Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Хвостовой ротор — это небольшой ротор, установленный вертикально или почти вертикально в хвостовой части традиционного однороторного вертолета, где он вращается, создавая тягу, подобную горизонтальной тяге пропеллера, в том же направлении, что и вращение основного ротора. Положение хвостового ротора и расстояние от центра масс вертолета позволяют ему развивать достаточный рычаг тяги для компенсации реактивного момента, оказываемого на фюзеляж вращением основного ротора. Без хвостового ротора или других систем противодействия крутящему моменту (например, NOTAR), вертолет постоянно вращался бы в направлении, противоположном вращению основного ротора во время полета. Хвостовые роторы проще, чем основные, поскольку для изменения тяги требуются только изменения шага по кругу. Шаг лопастей хвостового ротора регулируется пилотом с помощью педалей управления направлением, которые также обеспечивают управление направлением, позволяя пилоту поворачивать вертолет вокруг своей вертикальной оси. Его приводная система состоит из вала, приводимого в действие от основной трансмиссии, и редуктора, установленного на конце хвостовой балки. Приводной вал может состоять из одного длинного вала или серии более коротких валов, соединенных с обоих концов гибкими муфтами, которые позволяют приводному валу изгибаться вместе с хвостовой балкой. Редуктор на конце хвостовой балки обеспечивает угловой привод хвостового ротора и может также включать передачу для регулировки выходной скорости до оптимальной скорости вращения хвостового ротора, измеряемой в оборотах в минуту (RPM). На больших вертолетах с хвостовым пилоном используются промежуточные редукторы для передачи привода хвостового ротора с хвостовой балки на вершину пилона. Хвостовой пилон также может служить вертикальным стабилизирующим элементом, снижая потребность в мощности хвостового ротора в горизонтальном полете. Хвостовой пилон также может обеспечивать ограниченное противодействие крутящему моменту в определенных диапазонах скоростей, в случае отказа хвостового ротора или его органов управления. Около 10% мощности двигателя передается на хвостовой ротор.
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
Система хвостового ротора вращает аэродинамические профили – небольшие крылья, называемые лопастями, которые изменяют угол установки для изменения создаваемой ими тяги. Лопасти чаще всего изготавливаются из композитных материалов, таких как ядро из алюминиевого сотового или пластифицированного бумажного сотового, покрытое обшивкой из алюминия или углеволокна. Лопасти хвостового ротора могут иметь как симметричный, так и асимметричный профиль. Механизм изменения шага использует тросовую систему управления или тяги, идущие от педалей управления антимоментным крутящим моментом в кабине пилота к механизму, установленному на редукторе хвостового ротора. В больших вертолетах механизм изменения шага дополняется гидравлическим сервоприводом. В случае отказа гидравлической системы механическая система все еще способна управлять шагом лопастей хвостового ротора, хотя усилие, необходимое пилоту для управления, значительно возрастет. Хвостовой ротор приводится в движение главной силовой установкой вертолета и вращается со скоростью, пропорциональной скорости главного ротора. Как в поршневых, так и в турбинных вертолетах, главный и хвостовой роторы механически связаны через систему свободноходного сцепления, которая позволяет роторам продолжать вращение в случае отказа двигателя, механически отключая двигатель от главного и хвостового роторов. Во время авторотации инерция главного ротора продолжает приводить в движение хвостовой ротор, обеспечивая управление направлением. Для оптимизации работы при полёте вперёд лопасти хвостового ротора не имеют крутки, чтобы уменьшить лобовое сопротивление, поскольку хвостовой ротор установлен с осью вращения, перпендикулярной направлению полёта.
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.
Надежность и безопасность
Хвостовой винт и системы, обеспечивающие его питание и управление, считаются критически важными для безопасного полета. Как и многие компоненты вертолета, хвостовой винт, его трансмиссия и множество деталей приводной системы часто имеют ограниченный ресурс, то есть подлежат произвольной замене после определенного количества налета, независимо от их состояния. Между заменами детали подвергаются частым проверкам, включающим визуальный контроль и химические методы, такие как капиллярный контроль, для выявления дефектных деталей до их полного выхода из строя. Несмотря на усилия по снижению числа отказов, они все же происходят, чаще всего из-за жестких посадок, касания хвостом земли или попадания посторонних предметов. Хотя хвостовой винт считается необходимым для безопасного полета, потеря его функции не всегда приводит к катастрофическим последствиям. В случаях, когда отказ происходит из-за контакта с землей, самолет уже находится на малой высоте, поэтому пилот может уменьшить шаг несущего винта и совершить посадку до полного потери управления. Если хвостовой винт выйдет из строя случайно во время крейсерского полета, поступательная скорость часто обеспечит некоторую курсовую устойчивость, поскольку многие вертолеты оснащены вертикальным стабилизатором. Пилоту придется выполнить авторотацию и совершить аварийную посадку с существенной скоростью движения вперед, известную как посадка с разбегом или качение при посадке. Сам хвостовой винт представляет опасность для наземного персонала, работающего вблизи работающего вертолета. Поэтому хвостовые винты окрашиваются в чередующиеся полосы разных цветов для повышения их видимости для наземного персонала во время вращения.
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.