Как управлять автожиром теория

Как управлять автожиром теория

ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕТА АВТОЖИРОВ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Здесь мы вкратце расскажем об интересных особенностях полета автожира с непосредственным управлением, главным образом об особенностях взлета и посадки. Дело в том, что хорошая управляемость на малых скоростях позволила применить новые способы взлета и посадки, немыслимые не только на самолете, но и на автожире с самолетным управлением. Эти новые способы, как мы сейчас увидим, значительно упростили технику взлета и посадки.

При взлете автожира с самолетным управлением летчик в начале разбега должен был отклонять руль высоты вниз (“давать ручку от себя”). Это делалось для того, чтобы поднять хвост и, следовательно, уменьшить угол атаки ротора; последнее было нужно потому, что при малом угле атаки скорее приобреталась

скорость, необходимая для взлета и для того, чтобы элероны и рули могли нормально работать.

На автожире с непосредственным управлением для уменьшения при разбеге угла атаки ротора нет необходимости поднимать хвост, ибо для этого достаточно наклонить вперед ось ротора. Что же касается, управляемости, то она, как мы знаем, здесь не зависит от скорости. Таким образом, для осуществления взлета автожира с непосредственным управлением нет никакой надобности ни поднимать хвост, ни развивать большую скорость. Вот это-то и позволило применить новый способ взлета.

В чем же состоит этот новый прием и каковы его преимущества?

Взлет автожира с непосредственным управлением осуществляется таким образом, что при разбеге колеса шасси отделяются от земли раньше, чем хвостовое колесо. Иными словами, в начале разбега автожир бежит на трех колесах, а перед тем как оторваться от земли — только на хвостовом колесе. Такой взлет летчик осуществляет плавным движением ручки “на себя”, т. е., постепенным увеличением угла атаки ротора.

Преимущество этого нового способа, сравнительно с применяющимся при взлете самолета и автожира, имеющих самолетное управление, понять нетрудно.

При взлете по-самолетному машина бежит на большой скорости на колесах шасси; так как колеса шасси выдерживают большую часть веса машины (ее центр тяжести находится значительно ближе к носу, чем к хвосту), то естественно, что всякая неровность почвы заставляет машину испытывать толчки. Эти толчки, мало заметные при хорошем аэродроме и грамотном управлении, могут быть очень сильными при отсутствии одного из этих условий, а тем более, когда отсутствует и то и другое. Сильные толчки, понятно, расшатывают нежную конструкцию воздушной машины и могут даже повести к ее поломке. Более того, при таком взлете всегда есть опасность капотирования машины (опрокидывания) с работающим мотором, что почти всегда ведет к серьезной аварии.

Итак, взлет автожира с непосредственным управлением прост и безопасен. Объясним теперь в двух словах, как летчик производит взлет.

Выше мы уже говорили, что когда автожир стоит на земле, ручка отведена в самое переднее положение и закреплена при

помощи защелки. Это положение соответствует малому углу атаки ротора. Такое положение ручки сохраняется и во время

Источник

Что такое автожир.

Здравствуйте, друзья!

Боевой автожир Камова А-7-3.

Но, вобщем-то, все эти названия достаточно близки и характеризуют принцип полета или точнее будет сказать принцип, с помощью которого этот интересный аппарат успешно держится в воздухе. Это принцип авторотации. О нем мы уже говорили применительно к вертолету. Но для вертолета авторотация — режим аварийный. Вертолет может только снижаться на этом режиме с целью совершить по возможности безопасную посадку. А для автожира — это основной ( и единственно возможный) режим полета.

Способный летать самостоятельно автожир кроме свободного несущего винта имеет двигатель с толкающим или тянущим винтом, который обеспечивает аппарату горизонтальную тягу. При движении вперед как раз и создается встречный воздушный поток, обтекающий несущий винт определенным образом и заставляющий его авторотировать, то есть вращаться, создавая при этом подъемную силу. И именно поэтому зависать на месте (за исключением особых условий большого встречного ветра) или же подниматься строго вертикально подобно вертолету автожир, увы, не может.

Обтекание воздушным потоком несущего винта автожира.

Считается, таким образом, что автожир занимает промежуточное положение между самолетом и вертолетом. Для того, чтобы держаться в воздухе ему нужно движение вперед, но саму подъемную силу создает несущий винт, подобный вертолетному (только без двигателя :-)).
Картина обтекания несущего винта у этих аппаратов отличается. Если у вертолета встречный воздушный поток поступает сверху, то у автожира снизу. Плоскость вращения винта при горизонтальном полете у автожира наклонена назад ( у вертолета вперед). Картина обтекания лопастей при этом следующая….

Возникновение вращающей силы на лопасти винта.

Как уже было неоднократно (:-)) сказано при обтекании лопасти (или для простоты ее единичного профиля) образуется аэродинамическая сила, которую можно разложить на силу подъемную (нужную нам) и силу сопротивления (которая, конечно, мешает :-)). Углы атаки (установки лопастей) для существования устойчивой авторотации должны быть в примерном диапазоне 0° — 6° градусов.

Возникновение переворачивающего момента.

Из-за наличия горизонтального шарнира лопасть при вращении совершает машущие движения с максимальным взмахом в районе 180° и минимальным около 0° – 360°. Это, как мы уже знаем из статьи об автомате перекоса, происходит из-за разных скоростей обтекания воздушным потоком наступающих и отступающих лопастей, а также из-за разных истинных углов атаки на этих лопастях.

Схема взмаха лопастей несущего винта.

Может показаться логичным и управление автожиром сделать по «вертолетному», то есть через автомат перекоса. Но на самом деле это не совсем правильно. Автомат перекоса меняет углы установки лопастей. А для устойчивой авторотации диапазон этих углов достаточно узок (0°-6°, как я уже говорил :-)), можно легко из него выйти и значительно уменьшить аэродинамическое качество винта.

Кроме того дополнительно управление автожиром может осуществляться ( и так происходит на самом деле :-)) при помощи аэродинамических рулей. Это обычно руль направления и может быть еще руль высоты.

Как уже было сказано, для подъема в воздух и устойчивого полета несущий винт автожира должен раскрутиться. Это можно осуществить либо за счет предварительного разгона на земле, либо за счет предварительной раскрутки ротора с последующим быстрым (очень коротким) взлетом.

Первый советский автожир КАСКР-1.

Автожир Pitcairn PCA-2. Изготавливался в Америке по лицензии фирмы Хуана де ла Сиервы.

Итак, автожир. Промежуточное звено между самолетом и вертолетом. Аппарат с массой 🙂 достоинств. Он значительно более легок в управлении, чем самолет или вертолет. Для него нет такого понятия, как штопор для самолета. При потере скорости он просто начинает снижаться, а если остановится двигатель, то совершит мягкую посадку. При этом для посадки автожиру не нужна большая площадка. Он может сесть с очень малым пробегом или даже практически без него. Для автожира с хорошей предварительной раскруткой ротора практически не нужна площадка и для взлета. Интересно, что при достаточно большом встречном ветре автожир может «висеть» в воздухе. Из всего сказанного можно сказать, что это один из самых безопасных летательных аппаратов. При этом стоимость его значительно ниже стоимости самолетов и вертолетов одного с ним класса (что немаловажно в наше время :-)).

Второе – это полет в специфичных условиях атмосферы. Конкретно это касается обледенения. В случае, если эта неприятность случается с лопастями ротора несущего винта, винт быстро теряет свои аэродинамические свойства и авторотация становится невозможной. Это очень опасно, ведь средств спасения на этом аппарате нет.

Иллюстрация возможности силового кувырка.

В нормальном полете ротор создает достаточную подъемную силу и аппарат находится в равновесии под действием существующих сил. Но если его, как говорят, «завесить» со значительной потерей скорости, например при выходе из пикирования или выполнения горки, то винт «потеряет» набегающий поток и перестанет авторотировать. Подъемная сила значительно упадет (ротор разгрузится) и сила тяги маршевого винта создаст момент вокруг центра тяжести автожира. Аппарат «кувыркнется».

Аналогичное явление может возникнуть при резкой даче газа двигателю. При этом автожир опускает нос, винт переходит на отрицательные углы атаки, и происходит та же самая разгрузка ротора. А за ней естественно кувырок. Такого рода кувырки хорошим обычно не кончаются :-).

Отсутствие кувырка для классической схемы.

Для нее явление силового кувырка практически невозможно. Это очень хорошо видно из представленного рисунка. Кроме того расположенный впереди двигатель всегда служит защитой пилоту при неудачной посадке,, что нельзя сказать о движке, расположенном сзади. Может и придавить :-)…

Современные автожиры классической схемы.

Однако надо сказать, что на современных моделях автожиров ( конечно, если это не самодельные аппараты, изготовленные в ближайшем сарае :-)) такого рода аварийные режимы сведены к минимуму (практически исключены :-)). Кроме того существует современная система подготовки и тренировки пилотов.

Современные легкие автожиры.

Современный автожир – это, в основном, одно- или двух местный аппарат, относящийся к категории сверхлегких. Обычно такого рода аппараты находятся в частном использовании, однако в настоящее время они начинают применяться в сельском хозяйстве (это показано в одном из приведенных роликов) и различных госструктурах, например в полиции, для осуществления патрулирования и осмотров местности.

Современный автожир Xenon 2.

Наиболее массовы полеты на автожирах в США. В Европе этим увлекаются меньше, но, вобщем-то, тоже летают немало. Наиболее прогрессивна в этом плане Германия. На ее территории наибольшее количество школ по обучению полетам на автожирах. Время обучения небольшое, порядка 60 часов теории и 20-30 часов практики в зависимости от школы и способностей пилота. Успешно заканчивают обучение обычно все, потому что, как я уже говорил, простота – одно из достоинств автожира. Готовый пилот получает пилотское свидетельство для управления сверхлегким летательным аппаратом европейского образца ( UL ).

Самому мне полетать на автожире пока еще не удалось. Получилось только «пощупать» :-). Но обязательно постараюсь это сделать. Уж очень заманчиво еще раз испытать это благодатное чувство полета. Посмотрите ролики и сами все поймете :-).

Источник

Между самолетом и вертолетом: как устроен и сколько стоит автожир

Эра летающих автомобилей пока не наступила, но своеобразным аналогом им может выступать автожир — своеобразный гибрид самолета и вертолета.

Автожиром (а также гиропланом или гирокоптером) называется транспортное средство, которое приводится в движение двумя винтами — для взлета необходим тянущий или толкающий винт как у самолета, который разгоняет до необходимой скорости, а уже после взлета в дело вступает несущий винт как у вертолета. С единственным отличием, что несущий винт в движение приводится не мотором, а потоком набегающего воздуха.

Подобная схема не лишена своих недостатков, поскольку автожиру необходимо хоть и минимальное, но место для разгона, а кроме того гирокоптер не в состоянии зависать в полете на месте. Впрочем, эти недостатки оборачиваются преимуществом, поскольку в случае отказа техники автожир безопасно сможет приземлиться в режиме авторотации.

В эксплуатации гирокоптеры дешевле самолетов и вертолетов, хотя и уступают им по своим скоростным возможностям и грузоподъемности, но имеют ряд преимуществ — меньший расход топлива, хороший обзор, меньший уровень вибраций и шума в полете и возможность летать даже при сильном ветре.

Обучиться пилотированию: сколько это стоит?

Как и любое транспортное средство, автожир требует специальной подготовки пилота, прежде чем он сможет самостоятельно отправляться в полет. Как и в автошколе, где отменили самостоятельную подготовку, своими силами отучиться на пилота сверхлегкого воздушного судна (именно так российское законодательство классифицирует гирокоптер) невозможно — необходимо проходить теоретическое и практическое обучение в школах, имеющих лицензию Министерства образования и Министерства транспорта, а учебные программы должны соответствовать требованиям Федерального агентства воздушного транспорта (Росавиация) и Международной организации гражданской авиации (ИКАО).

Учиться на пилота автожира можно, как и на автомобиль, с 18 лет. Предварительно необходимо пройти медицинскую комиссию, но не такую, как на автомобильные права, а специальную — речь идет о врачебно-летной экспертной комиссии пилота сверхлегких воздушных судов. Если медики дадут добро на полеты, можно начинать обучение.

Курс включает в себя теоретическую и практическую части, последняя из которых называется учебно-летной подготовкой и подразумевает работу на тренажерах, полеты с инструктором и самостоятельный пилотаж гирокоптеров. Длится весь процесс подготовки пилота сверхлегкого воздушного судна более двух месяцев, а может даже и больше, если погода помешает проведению практических занятий. Прежде чем получить удостоверение, придется налетать не менее 35 часов.

Покупка и регистрация автожира: какие нюансы?

В отличие от колесных транспортных средств, каждое из которых требует регистрации и постановки на учет, автожиры массой до 115 кг не требуют государственной регистрации и регистрации прав собственности на воздушное судно, но все более серьезные гирокоптеры уже необходимо пройти все бюрократические процедуры в Росавиации.

Источник

Автожир или гироплан, сегодня.

Возникновение вращающей силы на лопасти винта.

Считается, таким образом, что автожир занимает промежуточное положение между самолетом и вертолетом. Для того, чтобы держаться в воздухе ему нужно движение вперед, но саму подъемную силу создает несущий винт, подобный вертолетному (только без двигателя). Картина обтекания несущего винта у этих аппаратов отличается. Если у вертолета встречный воздушный поток поступает сверху, то у автожира снизу. Плоскость вращения винта при горизонтальном полете у автожира наклонена назад ( у вертолета вперед). Картина обтекания лопастей при этом следующая….

Как уже было неоднократно (:-)) сказано при обтекании лопасти (или для простоты ее единичного профиля) образуется аэродинамическая сила, которую можно разложить на силу подъемную (нужную нам) и силу сопротивления (которая, конечно, мешает 🙂 ). Углы атаки (установки лопастей) для существования устойчивой авторотации должны быть в примерном диапазоне 0° — 6° градусов.

В этом диапазоне полная аэродинамическая сила немного наклонена к плоскости вращения лопасти, и ее проекция на эту плоскость как раз и дает нам силу F, которая действует на лопасть, заставляя ее двигаться (вращаться). То есть винт сохраняет устойчивое вращение, создавая при этом подъемную силу, удерживающую аппарат в воздухе.

Из рисунка видно, что чем меньше сопротивление Х, тем больше сила F, вращающая лопасть. То есть поверхность лопасти для хорошего результата должна быть достаточно чистой, или говоря аэродинамическим языком ламинарной. Этим условиям соответствует специальный ламинарный аэродинамический профиль для автожиров разработанный NACA еще в 1949 году NACA 8-H-12. Сейчас он успешно применяется на современных аппаратах.

Поэтому управление автожиром производится с помощью непосредственного изменения положения втулки несущего винта, благо, что в этом случае нет ни двигателя, ни массивного редуктора и ротора. Обычно присутствуют уже знакомые вам по этой статье два канала управления: по крену и по тангажу.

Кроме того дополнительно управление автожиром может осуществляться ( и так происходит на самом деле при помощи аэродинамических рулей. Это обычно руль направления и может быть еще руль высоты.

Как уже было сказано, для подъема в воздух и устойчивого полета несущий винт автожира должен раскрутиться. Это можно осуществить либо за счет предварительного разгона на земле, либо за счет предварительной раскрутки ротора с последующим быстрым (очень коротким) взлетом.

На современных аппаратах достаточно широко (то есть практически всегда применяются системы предварительной раскрутки, так как это существенно ускоряет взлет, уменьшая разбег автожира до 10-15, а в некоторых случаях и до 5 метров.

По конструктивной сути они возможны следующих типов.

Электрическая раскрутка. Это что-то типа стартера двигателя на автомашине. Система достаточно эффективная, но маломощная и тяжеловатая. Один аккамулятор чего стоит.

Сейчас достаточно большое распространение получила гидравлическая система раскрутки ротора. В этой системе присутствуют два шестеренчатых гидронасоса. Один установлен на двигателе, второй на втулке ротора несущего винта. Второй получает давление от первого и выполняет роль гидромотора, вращая ротор. Такого рода система проста и довольна легка, а крутящие моменты передает большие.

Теоретически вобщем-то можно сказать, что при достаточно больших оборотах раскрутки автожир даже может взлететь с места (по «вертолетному»). Это, конечно, не совсем целесообразно, но в связи с этим нужно сказать, что существует еще один способ взлета. Это так называемый «прыгающий» старт. Он требует усложнение втулки ротора введением устройства управления общим шагом винта. При этом винт с нулевыми углами установки лопастей раскручивается до взлетных оборотов, а потом углы установки резко увеличивают и аппарат «подпрыгивает» вверх, после чего включается в действие маршевый двигатель, а углы установки уменьшаются. Такие аппараты изготавливались в основном в 30-40-х годах прошлого века, но сейчас применения не находят.

Первое, это достаточно низкий коэффициент полезного действия для двигателя. Поэтому при прочих равных условиях ему нужен более мощный двигатель, чем, например, самолету.

Второе – это полет в специфичных условиях атмосферы. Конкретно это касается обледенения. В случае, если эта неприятность случается с лопастями ротора несущего винта, винт быстро теряет свои аэродинамические свойства и авторотация становится невозможной. Это очень опасно, ведь средств спасения на этом аппарате нет.

Ну и третье, самое главное. У самого безопасного летательного аппарата все же существуют опасные режимы полета. Это такие, как, например, разгрузка ротора и следующий за ним силовой кувырок. Два эти явления могут привести к печальным последствиям в случае, если линия действия тяги находится выше центра тяжести автожира.

Тут стоит заметить, что автожиры могут быть двух схем. Первая «классическая» с тянущим винтом, когда двигатель расположен впереди пилота и вторая с толкающим винтом. Двигатель здесь, соответственно, сзади. Первая схема сейчас мало применяется, так сказать незаслуженно забыта. А зря!

Для нее явление силового кувырка практически невозможно. Это очень хорошо видно из представленного рисунка. Кроме того расположенный впереди двигатель всегда служит защитой пилоту при неудачной посадке,, что нельзя сказать о движке, расположенном сзади. Может и придавить 🙂 …

Источник

Автожир

СОДЕРЖАНИЕ

Принцип работы [ править ]

Автожир характеризуется свободно вращающимся ротором, который вращается из-за прохождения воздуха через ротор снизу. [5] [6] Нисходящий компонент общей аэродинамической реакции ротора дает подъемную силу транспортному средству, поддерживая его в воздухе. Отдельный воздушный винт обеспечивает прямую тягу и может быть размещен в конфигурации съемника с двигателем и винтом в передней части фюзеляжа или в конфигурации толкающего винта, когда двигатель и винт находятся в задней части фюзеляжа.

Внешнее видео
Взлеты и посадки на YouTube из Groen Hawk 4
Взлет с трамплина на YouTube на Питкэрне PA-36 в 1941 году

Управление полетом [ править ]

Конфигурация толкателя и трактора [ править ]

Реже сегодня встречается конфигурация трактора. В этой версии двигатель и винт расположены в передней части самолета, перед пилотом и мачтой несущего винта. Это была основная конфигурация ранних автожиров, но после появления вертолета она стала менее распространенной. Он пережил возрождение с середины 1970-х годов. [ необходима цитата ]

История [ править ]

Раннее развитие [ править ]

Авария в феврале 1926 года, вызванная поломкой основания лопасти, привела к усовершенствованию конструкции ступицы ротора. Шарнир сопротивления был добавлен в соединении с шарниром отворота, чтобы позволить каждой лопасти двигаться вперед и назад и снимать напряжения в плоскости, возникающие как побочный продукт движения взмахов. Эта разработка привела к созданию Cierva C.8, который 18 сентября 1928 года совершил первое пересечение проливом Ла-Манш винтокрылым самолетом, за которым последовало путешествие по Европе.

В 1927 году немецкий инженер Энгельберт Зашка изобрел комбинированный вертолет и автожир. Основное преимущество машины Zaschka заключается в ее способности оставаться неподвижным в воздухе в течение любого промежутка времени и снижаться по вертикали, так что приземление может быть осуществлено на плоской крыше большого дома. По внешнему виду машина мало чем отличается от обычного моноплана, но несущие крылья вращаются вокруг корпуса.

Ранние автожиры De la Cierva были оснащены ступицами неподвижных несущих винтов, небольшими неподвижными крыльями и поверхностями управления, как у самолетов с неподвижным крылом. На низких скоростях рули становились неэффективными и легко могли привести к потере управления, особенно при посадке. В ответ Cierva разработала ступицу несущего винта прямого управления, которую пилот мог наклонять в любом направлении. Система прямого управления De la Cierva была впервые разработана на Cierva C.19 Mk. V и производился на серии Cierva C.30 в 1934 году. В марте 1934 года этот тип автожира стал первым винтокрылым автомобилем, взлетевшим и приземлившимся на палубу корабля, когда C.30 проводил испытания на борту военно-морского флота Испании. тендер для гидросамолетов Дедало у Валенсии. [16]

Позже в том же году, во время восстания левых в Астурии в октябре, автожир совершил разведывательный полет в пользу лояльных войск, что стало первым боевым применением винтокрыла. [17]

Зимняя война [ править ]

Вторая мировая война [ править ]

Японская императорская армия разработала Kayaba Ka-1 автожир для разведки, артиллерийской-пятнистости и противолодочного использования. Ка-1 был основан на Kellett KD-1, впервые импортированном в Японию в 1938 году. Аппарат изначально разрабатывался для использования в качестве смотровой площадки и для наблюдения за артиллерией. Армии понравился короткий взлетный размах самолета и особенно низкие требования к техническому обслуживанию. Производство началось в 1941 году, машины были переданы артиллерийским частям для определения падения снарядов. На них находились два члена экипажа: пилот и корректировщик.

Послевоенное развитие [ править ]

Три различных конструкции автожира были сертифицированы Федеральным управлением гражданской авиации для коммерческого производства: Umbaugh U-18 / Air & Space 18A 1965 года, автожир Avian 2/180 1967 года и McCulloch J-2 1972 года. коммерческие неудачи по разным причинам.

Bensen Gyrocopter [ править ]

Базовая конструкция гирокоптера Bensen представляет собой простую раму из квадратных алюминиевых или оцинкованных стальных труб, усиленных треугольниками из более легких труб. Он устроен так, что нагрузка приходится на трубы или специальные фитинги, а не на болты. На переднем торце киля крепятся управляемое переднее колесо, сиденье, двигатель и вертикальный стабилизатор. На оси установлены наружные главные колеса. Некоторые версии могут устанавливать поплавки типа гидросамолета для работы на воде.

Автожиры типа Bensen используют конфигурацию толкателя для простоты и увеличения обзора для пилота. Электроэнергия может быть обеспечена различными двигателями. В конструкции типа Бенсена использовались двигатели дронов McCulloch, судовые двигатели Rotax, автомобильные двигатели Subaru и другие конструкции. [ необходима цитата ]

Развитие и использование в 21 веке [ править ]

В 2002 году « Хок 4» компании Groen Brothers Aviation обеспечивал патрулирование периметра зимних Олимпийских и Паралимпийских игр в Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Самолет выполнил 67 вылетов и налетал 75 часов без обслуживания в течение срока действия 90-дневного контракта на эксплуатацию. [25]

Сертификация национальными авиационными властями [ править ]

Сертификация в Великобритании [ править ]

Эти ограничения не распространяются на автожиры с одобрением типа в соответствии с CAA CAP643, раздел T, на которые распространяются эксплуатационные ограничения, указанные в одобрении типа.

Сертификация в США [ править ]

Мировые рекорды [ править ]

В 1931 году Амелия Эрхарт (США) на Pitcairn PCA-2 установила мировой рекорд высоты в 18 415 футов (5613 м) для женщин. [44]

7 ноября 2015 года итальянский астрофизик и пилот Донателла Риччи взлетела на MagniGyro M16 с аэродрома Капосиле в Венеции, стремясь установить новый мировой рекорд высоты. Она достигла высоты 8 138,46 м (26 701 фут), побив мировой рекорд высоты среди женщин, удерживаемый Амелией Эрхарт за 84 года. На следующий день она увеличила высоту еще на 261 м, достигнув 8399 м (27 556 футов), установив новый мировой рекорд высоты с автожиром. Она улучшила на 350 м (+ 4,3%) предыдущий рекорд, установленный Эндрю Кичем в 2004 году. [55]

Первое физическое кругосветное путешествие на автожире заняло 4 года и 28 дней, в основном из-за очень длительных задержек с получением необходимого разрешения на полеты через воздушное пространство Российской Федерации. За девять лет, которые потребовались Surplus для выполнения этой задачи, G-YROX пролетел 27 000 морских миль через 32 страны.

Источник