Құйрық роторы: Ұңғымалық тікұшақтың басқару және тұрақтандыру жүйесі
Tail rotor
Жылдамдық бергіш құрылғысы (хвостовой винт) тікұшақтың айналу моментін теңестіріп, бағытты басқаруға көмектеседі. Құрылысы, жұмыс принципі және қауіпсіздігі туралы біліңіз.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Құйрық роторы – дәстүрлі бір роторлы тікұшақтың құйрығында тік немесе тік жаққа орнатылған кіші ротор. Ол айналу арқылы негізгі ротордың айналу бағытымен бірдей бағытта, ұшаққа итеру күші түсіреді. Құйрық роторының орны және тікұшақтың массалық орталығынан қашықтығы, негізгі ротордың айналуынан туындаған, фюзеляжға әсер ететін реактивті моментті тежеу үшін жеткілікті күштің туындауына мүмкіндік береді. Егер құйрық роторы немесе басқа да реактивті моментті тежейтін механизмдер (мысалы, NOTAR) болмаса, тікұшақ ұшу кезінде негізгі ротордың айналуына қарсы бағытта үздіксіз айналып тұрады. Құйрық роторлары негізгі роторларға қарағанда қарапайым, себебі олар итеру күшін өзгерту үшін тек ұштасқан өзгерістерді қажет етеді. Пилот анти-торк педальдары арқылы құйрық роторының қанаттарының бұрышын реттеу арқылы, тікұшақты тік ось бойынша айналдырып, бағытты басқаруды қамтамасыз етеді. Оның жетек жүйесі негізгі берілістен қуат алатын біліктен және құйрық бағанасының соңында орнатылған беріліс қорабынан тұрады. Жетек білігі бір ұзын біліктен немесе екі жағынан иілгіш байланыстармен қосылған бірнеше қысқа біліктерден құралуы мүмкін, бұл жетек білігінің құйрық бағанасымен иілуіне мүмкіндік береді. Құйрық бағанасының соңындағы беріліс қорабы құйрық роторына бұрыштық жетек беруді қамтамасыз етеді және сонымен қатар шығысты минутына айналым (RPM) арқылы өлшенетін құйрық роторының оңтайлы айналу жылдамдығын реттеу үшін берілісті де қамтуы мүмкін. Үлкен тікұшақтарда, құйрық тірегі бар тікұшақтарда, аралық беріліс қораптары құйрық роторының жетек білігін құйрық бағанасынан тіректің үстіне ауыстыру үшін қолданылады. Құйрық роторының тірегі алдыңғы қадамда құйрық роторының қуат талабын азайту үшін тік тұрақтандырушы қанат ретінде де қызмет ете алады. Сондай-ақ, құйрық роторының тірегі, құйрық роторы немесе оның басқару жүйесі бұзылған жағдайда, белгілі бір жылдамдық диапазонында шектеулі анти-торк күшін беруге қабілетті. Жетек қуатының шамамен 10% құйрық роторына жұмсалады.
The tail rotor is a smaller rotor mounted vertically or near vertically at the tail of a traditional single rotor helicopter, where it rotates to generate a propeller like horizontal thrust in the same direction as the main rotor's rotation. The tail rotor's position and distance from the helicopter's center of mass allow it to develop enough thrust leverage to counter the reactional torque exerted on the fuselage by the spinning of the main rotor. Without the tail rotor or other anti torque mechanisms (e. g. NOTAR), the helicopter would be constantly spinning in the opposite direction of the main rotor when flying. Tail rotors are simpler than main rotors since they require only collective changes in pitch to vary thrust. The pitch of the tail rotor blades is adjustable by the pilot via the anti torque pedals, which also provide directional control by allowing the pilot to rotate the helicopter around its vertical axis. Its drive system consists of a shaft powered from the main transmission and a gearbox mounted at the end of the tail boom. The drive shaft may consist of one long shaft or a series of shorter shafts connected at both ends with flexible couplings, that allow the drive shaft to flex with the tail boom. The gearbox at the end of the tail boom provides an angled drive for the tail rotor and may also include gearing to adjust the output to the optimum rotational speed for the tail rotor, measured in rotations per minute (RPM). On larger helicopters with a tail pylon, intermediate gearboxes are used to transition the tail rotor drive shaft from along the tailboom to the top of the pylon. The tail rotor pylon may also serve as a vertical stabilizing airfoil, to alleviate the power requirement for the tail rotor in forward flight. The tail rotor pylon may also serve to provide limited antitorque within certain airspeed ranges, in the event that the tail rotor or its flight controls fail. About 10% of the engine power goes to the tail rotor.
Дизайн
Құйрық ротор жүйесі әуе профильдерін – кішкентай қанаттарды, яғни лопастьтарды айналдырады. Лопастьтардың бұрышын өзгерту арқылы олардың тудыратын итеру күшінің мөлшері реттеледі. Лопастьтар көбінесе композиттік материалдан жасалады, мысалы, алюминий немесе пластик ұялы қағазбен жасалған негізгі бөлігі алюминийден немесе көміртекті композиттен жасалған қаптамамен жабылған. Құйрық роторының лопастьтары симметриялық және асимметриялық әуе профилімен жасалуы мүмкін. Бұрыш өзгерту механизмі кабельді басқару жүйесін немесе пилот кабинасындағы антимомент педальдерінен құйрық роторының беріліс қорабына орнатылған механизмге дейін жететін басқару түтікшелерін пайдаланады. Ірі тікұшақтарда бұрыш өзгерту механизмі гидравликалық қуатты басқару сервосымен күшейтіледі. Гидравликалық жүйе істен шыққан жағдайда, механикалық жүйе құйрық роторының бұрышын басқара алады, бірақ пилот сезетін басқару кедергісі айтарлықтай артады. Құйрық роторы тікұшақтың негізгі қуат қондырғысымен қамтамасыз етіледі және негізгі ротордың айналу жылдамдығына пропорционалды жылдамдықпен айналады. Поршенді және турбиналық тікұшақтарда негізгі және құйрық роторлар бос жүріс кезбелдегіш жүйе арқылы механикалық түрде байланыстырылған, бұл жүйе қозғалтқыш істен шыққан жағдайда роторлардың қозғалтқыштан механикалық түрде ажыратылып, айналуын жалғастыруға мүмкіндік береді. Авторотация кезінде негізгі ротордың инерциясы құйрық роторын қуаттандыруды жалғастырады және бағытты басқаруға мүмкіндік береді. Алға қарай ұшу үшін оның жұмысын оңтайландыру үшін құйрық роторының лопастьтарында профильдік созылуды азайту үшін бұрылыс болмайды, себебі құйрық роторы айналу осі ұшу бағытына перпендикуляр орнатылған.
The tail rotor system rotates airfoils, small wings called blades, that vary in pitch in order to vary the amount of thrust they produce. The blades most often utilize a composite material construction, such as a core made of aluminum honeycomb or plasticized paper honeycomb, covered in a skin made of aluminum or carbon fiber composite. Tail rotor blades can be made with both symmetrical and asymmetrical airfoil construction. The pitch change mechanism uses a cable control system or control tubes that run from the anti torque pedals in the cockpit to a mechanism mounted on the tail rotor gearbox. In larger helicopters, the pitch change mechanism is augmented by a hydraulic power control servo. In the event of a hydraulic system failure, the mechanical system is still able to control the tail rotor pitch, though the control resistance felt by the pilot will be considerably greater. The tail rotor is powered by the helicopter's main power plant, and rotates at a speed proportional to that of the main rotor. In both piston and turbine powered helicopters, the main rotor and the tail rotor are mechanically connected through a freewheeling clutch system, which allows the rotors to keep turning in the event of an engine failure by mechanically de linking the engine from both the main and tail rotors. During autorotation, the momentum of the main rotor continues to power the tail rotor and allow directional control. To optimize its function for forward flight, the blades of a tail rotor have no twist to reduce the profile drag, because the tail rotor is mounted with its axis of rotation perpendicular to the direction of flight.
Сенімділік және қауіпсіздік
Құйрық роторы және оған қуат беру және басқару жүйелері қауіпсіз ұшу үшін маңызды деп есептеледі. Көптеген тікұшақ бөліктері сияқты, құйрық роторы, оның берілісі және жетек жүйесіндегі көптеген бөліктердің қызмет мерзімі шектеулі болып табылады, яғни олар күйіне қарамастан, белгілі бір ұшу сағаттарынан кейін ауыстырылады. Алмастырулар арасында, бөлшектер көбінесе визуалды және флуоресценттік тексеру сияқты химиялық әдістерді пайдаланып, толық істен шығуларына дейін нашарлаған бөліктерді анықтау үшін тексеріледі. Ақауларды азайтуға баса назар берілгеніне қарамастан, олар кейде болады, көбінесе қатты қонулар, құйрық соққылары немесе сыртқы заттардың зақымдануы салдарынан. Құйрық роторы қауіпсіз ұшу үшін маңызды саналғанымен, оның жұмысын жоғалту әрқашан өлімге алып соқпайды. Егер ақаулық жермен жанасу нәтижесінде болса, ұшақ төмен биіктікте болады, сондықтан пилот негізгі ротордың ұжымдық қанатын азайтып, тікұшақ толығымен бақылаудан шығар алдында жерге қондыруға тырысады. Егер құйрық роторы круиздік ұшу кезінде кездейсоқ істен шықса, алға қарай қозғалыс көбінесе бағыттық тұрақтылықты қамтамасыз етеді, өйткені көптеген тікұшақтар вертикальді стабилизатормен жабдықталған. Пилот содан кейін авторотация жасап, жоғары жылдамдықпен шұғыл қонуға мәжбүр болады, бұл «жылдам қону» немесе «доңғалақпен қону» деп белгілі. Құйрық роторының өзі жұмыс істеп тұрған тікұшақтың жанында жұмыс істейтін жердегі экипажға қауіпті. Осы себепті, құйрық роторлары айналып тұрғанда жердегі экипажға көрінуін жақсарту үшін кезектесетін түсті жолақтармен боялады.
The tail rotor and the systems that provide power and control for it are considered critically important for safe flight. As with many parts on a helicopter, the tail rotor, its transmission, and many parts in the drive system are often life limited, meaning they are arbitrarily replaced after a certain number of flight hours, regardless of condition. Between replacements, parts are subject to frequent inspections utilizing visual as well as chemical methods such as fluorescent penetrant inspection to detect weak parts before they fail completely. Despite the emphasis on reducing failures, they do occasionally occur, most often due to hard landings and tailstrikes, or foreign object damage. Though the tail rotor is considered essential for safe flight, the loss of tail rotor function does not necessarily result in a fatal crash. In cases where the failure occurs due to contact with the ground, the aircraft is already at low altitude, so the pilot may be able to reduce collective pitch of the main rotor and land the helicopter before it spins completely out of control. Should the tail rotor fail randomly during cruise flight, forward momentum will often provide some directional stability, as many helicopters are equipped with a vertical stabilizer. The pilot would then be forced to autorotate and make an emergency landing with significant forward airspeed, which is known as a running landing or roll on landing. The tail rotor itself is a hazard to ground crews working near a running helicopter. For this reason, tail rotors are painted with stripes of alternating colors to increase their visibility to ground crews while the tail rotor is spinning.