Кіріспе

Бір-бірінің үстіне орналасқан екі жұп роторлы тікұшақ. Коаксиалды роторлы ұшақ – роторлары бір осьте орналасқан концентрлі біліктерде, бірақ қарама-қарсы бағытта айналатын (қарсы айналатын) ұшақ. Бұл ротор конфигурациясы ресейлік "Камов" тікұшақ жобалау бюросының тікұшақтарының ерекшелігі болып табылады.

Тарих

Коаксиалды роторлар идеясы Михаил Ломоносовқа қатысты. Ол 1754 жылдың шілдесінде коаксиалды роторлары бар шағын вертолет моделін жасап, оны Ресей Ғылым академиясына көрсетті. 1859 жылы британдық патент бюросы Генри Брайтке оның коаксиалды конструкциясы үшін алғашқы тікұшақ патенін берді. Осы сәттен бастап коаксиалды тікұшақтар бүгінгі күнгідей толыққанды жұмыс істейтін машиналарға дамыды. 1930 жылы Corradino D'Ascanio жасаған "D'AT3" және 1930 жылдардың ортасындағы француздық Gyroplane Laboratoire – екі маңызды тікұшақ, олардың екеуі де ұшу үшін коаксиалды ротор жүйелерін пайдаланды.

Құрылыс мәселесі

Екі коаксиалды роторлар жиынтығы көлік құралын көтеру үшін және кез келген бағытта ұшқанда орталық осьтің айналасындағы күштердің симметриясын қамтамасыз етеді. Механикалық қиындықтарға байланысты көптеген тікұшақ конструкциялары тек бір негізгі ротор қолданғанда туындайтын мәселелерден қашу үшін басқа конфигурацияларды пайдаланады. Көбінесе қолданылатын баламалар – бір роторлы тікұшақтар немесе екі роторлы тікұшақтар.

Дәнекерлеу

Ротордың бір жиынтығының болатын мәселелердің бірі – вертолет фюзеляжына ротор қанаттарына қарама-қарсы бағытта күш түсіретін бұрылу күші. Бұл бұрылу күші фюзеляжды ротор қанаттарына қарама-қарсы бағытта айналдырады. Бір роторлы тікұшақтарда, анти-бұрылу роторы немесе құйрық роторы негізгі ротордың бұрылу күшін теңестіріп, фюзеляждың айналуын басқарады. Коаксиалды роторлар роторлардың әрбір жиынтығын қарама-қарсы бағытта айналдыру арқылы негізгі ротордың бұрылу күші мәселесін шешеді. Роторлардың қарама-қарсы бұрылу күштері бір-бірін жояды. Айналу маневрлеуі, бағытты басқару, бір ротордың ұжымдық бұрышын арттыру және екінші ротордың ұжымдық бұрышын азайту арқылы жүзеге асырылады. Бұл бұрылу күшінің бақыланатын теңсіздігіне алып келеді.

Көтергіштің теңсіздігі

Ауа көтерудің теңсіздігі – тікұшақтың алға қарай ұшу кезінде роторларының айналуынан туындайтын аэродинамикалық құбылыс. Ротор қанаттары үстінен өтетін ауа мөлшеріне пропорционалды көтергіш күш береді. Жоғарыдан қарағанда, ротор қанаттары айналудың жартысында ұшу бағытымен (алға жылжу жартысы), ал қалған жартысында кері бағытта (артқа жылжу жартысы) қозғалады. Ротор қанаты алға жылжу жартысында көбірек көтергіш күш тудырады. Қанат ұшу бағытына қарай жылғанда, ұшақтың алға жылдамдығы қанаттың айналасындағы ауа ағынының жылдамдығын арттырады, бұл жылдамдық қанаттың салыстырмалы желге перпендикуляр болғанда ең жоғары шағына жетеді. Сонымен қатар, артқа жылжу жартысындағы ротор қанаты аз көтергіш күш береді. Қанат ұшу бағытынан алыстағанда, ротор қанаты арқылы өтетін ауа ағынының жылдамдығы ұшақтың алға жылдамдығына тең мөлшерде төмендейді, бұл әсер қанаттың салыстырмалы желге перпендикуляр болғанда ең жоғары деңгейге жетеді. Коаксиалды роторлар екі ротордың қарама-қарсы бағытта айналуы арқылы ауа көтерудің теңсіздігі әсерінен құтылады, бұл екі қанатты бір уақытта алға жылжытуға мүмкіндік береді.

Басқа да жәрдемақылар

Коаксиалды конструкциядан туындайтын тағы бір артықшылық – бірдей қозғалтқыш қуатында пайдалы жүктеменің артуы; дәстүрлі тікұшақта құйрық роторы қозғалтқыш қуатының бір бөлігін ысырап етеді, ал коаксиалды конструкцияда бұл қуат толығымен көтеруге және итермелеуге жұмсалады. Конфигурацияның басты артықшылығы – шудың азаюы; дәстүрлі тікұшақтармен байланысты қатты "қамшының соғуына" ұқсас дыбыс негізгі және құйрық роторларының арасындағы ауа ағындарының өзара әрекеттесуінен туындайды, бұл кейбір конструкцияларда өте күшті болуы мүмкін. Сонымен қатар, коаксиалды роторларды пайдаланатын тікұшақтар көбінесе ықшамды (жерде кішірек ауданды алып жатады), бірақ биіктігі артады, сондықтан ғарыш шектеулі жерлерде қолданылады; бірнеше Камов конструкциялары кемелердің палубасында, тіпті ұшақ тасымалдағыштары емес кемелерде де (мысалы, ресейлік әскери-теңіз флотының "Кара" класындағы крейсерлері стандартты жабдықтарының бір бөлігі ретінде Ка-25 "Гормон" тікұшағын тасымалдайды) қолданылатын теңіздік мақсаттарда қолданылады. Тағы бір артықшылығы – жердегі қауіпсіздіктің жоғарылауы; құйрық роторының болмауы жердегі экипаждар мен жанындағы адамдарға жарақаттану мен қаза болу қаупін азайтады.

Кемшіліктер

Ротордың ортасының механикалық күрделілігі артқан. Екі ротор жүйесінің байланыстары мен иінтірек тақталары тік қанатының (мачтаның) үстіне құрастырылуы керек, бұл екі роторды қарама-қарсы бағытта айналдыру қажеттілігіне байланысты қиындырақ. Көбірек қозғалатын бөліктері мен күрделілігіне байланысты коаксиалды ротор жүйесі механикалық бұзуларға және әлеуетті істен шығуға көбірек бейім. Сыншылардың пікірінше, коаксиалды тік қанаттардың (вертолеттердің) қанаттарының тербелуіне ("жалаңаш") және қанаттардың бір-біріне соқтығысуына да бейімділігі жоғары.

Коаксиалдық модельдер

Жүйенің ішкі тұрақтылығы және жылдам басқару жауабы оны радиомен басқарылатын кішкентай тікұшақтарда пайдалануға ыңғайлы етеді. Бұл пайдалар шектеулі алға жылдамдық пен желге жоғары сезімталдыққа байланысты. Бұл екі фактор сыртқы ортада қолдануды ерекше шектейді. Мұндай модельдер көбінесе тұрақты қанатты (яғни, қанаттарды әртүрлі шабуыл бұрыштары үшін өскір осінен бұру мүмкін емес), бұл модельді қарапайымдастырады, бірақ ұжымдық басқару арқылы түзету мүмкіндігін жояды. Тіпті ең шағын желдің әсерін де өтемелеу үшін, циклдық басқаруды толық қолданған кезде де модель алға ұшудың орнына жоғары көтеріледі.

Коаксиалдық көп роторлы

Көп роторлы ұшқышсыз әуе кемелері дуокоптер, трикоптер, квадрокоптер, гексокоптер және октокоптер сияқты көптеген конфигурацияларда кездеседі. Олардың барлығы тұрақтылықты және ұшу уақытын арттыру, сонымен қатар салмақ артырмай, көбірек жүк тасымалдау үшін коаксиалды конфигурацияға жаңартылуы мүмкін. Шындығында, коаксиалды мультироторлар әрбір құрылымында қарама-қарсы бағытталған екі қозғалтқыштан (біреуі жоғары, біреуі төмен) орналасқан. Осының арқасында коаксиалды конфигурацияның нәтижесінде төрт осьті немесе октороторлық ұшақ құралын жасау мүмкін. Дуокоптерлер тік ось бойында орналасқан екі қозғалтқышпен сипатталады. Басқару, айналу кезінде мақсатты итермелеуді қамтамасыз ету үшін бір ротордың қанатының тиісті жылдамдатылуы арқылы жүзеге асырылады. Коаксиалды мультироторлардың үлкен жүк көтеруге артықшылықты болуының себебі – олардың жоғары көтеру қуаты, сондықтан ҰҚЖ-ның барлық ірі жүк тасымалдау салаларында олар жиі қолданылады.