1.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 26
Раздел 2
Выбор схемы вертолета и типа двигателя

2.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 27
2.1 Выбор аэродинамической схемы вертолета
Вертолеты можно подразделить на несколько типов, имеющих свои
особенности, преимущества и недостатки.
Одновинтовой вертолет. Преимуществами данного типа является
относительная простота – один несущий винт, простое управление, - одна главная
трансмиссия. Несмотря на то, что хвостовой винт потребляет 8-10 % мощности
двигателя на висении и 3-4 % в поступательном полете, простота устройства и
экономия в весе по сравнению с другими способами компенсации крутящего
момента, очевидно, покрывают эти потери мощности.
Рис. 2.1 Одновинтовая схема вертолета
Соосный вертолет. В соосном вертолете момент на фюзеляже отсутствует
вследствие наличия двух расположенных друг над другом винтов, вращающихся
в противоположных направлениях. Эти винты могут иметь одинаковые или
различные диаметры. Единственным обязательным требованием является
равенство крутящих моментов у обоих винтов. Соосный вертолет имеет меньшие
габариты по сравнению с одновинтовым вертолетом; при этой схеме мощность на
компенсацию крутящего момента не затрачивается. Однако управление у
соосного вертолета значительно сложнее, чем у других вертолетов, и они имеют
больший вес несущей системы.
Рис. 2.2 Двухвинтовая соосная схема вертолета
Вертолет с продольным расположением несущего винта. Главным
преимуществом вертолета с продольным расположением несущего винта является
вместительный фюзеляж и значительные пределы допускаемого перемещения
центра тяжести. Полезная нагрузка может быть распределена между несущими
винтами в различных пропорциях. Недостатки, вызываемы усложненной
трансмиссией и ее повышенным весом. Другим серьезным недостатком

3.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 28
продольной схемы является пониженная эффективность винтов, так как один из
них работает в струе другого. Потеря качества при поступательном полете может
быть несколько уменьшена расположением заднего несущего винта с некоторым
превышением над передним. Вертолеты продольной схемы могут иметь винты
различных диаметров. При соответствующем выборе соотношения размеров
переднего и заднего винтов можно получить улучшение устойчивости и
управляемости.
Рис. 2.3 Двухвинтовая продольная схема вертолета
Вертолет с поперечным расположением несущего винта. Основным
преимуществом такого вертолета является уменьшение потребной для
поступательного полета мощности, подобно тому, как это происходит при
увеличении удлинения вертолетного крыла. Недостаток этого типа вертолета
заключается в том, что он имеет большое вредное сопротивление вследствие
лобового сопротивления конструкции, поддерживающей разнесенные несущие
винты. Если эту конструкцию сделать небольшой по габаритам и обтекаемой, то
получается незначительная прибавка в весе. Конструкцию, поддерживающую
несущие винты, можно сделать несущей, тогда она частично разгрузит несущие
винты при поступательном полете, что повысит общее качество вертолета. По
сравнению с одновинтовой схемой вертолет с поперечным расположением винтов
имеет более сложную трансмиссию и увеличенные габариты, хотя последние
зависят от степени перекрытия несущего винта.
Рис. 2.4 Двухвинтовая поперечная схема вертолета
Синхроптер (вертолет с перекрещивающимися несущими винтами), у
которого винты перекрывают друг друга очень сильно, отличается
компактностью и относительной простотой трансмиссии, достигаемыми за счет
снижения аэродинамического качества.

4.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 29
Рис. 2.5 Схема вертолета с перекрещивающимися несущими винтами
Многовинтовые вертолеты. Было много проектов многовинтовых
вертолетов главным образом тяжелого типа. Несколько несущих винтов могут
упростить управление, так как поворот вертолета относительно любой из трех
осей может производиться простым увеличением тяги одного несущего винта
относительно других. Для тяжелых вертолетов многовинтовая схема позволяет
сохранять размеры винтов в разумных пределах.
Жиродин – вертолет, у которого ось винта, компенсирующего крутящий
момент, направлена по полету. В этом случае винт создает тягу вперед, вместо
того чтобы для этого использовать главный несущий винт. Таким образом,
несколько повышается эффективность несущего винта, поскольку исключается
необходимость в его наклоне вперед, что приводит к более равномерному
распределению углов атаки по несущему винту.
Реактивный вертолет дает простейшее решение проблемы крутящего
момента. Крутящий момент несущего винта создается двигателями,
расположенными на концах лопастей, а не передаются через вал. Единственный
момент, который передается на фюзеляж, - это момент трения подшипников.
Путевое управление может быть осуществлено с помощью килевой поверхности
или руля. Преимуществом реактивного несущего винта является его простота, к
недостаткам же следует отнести высокий расход топлива.
Рис. 2.6 Схема вертолета с реактивным приводом несущего винта
Анализируя возможные схемы вертолета, следует выделить схемы, которые
обеспечивают лучшую весовую отдачу, меньшую потерю мощности, более
экономичный полет, лучшие устойчивость и управляемость, большую
безопасность полета, удобства для экипажа и пассажиров.
По весовой отдаче для вертолетов со взлетной массой до 50 т наиболее
целесообразной является одновинтовая схема (остальные схемы, кроме соосной,

5.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 30
обладают повышенной весовой отдачей, это влечет усложнение и утяжеление
конструкции); двухвинтовая соосная схема обладает недостаточной путевой
устойчивостью на режиме авторотации.
Вывод:
Исходя из опыта вертолётостроения в России и анализа эксплуатации
тяжёлых вертолётов, приходим к выводу, что проектируемый вертолёт будет
проектироваться по одновинтовой схеме с рулевым винтом, при этом
достоинства этой схемы превосходят её недостатки.
2.2 Выбор типа силовой установки
Силовая установка обеспечивает выработку крутящего момента и мощности
для передачи через трансмиссию вертолёта на несущею систему.
Типы силовых установок
Силовые установки вертолетов можно подразделить на следующие группы:
1. с механическим приводом:
 с поршневыми двигателями (ПД);
 с газотурбинными двигателями (ГТД);
2. с реактивным приводом:
 с компрессорным приводом;
 с двигателями на концах лопастей;
3. со смешанным приводом.
ГТД имеют следующие преимущества перед ПД:
- небольшая удельная масса;
- меньший мидель;
- возможность использования тяги выхлопных газов для увеличения
максимальной скорости полета;
- меньше вибрации двигателя;
- большая надежность и меньшая трудоемкость эксплуатации двигателя.
Основным недостатком ГТД является потребность в большой степени
редукции к НВ.
Реактивный привод обладает сравнительно небольшой массой трансмиссии
и сравнительно невысокой стоимостью СУ и привода, но влечет за собой
усложнение конструкции лопастей, снижение авторотационных характеристик
НВ, сложность обеспечения устойчивой работы двигателей в поле центробежных
сил.
Исходя из вышеперечисленных достоинств и недостатков, ГТД
(турбовальный двигатель) обладает лучшими характеристиками, большей
надежностью и меньшей трудоемкостью эксплуатации двигателя.
В настоящее время используют в основном двухвальные газотурбинные
двигатели со свободной турбиной.
Двигатель такой конструкции обладает следующими достоинствами:

6.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 31
- частота вращения свободной турбины значительно меньше частоты
вращения ротора турбокомпрессора, благодаря чему уменьшается потребная
степень редукции;
- частота вращения НВ может выдерживаться постоянной при изменении
частоты вращения ротора турбокомпрессора, что позволяет оптимизировать
аэродинамические характеристики НВ и расход топлива двигателем;
- нет необходимости иметь муфту включения.
Рис. 2.7 Схема двигателя принципиальная
1. Компрессор низкого давления
2. Промежуточный корпус
3. Компрессор высокого давления
4. Камера сгорания
5. Турбина
6. Труба выхлопная
7. Вал ведущий
Для проектируемого вертолета выбираем одновинтовую схему с
двухвальной ГТД силовой установкой.
Вспомогательная силовая установка
В качестве вспомогательной силовой установки достаточно одновального
газотурбинного двигателя, который будет осуществлять воздушный запуск
основных двигателей, питать сжатым воздухом системы кондиционирования,
бортовую сеть вертолета электроэнергией на земле и при аварийном
использовании в случае отказа основных источников электроэнергии.

7.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 32
2.3 Выбор схемы вертолета по отдельным её признакам
Фюзеляж
Планер вертолета представляет собой цельнометаллическую конструкцию
переменного сечения и состоит из следующих агрегатов:
- носовая часть фюзеляжа;
- центральная часть фюзеляжа;
- концевая балка;
- стабилизатор;
- капоты;
- шасси - передняя, основная и хвостовая опоры.
Фюзеляж полумонококовой конструкции.
Шасси
Взлетно-посадочные устройства (шасси) обеспечивают передвижение
вертолета по земле на рулении, разбеге и пробеге, а также уменьшают перегрузки,
испытываемые конструкцией при посадке и при движении по земле.
На вертолетах ставят одно или два передних колеса. Ориентирующиеся
передние колеса являются в основном противокапотажными и служат для
рулежки; обычно на них посадки не делают. Задние колеса или костыли также
являются предохранительными, хотя при посадке с планированием вертолет
может коснуться земли сначала задним колесом или костылем.
Размещение колес – выбор колеи и базы – диктуется соображениями
устойчивого положения вертолета на земле при работе на месте, рулежке и
пробеге. Малая колея приводит к опрокидыванию вертолета на бок, такой случай
возможен в момент отрыва от земли при неблагоприятном боковом ветре. Для
эксплуатации лучше иметь более широкую колею и достаточную базу, чтобы
исключить возможность опрокидывания вертолета на земле.
Шасси вертолета выполнены по трехопорной схеме и состоит из
неубирающихся передней и двух основных опор.
В хвостовой части вертолета на килевой балке установлена убирающаяся
хвостовая опора, предохраняющая рулевой винт и килевую балку от поломки при
посадке вертолета с большими углами кабрирования.
Передняя опора шасси представляет собой автономный агрегат, который в
совокупности с колесами поглощает энергию удара при посадке вертолета,
разбеге, рулежке, имеет устройство для проведения весоизмерения и определения
центровки вертолета. На передней опоре установлено два нетормозных колеса.
Силовая установка
Силовая установка обеспечивает выработку крутящего момента, который
через главный редуктор и трансмиссию передается на несущий и рулевой винты.
Силовая установка включает в себя два газотурбинных двигателя, бортовую
вспомогательную силовую установку, а также агрегаты и системы,
обеспечивающие их бесперебойную работу.
Двигатели работают независимо друг от друга, что позволяет производить
полет вертолета на одном работающем двигателе.
Бортовая ВСУ расположена в носовой части фюзеляжа под полом кабин
экипажа и сопровождающих справа по полету.

8.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 33
Несущий винт
Несущий винт состоит из втулки несущего винта, закрепленной на валу
главного редуктора, автомата перекоса, установленного на верхней крышке
главного редуктора и лопастей.
Лопасть своим наконечником стыкуется с гребенкой осевого шарнира втулки
несущего винта и крепится двумя болтами.
Несущий винт вращается по часовой стрелке (при виде сверху).
Рулевой винт
Рулевой винт расположен на правой стороне килевой балки (по полету) и
состоит из втулки рулевого винта, закрепленной на валу хвостового редуктора, и
лопастей.
Рулевой винт вращается против часовой стрелки, если смотреть со стороны
рулевого винта (на правый борт).
Лопасти стыкуются с проушинами осевых шарниров втулки рулевого винта и
крепятся двумя болтами.

9.
Лист
ЦТРК.084426.000 ПЗ 34