралізує обертання вертольота і дозволяє йому залишатися в статичному положенні.
Пара лопатей вертольота, що обертається протилежними напрямками, також допомагає усунути небажані бічні руху. При обертанні вертольота без такої системи компенсації він почне рухатися в сторону, в протилежну обертанню лопатей. Це пояснюється тим, що при обертанні вертоліт створює крутний момент, що викликає відхилення в бічному напрямку. Однак наявність двох лопатей, що обертаються протилежними напрямками, дозволяє компенсувати цей ефект і зберігати вертикальне положення вертольота.