V historii vrtulníků byly pravidelně navrhovány různé konstrukce nosného systému, ale pouze jeden z nich se stal klasickým a následně prošel významným vývojem. Jiná řešení, poskytující různé možnosti pohonu vrtule, konstrukce lopatek, funkce atd., Jí nemohla konkurovat. Často byl takový výsledek odvážného projektu způsoben objektivními nedostatky a problémy.
Technická klasika
Klasické schéma vrtulníku poskytuje několik poměrně jednoduchých řešení. V trupu stroje je umístěna elektrárna s převodovkou, která dodává točivý moment hlavnímu a ocasnímu rotoru. Hlavní rotor velkého průměru je založen na kyvné desce, která umožňuje změnu zdvihu a / nebo manévrování, a má také několik lopatek s vysokým poměrem stran.
Tento design je relativně jednoduchý, je dobře propracovaný a umožňuje snadné přestavby a škálování, aby splňovaly stávající požadavky. Kromě toho postrádá některé nevýhody, jako je potřeba utěsnit spoje v potrubí nebo riziko překrývajících se lopatek.
Existují však i nevýhody. Vrtulník klasického schématu má omezení horizontální rychlosti letu související se specifiky toku kolem listů rotoru. V některých režimech se mohou objevit další negativní jevy, například vířivý prstenec. S jediným hlavním rotorem musíte navrhnout dlouhý a silný ocasní výložník, který pojme ocasní rotor.
Vývoj klasického schématu vedl ke vzniku vícerotorových vrtulníků s podélným, příčným nebo jiným umístěním několika ložiskových systémů. Rozšířilo se koaxiální schéma, ve kterém jsou dva šrouby tradičního vzhledu sestaveny na jediné pouzdro. Klasický podpůrný systém a řada jeho jednotek se také staly základem pro několik alternativních návrhů.
Jetová vrtule
Vrtulník s jedním rotorem čelí problému reaktivního točivého momentu a byla navržena různá řešení, jak se s ním vypořádat. Ve třicátých letech se myšlenka rotoru s tryskovým pohonem objevila téměř současně v několika zemích. Taková vrtule není připojena k motoru uvnitř trupu a podle toho ji nenutí otáčet se v opačném směru.
Tryskový rotor se vyznačuje přítomností vlastních motorů na špičkách lopatek. Vrtuli lze pohánět kompaktním turbovrtulovým nebo náporovým motorem. Známá jsou také provedení s přívodem stlačených plynů z motoru s plynovou turbínou v trupu do trysek nebo do spalovací komory v lopatce.
V padesátých a šedesátých letech se nápadu tryskového rotoru dostalo velké pozornosti; v různých zemích byla vyvinuta řada pilotních projektů. Byly nabízeny jako lehká vozidla typu Dornier Do 32 nebo B-7 ML. Těžká transportní helikoptéra Mile and Hughes XH-17. Žádný z těchto vzorků však nepokročil nad rámec malosériové výroby.
Hlavním problémem tryskové vrtule je složitost náboje. Jeho prostřednictvím musí být stlačený plyn a / nebo palivo přiváděny do pohyblivého nože, který vyžaduje převodové a těsnicí prostředky. Na samotný list je nutné umístit motor jednoho nebo druhého druhu, který klade na jeho konstrukci nové požadavky. Vybudovat robustní design s těmito schopnostmi se ukázalo být příliš obtížné a očekávané přínosy nemohly ospravedlnit úsilí.
Zkřížené čepele
Ve třicátých letech bylo navrženo takzvané schéma. synchrocopter. Tato koncepce navrhuje použití dvou dvoulistých rotorů, jejichž náboje jsou umístěny v minimální vzdálenosti s odkloněním nápravy směrem ven. Vrtule se musí otáčet k sobě a speciální konstrukce převodovky vylučuje překrývání lopatek.
Synchrocopterový nosný systém je schopen vytvořit požadovaný vztlak a zajistit let ve stejných režimech jako klasické schéma. Má tu výhodu, že dokáže zvýšit celkový tah a nosnost, a expanze tahových vektorů zvyšuje stabilitu při vznášení a dalších režimech. V tomto případě se reakční momenty obou vrtulí navzájem kompenzují a eliminují potřebu systému řízení.
Synchrokoptéry se však příliš nepoužívají. Ve třicátých letech takové zařízení vyráběla německá společnost Flettner a od roku 1945 se tímto tématem zabývají další země. Nejznámější jsou helikoptéry americké společnosti Kaman Aerosystems. Synchrocoptery byly do určité doby žádané, ale poté se směr vytratil - nyní je v sérii pouze jeden vzorek. Po celou dobu nebylo postaveno více než 400-500 sériových strojů této třídy.
Hlavní nevýhodou synchrocopteru je složitost převodovky, která dodává točivý moment dvěma blízko umístěným vrtulím. Jednosměrný pohon se stejnými charakteristikami se ukazuje být mnohem jednodušší. Dvojice dvoulistých vrtulí má navíc omezený tahový potenciál. Moderní „těžká“synchronizovaná helikoptéra Kaman K-Max tedy nezvedá více než 2700 kg a v tomto ohledu ztrácí mnoho helikoptér klasického schématu.
Točit a zastavit
Myšlenka kombinace rotující vrtule a pevného křídla je známá. V tomto případě se pro vzlet a zrychlení používá rotace hlavního rotoru. Při určité rychlosti se vrtule musí zastavit a její listy se musí změnit na pevné křídlo. To umožňuje vyvinout vysokou rychlost letu, ale vyžaduje vývoj a implementaci nových řešení.
Jako příklad uveďme projekt Sikorsky X-Wing, který byl vyvíjen od poloviny sedmdesátých let jako doplněk vrtulníku S-72. Ten byl vrtulník s hlavním a ocasním rotorem, vybavený vyvinutým křídlem malého rozmítání. Po stranách trupu byla dvojice motorů s plynovou turbínou, které zajišťovaly napájení hřídele (u vrtulí) a vytvářely tryskový tah (pro vysokorychlostní let).
Nosný systém X-Wing obdržel nábojový kotoučový kotouč vybavený kyvnou deskou pouze se společným stoupáním. Použili jsme obdélníkové lopatky se svisle symetrickým profilem. Na přední a zadní hraně lopatky byly otvory pro uvolňování stlačeného vzduchu z kompresoru ven. Vzduch, díky Coandovu efektu, měl „prodloužit“profil čepele, což mu mělo pomoci vztáhnout. V závislosti na způsobu přívodu vzduchu může lopatka pracovat stejně efektivně při otáčení i ve stacionární poloze.
Systém X-Wing byl úspěšně testován ve větrném tunelu a byl dokonce nainstalován na zkušený S-72. Krátce před plánovanými lety, v roce 1988, však NASA a DARPA nařídily zastavit práci. Se všemi očekávanými výhodami byl neobvyklý nosný systém příliš složitý. Projekt se navíc protáhl na více než 10 let a jeho náklady překročily přípustnou mez. Z tohoto důvodu nebyl koncept X-Wing dále rozvíjen.
Objektiv za letu
Právě teď francouzská společnost Conseil & Technique pracuje na konceptu lehké helikoptéry pro letecké taxi s neobvyklým nosným systémem. Navržený design vrtule ztrácí na tradiční, pokud jde o vytvořený vztlak v režimech vzletu a přistání, ale liší se větší jednoduchostí a schopností vytvářet zvýšený tah v horizontálním letu. Udává se také schopnost snižovat hluk.
Původní vrtule je postavena na základě lentikulárního disku, který zabírá 70% zametané plochy. Navrhuje se namontovat krátké lopatky profilu křídla podél jeho okrajů. Možnost umístění swashplate není hlášena; trakční kontrola může být provedena změnou rychlosti.
Testy ukázaly, že při horizontálním letu disková část vytváří výrazný vztlak, díky čemuž konstrukce jako celek z hlediska charakteristik obchází tradiční konstrukční vrtuli. Kromě toho bylo možné nastavit úhel náběhu na 25 ° bez zastavení toku. Vyvíjené letadlo podle výpočtů bude schopné dosáhnout rychlosti až 200 km / h.
Projekt společnosti Conseil & Technique je stále ve stádiu výzkumu a vývoje designu. V blízké budoucnosti bude pravděpodobně přiveden k testům na maketách, po kterých se může objevit plnohodnotný experimentální vícerotorový vrtulník. Není známo, zda tento alternativní design bude schopen vyřešit všechny úkoly a najít si místo v leteckém průmyslu.
Hledání alternativ
Dlouhá desetiletí existence a aktivní provoz vrtulníků ukázaly všechny výhody klasické konstrukce nosného systému. Pokusy o vytvoření alternativních schémat, které s ním mají minimální podobnost, ještě nebyly korunovány zvláštním úspěchem. Vědci a inženýři však nepřestávají pracovat a nadále hledají slibné nápady.
Právě teď vzniká další projekt tohoto druhu a jeho výsledky budou jasné v blízké budoucnosti. Zároveň je zřejmé, že žádný z nových ložiskových systémů nebude moci mít znatelný vliv na celkový stav věcí a klasické schéma a různé varianty jeho vývoje si v letecké technologii zachovají své místo. Nový vývoj - s dostatečnou dokonalostí - však může najít své místo, kde budou jeho výhody nejvhodnější a výnosnější.
