Введение

Приборы, используемые при пилотировании вертолета

Органы управления полетом вертолета используются для достижения и поддержания управляемого аэродинамического полета. Изменения в системе управления полетом передаются механически на несущий винт, создавая аэродинамические эффекты на лопастях, которые заставляют вертолет двигаться в заданном направлении. Для наклона вперед и назад (тангажа) или вбок (крена) необходимо, чтобы органы управления циклически изменяли угол атаки лопастей несущего винта во время вращения, создавая разную подъемную силу в различных точках цикла. Для увеличения или уменьшения общей подъемной силы необходимо, чтобы органы управления изменяли угол атаки всех лопастей одновременно и в равной степени, что приводит к набору высоты, снижению, ускорению и замедлению. Типичный вертолет имеет три основных органа управления полетом: циклический шаг, общий шаг и педали управления антикрутящим моментом. В зависимости от сложности вертолета, циклический и общий шаг могут быть соединены между собой смесителем – механическим или гидравлическим устройством, которое объединяет сигналы от обоих и затем передает "смешанный" сигнал на рулевые поверхности для достижения желаемого результата. Ручной рычаг управления двигателем также может рассматриваться как орган управления полетом, поскольку он необходим для поддержания скорости вращения несущего винта на небольших вертолетах без автоматических регуляторов. Автоматические регуляторы также помогают пилоту контролировать шаг несущего винта, обеспечивая более стабильный и точный полет.

Циклическая

Циклический элемент управления, обычно называемый циклической палкой или просто цикликом, по внешнему виду похож на органы управления самолёта с фиксированным крылом на большинстве вертолётов. Циклическая палка обычно поднимается из-под передней части сиденья каждого пилота. Вертолёт Robinson R22 имеет циклическую конструкцию с "качающимся" креплением, соединенную с центральной колонкой, расположенной между двумя сиденьями. На вертолётах с системами управления fly by wire контроллер циклического типа может быть установлен сбоку от сиденья пилота. Циклик используется для управления несущим винтом с целью изменения направления движения вертолёта. В висении циклик управляет движением вертолёта вперёд, назад и вбок. Во время полёта вперёд команды циклического управления вызывают изменения траектории полёта, аналогичные полёту самолёта с фиксированным крылом: отклонения влево или вправо заставляют вертолёт крениться в повороте в нужном направлении, а отклонения вперёд и назад изменяют тангаж вертолёта, что приводит к изменению высоты (набор или снижение). Управление называется циклическим, поскольку оно независимо изменяет механический угол установки или угол шага каждой лопасти несущего винта в зависимости от её положения в цикле. Угол шага изменяется таким образом, чтобы каждая лопасть имела одинаковый угол атаки при прохождении одной и той же точки цикла, изменяя подъёмную силу, создаваемую лопастью в этой точке, и заставляя каждую лопасть изменять свой угол атаки, то есть незначительно вращаться вокруг своей продольной оси последовательно при прохождении одной и той же точки. Если эта точка находится прямо по курсу, угол шага лопасти кратковременно увеличивается в этом направлении. Таким образом, если пилот толкает циклический вперёд, несущий винт наклоняется вперёд, и вертолёт тянется прямо вперёд. Если пилот толкает циклический вправо, несущий винт наклоняется вправо. Любая система несущего винта имеет задержку между моментом, когда органы управления вносят изменение шага, и моментом, когда происходит желаемое изменение в полёте лопасти. Эта разница вызвана фазовым запаздыванием, которое часто путают с гироскопической прецессией. Несущий винт – это колебательная система, подчиняющаяся законам, управляющим вибрацией, которая, в зависимости от конструкции несущего винта, может напоминать поведение гироскопа.

Коллективный

Контроль общего шага, или коллективный рычаг, обычно расположен на левой стороне сиденья пилота и оснащен регулируемым регулятором трения для предотвращения случайного движения. Коллективный рычаг изменяет угол установки всех основных лопастей несущего винта одновременно, независимо от их положения в цикле вращения. Следовательно, при любом изменении положения коллективного рычага, угол установки всех лопастей изменяется одинаково, что приводит к увеличению или уменьшению общей подъемной силы, создаваемой несущим винтом. В горизонтальном полете это вызовет набор или снижение высоты, а при наклоне вертолета вперед увеличение подъемной силы приведет к ускорению и одновременному набору высоты. В случае отказа двигателя пилот может регулировать коллективный шаг, чтобы поддерживать вращение несущего винта, создавая достаточную подъемную силу для совершения посадки с планированием на относительно мягкую поверхность. В вертолете Boeing CH-47 Chinook контроль общего шага называется управлением тягой, но выполняет ту же функцию, за исключением того, что он управляет двумя системами несущих винтов, применяя дифференциальный коллективный шаг.

Газовый пульт

Роторы вертолетов предназначены для работы на определенной скорости вращения. Рычаг управления дроссельной заслонкой регулирует мощность двигателя, который соединен с ротором посредством трансмиссии. Положение рычага дроссельной заслонки должно обеспечивать достаточную мощность двигателя для поддержания скорости вращения ротора в пределах, необходимых для создания достаточной подъемной силы для полета. На многих вертолетах рычаг управления дроссельной заслонкой выполнен в виде одинарной или двойной рукоятки поворотного типа, как на мотоцикле, установленной на общем пилоте управления (направление вращения противоположно мотоциклетному), в то время как некоторые многодвигательные вертолеты оснащены рычагами управления мощностью. Во многих вертолетах с поршневыми двигателями пилот регулирует дроссельную заслонку для поддержания скорости вращения ротора. Вертолеты с турбинными двигателями и некоторые вертолеты с поршневыми двигателями используют регуляторы или другие электромеханические системы управления для поддержания скорости вращения ротора и освобождения пилота от рутинной задачи ее контроля. (Обычно также предусмотрена возможность ручного управления в случае отказа регулятора.)

Педали против крутящего момента

Педали анти-крутящего момента расположены в том же месте, что и педали руля направления в самолете, и служат аналогичной цели – они контролируют направление, в котором указывает нос воздушного судна. Нажатие на педаль в определенном направлении изменяет шаг лопастей хвостового ротора, увеличивая или уменьшая тягу хвостового ротора и заставляя нос отклоняться в направлении нажатой педали.

+Управление и эффекты вертолета

Наименование | Прямое управление | Первичный эффект | Вторичный эффект | Используется в полете вперед | Используется в висении
---|---|---|---|---|---
Циклический (продольный) | Изменяет шаг лопастей несущего ротора при движении вперед-назад | Наклоняет диск несущего ротора вперед и назад через шарнирную пластину | Вызывает тангаж носа вниз или вверх | Для регулирования скорости и управления креном | Для движения вперед/назад
Циклический (поперечный) | Изменяет шаг лопастей несущего ротора при движении влево-вправо | Наклоняет диск несущего ротора влево и вправо через шарнирную пластину | Вызывает крен в направлении движения | Для создания бокового движения | Для движения вбок
Коллективный | Изменяет общий угол атаки лопастей несущего ротора через шарнирную пластину | Равномерно увеличивает/уменьшает угол атаки всех лопастей несущего ротора, заставляя вертолет подниматься/опускаться | Увеличивает/уменьшает крутящий момент | Для регулирования мощности через изменение шага лопастей | Для регулирования высоты скольжения/вертикальной скорости
Педали анти-крутящего момента | Изменяют шаг лопастей хвостового ротора | Скорость рыскания | Увеличивает/уменьшает крутящий момент и обороты двигателя (в меньшей степени, чем коллективный) | Для регулирования угла скольжения | Для управления скоростью рыскания/курсом

Условия полета

Существует три основных режима полета вертолета: зависание, полет вперед и авторотация.

Поместись на

Некоторые пилоты считают зависание самым сложным аспектом пилотирования вертолета. Поскольку вертолеты, как правило, динамически нестабильны, отклонения от заданного положения не самокорректируются без участия пилота. Таким образом, пилоту необходимо постоянно вносить корректировки в органы управления, чтобы удерживать вертолет в желаемом месте и на заданной высоте. При зависании пилот использует органы управления следующим образом: циклический шаг винта применяется для устранения сноса в горизонтальной плоскости (например, движения вперед, назад и вбок); общий шаг винта – для поддержания заданной высоты; а педали хвостового ротора (или системы компенсации крутящего момента) – для управления направлением носа или курсом. Именно взаимодействие этих органов управления может затруднить освоение зависания, поскольку изменение настройки одного из них часто требует одновременной корректировки двух других, что требует от пилота понимания взаимосвязи между органами управления, необходимой для обеспечения плавного полета.

Перелет вперед

В полете вперед органы управления вертолетом ведут себя более похоже на органы управления самолетом с фиксированным крылом. Отклонение циклического управления вперед заставляет нос вертолета опуститься, что приводит к потере высоты и увеличению скорости. Отклонение циклического управления назад поднимает нос, замедляя вертолет и заставляя его набирать высоту. Увеличение общего шага (мощности) при поддержании постоянной скорости вызывает набор высоты, а уменьшение общего шага (мощности) – снижение. Координация этих двух управляющих воздействий – уменьшение общего шага в сочетании с отклонением циклического управления назад, или увеличение общего шага в сочетании с отклонением циклического управления вперед – изменяет скорость при сохранении постоянной высоты. Педали выполняют одинаковую функцию как в вертолете, так и в самолете, обеспечивая сбалансированный полет. Это достигается путем воздействия на педали в направлении, необходимом для центрирования указателя скольжения в приборе поворота и крена. Полет вперед на вертолете имеет ограничения, отличные от самолета с фиксированным крылом. В самолете с фиксированным крылом максимальная скорость ограничена прочностью конструкции планера, а в вертолете – скоростью вращения несущего винта и эффективной скоростью воздушного потока над каждой лопастью. В зависании каждая лопасть несущего винта испытывает одинаковую скорость воздушного потока при постоянной скорости вращения. В полете вперед одна лопасть движется навстречу воздушному потоку, а другая – от него. При определенных скоростях это может привести к опасной ситуации, когда отступающая лопасть сваливается, вызывая неустойчивый полет.

Дифференциальный контроль шага

Для вертолетов с двумя горизонтально расположенными роторами изменения ориентации часто требуют, чтобы роторы действовали противоположно в ответ на стандартные команды управления пилотом. У вертолетов с коаксиальными роторами (например, Камов Ка-50) оба ротора установлены на одной мачте, один над другим на концентрических валах, вращающихся в противоположных направлениях вокруг общей оси, и изменение рыскания осуществляется путем увеличения общего шага ротора, вращающегося в направлении желаемого поворота, одновременно уменьшая общий шаг другого ротора, создавая диссимметрию крутящего момента. Вертолеты тандемной схемы (например, Boeing CH-47 Chinook) также используют два ротора, вращающихся в противоположных направлениях – это явление называется встречным вращением, когда оно происходит от двух отдельных точек на одном фюзеляже, – но роторы расположены на отдельных валах через мачты в носовой и хвостовой частях. Эта конструкция использует дифференциальный шаг для изменения общего угла тангажа воздушного судна. Когда пилот отклоняет циклическое управление вперед для опускания носа и ускорения, вертолет реагирует, уменьшая общий шаг переднего ротора и увеличивая общий шаг заднего ротора пропорционально, поворачивая оба конца вокруг общего центра масс. Изменение рыскания осуществляется с помощью дифференциального циклического шага: передний ротор изменяет циклическое управление в желаемом направлении, а задний – в противоположном, снова поворачивая аппарат вокруг центра масс. В свою очередь, вертолеты типа «синхроптер» и с поперечно расположенными встречно вращающимися роторами (например, Bell/Boeing V-22 tiltrotor) имеют две большие горизонтальные роторные установки, расположенные бок о бок, и используют дифференциальный шаг для управления креном. Как и в случае тандемных роторов, дифференциальный циклический шаг используется для управления движением вокруг оси рыскания.