Как летает вертолет?

Для начала попробуем объяснить, как вертолет поднимается в воздух. Самолет летает благодаря особому профилю крыла: его верхняя часть имеет выпуклую форму, и когда на такое крыло воздействует набегающий поток воздуха, над крылом возникает разряжение. Иными словами, воздух, находящийся снизу, оказывается плотнее, чем воздух над крылом, и этот плотный воздух как бы толкает самолет вверх.

Лопасть винта вертолета очень похожа на крыло самолета, только она гораздо уже. А значит, и подъемная сила у нее меньше. Как же увеличить тягу вверх? Это не сложно: надо слегка развернуть лопасть, опустив ее заднюю часть (или, как говорят, «увеличить угол атаки»), чтобы винт, подобно штопору, «ввертывался» в воздух. Выходит, если сделать лопасти поворачивающимися и снабдить их тягами, с помощью которых можно было бы придавать лопастям нужный угол атаки, мы получим винт с изменяемой тягой. Такой винт позволяет регулировать скорость подъема: если ее надо увеличить, следует увеличить и угол атаки. Когда же вертолету необходимо стоять на земле с работающим мотором, лопасти развернуты на минимальный угол.

Итак, вертолет взлетает и зависает над землей. Но как сделать так, чтобы он двигался в нужном направлении? Самое простое - накренить вертолет, чтобы тяга винта была направлена чуть в сторону от вертикали, тогда винт будет тянуть машину не только вверх, но и в сторону наклона. Когда лопасти винта проходят, например, над передней частью вертолета, угол атаки у них меньше, но стоит им оказаться над хвостовой частью, угол атаки возрастает. Тогда подъемная сила, которая будет толкать вверх заднюю часть вертолета, окажется больше, чем та, что тянет вверх его переднюю часть, и вертолет «клюнет носом». Вместе с вертолетом накренится и винт, и теперь он будет тянуть машину вверх и вперед. Действуя по такому же принципу, можно заставить вертолет лететь в любую сторону: увеличил угол атаки лопастей, проходящих над передней частью, - вертолет полетел назад, увеличил угол атаки по правому борту - вертолет летит влево...

Что ж, идея хорошая, но не может же пилот вручную менять угол атаки каждой лопасти за те ничтожные доли секунды, за которые она проходит часть круга? Конечно, нет. Лопасти поворачивает хитрый механизм, который называется «автоматом перекоса», и именно этот механизм изобрел Борис Юрьев в далеком 1911 году.

Автомат перекоса состоит из двух тарелок, расположенных одна над другой, с подшипником качения между ними. Верхняя тарелка соединена тягами с лопастями и вращается вместе с ними. Нижняя тарелка не вращается, но может перекашиваться на валу винта - ее положение задает пилот с помощью ручки управления. И когда пилот перекашивает на нужный угол нижнюю тарелку, катящаяся по ней на подшипнике верхняя тарелка тоже наклоняется. А это приводит к тому, что лопасть (соединенная, как ты помнишь, с тарелкой тягой), проходя над поднятым краем, увеличивает угол своей атаки, а проходя над нижним - уменьшает. Всё гениальное – просто!

Итак, главный винт, или ротор вертолета делает всё - и поднимает машину вверх, и опускает вниз, и задает направление полета, и тянет машину вперед. Зачем тогда нужен второй, маленький винт на хвосте? Дело в том, что главному винту во время вращения приходится преодолевать силу сопротивления воздуха, а так как всякое действие равно противодействию, в противовес силам воздушного сопротивления возникает сила, стремящаяся развернуть вертолет. И не будь на хвосте маленького винта, главный винт вращался бы в одну сторону, а сам вертолет - в другую. (Заметим, что существуют схемы вертолетов с двумя главными винтами, вращающимися в противоположные стороны, и здесь задний винт не нужен, но такая конструкция громоздка и создает проблемы в управлении вертолетом.)

Лопасти заднего винта тоже могут менять угол атаки, а значит, и здесь мы можем управлять его тягой. Благодаря этому у пилота есть возможность разворачивать машину в узких местах, например, в горных ущельях или среди высоких зданий, что делает вертолет очень маневренным и создает дополнительные удобства и возможности в управлении машиной.