Почему вертолёты летают так медленно? 

Вычитал тут причину ограничения максимальной скорости полета вертолета. И она заключается в срыве потока с лопастей которые находятся в зоне компенсации асимметрии подъемной силы. Получается такая зависимость. При поступательном движении возникает асимметрия в подъемной силе о которой говорится в ролике, но для компенсации этого эффекта автоматом перекоса добавляют угол атаки лопасти в этой зоне что бы увеличить подъемную силу. Но с ростом скорости этот процесс прогрессирует и настигает такой момент когда угол атаки уже очень большой и вместо увеличение подъемной силы, появляется в рыв потока и резкое падение оной. Поэтому сверхзвуковая скорость концов лопастей, не единственная причина ограничения скорости полета… Ваш канал постоянно толкает меня что-то где то почитать и в чем-то разобраться… это замечательно..

Сделайте пожалуйста видео про физику полёта автожира. Мне кажется это было бы прекрасным продолжением темы про вертолёт.

У лопастей вертолета переменный угол атаки, т.е. если начертить окружность с радиусом лопости, и поделить ее на 4 части, то у одной и той же лопасти, в каждой из частей может быть разный угол атаки, за счет этого вертолет и может летать не только вверх-вниз, а еще и крениться, рыскать и изменять тангаж.

Финальный вопрос, как и вопрос движения вперед, должен решаться при помощи автомата перекоса. Поворот (угол наклон) наступающих лопастей должен быть меньше угла наклона отстающих.

Красота и сложность концепции полёта современного вертолёта "классической" схемы заключена в его главном узле - автомате перекоса. Именно он позволяет менять угол атаки лопастей ротора на разных участках их движения. Он и задаёт уникальную "фишечку" вертолёта - возможность не просто зависать, но и двигаться в любом направлении.

Когда знаешь ответ, он кажется очевидным) Но я помню, в каком восторге был, когда узнавал об этих проблемах вертолетостроения и найденных решениях

Для классической схемы, только автомат перекоса. Набегающая лопость должна иметь меньший угол атаки и соответственно меньшую подъемную силу. А так для максимальной скорости нужна двухвинтавая схема в любом её просчвление (соосная, перекрещивающиеся или разнесенные винты). Тогда и опрокидывания не будет, а подъёмная сила отступающей лопасти может быть даже нулевой. Поскольку подъёмная сила от отступающей лопасти винта становится более не нужна. Следовательно и её скорость относительно вертолёта становится возможной даже околонулевой, а набегающая лопость может иметь скорость почти двойной. Следовательно скорость вертолёта может быть близка к половине скорости звука. С другой стороны, чтобы вертолёт так быстро двигался, ему нужен либо толкающий винт, либо иной движитель (например, турбовинтовой двигатель, как у самолёта). А поскольку у вертолёта задача не только быстро летать, но и зависать, то у данного движителя должны быть свои возможности изменения тяги, например, это может быть свой автомат перекоса у толкающего винта.

Внесу поправку, с одновинтовым вертолетом все верно сказано, но у двухвинтового скорость ограниченна по другой причине, просто механика (автомат перекоса лопостей)не позволяет при таких скоростях и соответствеено больших оборотах винта за один оборот наклонить лопость в низ и в верх. Поднимите в топ, пусть увидят и объяснят если я не прав.

Очень качественно все рассказано, в ВУЗе так понятно не объясняют) Есть теоретическая схема, как поднять скорость до 700 км/ч - это конструкция, внешне напоминающая ракету с винтами - взлетает как соосный вертолет, в воздухе переходит в горизонтальное положение и винты работают уже как пропеллеры самолета, а не как несущие винты вертолета (такой принцип использует конвертоплан Osprey).

Афигеть сколько людей шарят в аэродинамике))) Знают что такое автомат перекоса, и зачем лопасти меняют угол атаки относительно наступающей и отступающей))) Пытался ответить но это уже сделали за меня)))

Спасибо Вам за Ваши видеоролики! Очень интересно узнать что то новое для себя

обалдеть! Всё оказалось намного сложнее, чем я себе представлял! Андрей, огромное вам спасибо за такой отличный познавательный контент!

очень интересный канал, особенно радует, что из родного города ))) про мосты вообще топ видео !

Большое спасибо за ликбез.

Я смотрю Ваши ролики с огромным наслаждением! Очень и очень интересно. Всегда задумывался о том, что же ограничивает скорость вертолёта. А тут Вы все так классно рассказали! Спасибо огромное! :)

Спасибо за очередное классное видео! Для интересности можно было взять характеристики известных вертолётов (того же Ми-8 или Робинсона), посмотреть их крейсерские воздушные скорости, частоту вращения ротора и диаметр ротора и все выкладки применить к данной конкретной марке)))) Было бы интереснее)

Очень интересно!!! Спасибо большое за информацию

Очень просто объяснили, желаю вам удачи

Для уменьшения несимметричной подъёмной силы диска несущего винта существует автомат перекоса. Чтобы увеличить скорость нужно сделать так, чтобы угол атаки лопастей был как можно меньше, т.е. разгрузить винт. Разгрузить его можно крыльями. Причём при классической схеме крыльям лучше быть несимметричными, т.е. с одной стороны. Много чего можно изобрести, но в основном будет меняться схема.

Система управления сконструирована таким образом,что шаг наступающей лопасти существенно меньше отступающей. Еще лопасть имеет геометрическую крутку,то есть угол установки лопасти больше у комля и плавно уменьшается к законцовке. Этим достигается выравнивание подъёмной силы по длине лопасти,так как участки с меньшей окружной скоростью,имют больший угол установки,и чем выше скорость участка ,тем меньше будет угол относительно воздуха. Но это к обсуждаемой теме не относится.

Спасибо за работу

Спасибо, очень познавательно.

Спасибо, очень познавательно!)

Очень интересно! Продолжайте, это здорово!

Класс! Хорошее позитивное видео и доходчиво рассказано! Приятно смотреть! И вертолетик зачетный)) Подписался.

Спасибо за ролик, как всегда интересно и поздновато.

У вертолёта есть, так называемый, автомат перекоса. При необходимости, Он меняет угол атаки лопастей, тем самым меняет подъёмную силу лопасти и удерживает вертолёт в нормальном положении.

Классный познавательный канал!

Чтобы ответить на ваш вопрос, надо очень хорошо разбираться в механизме перекоса

Автомат перекоса же? Вообще гениальное изобретение!

Большое спасибо!

Вот это подача материала ! 👍👍👍

Огромное спасибо за сталь ясный и обстоятельный ролик! Мне было очень интересно и всё встало на свои места. Эх, а я думал что вертолёты теоретически способны дотянуться до сверхзвука...

На Сикорском применена концепция наступающей лопасти и замедление вращения несущего винта при разгоне.

позитивный, но очень ехидный дядька :)

отлично, спасибо! теперь можно поднять вопрос и про вертолетик, который летает по Марсу ;)

Перекос ротора, т.е. изменение угла атаки лопасти в зависимости от того где она находится, меньше когда лопасть идет вперед, больше когда таже лопасть идет назад.

Я как раз из-за этого эффекта сейчас проектирую соосник. Спасибо за фотографию Сикроского. Теперь я знаю, как ещё увеличить скорость =))

не стоит забывать и о проблемах хвостового винта с увеличением поступательной скорости вертолета...

Вертолеты крутые. Мой любимый вид транспорта

Попробую порассуждать. Если нужно увеличить скорость вертолета, то нужно уменьшать скорость вращения законцовок лопастей, при этом не теряя подъемную силу. Можно попробовать укоротить лопасти, увеличив их количество, но я слышал, что лопасти должны быть на определенном расстоянии друг от друга, чтобы они не попадали в турбулентные следы друг друга, и тем самым не терялся подъемная сила. Поэтому увеличивать количество лопастей будет проблемно. Тогда можно попробовать увеличить площадь лопастей, при этом уменьшить скорость их вращения, но опять же, из-за увеличенной подъемной силы, турбулентный след от лопастей будет больше и они будут попадать в него. Возможно, остается только решение укоротить лопасти, и сделать схему с двумя винтами. Тогда и подъемная сила не упадет, и скорость вращения законцовок уменьшится. Судя по конструкции представленных в видео быстрых вертолетов, кажется конструкторы именно так и поступили - короткие лопасти, соосная схема. Если посмотреть на другие быстрые вертолеты то они сделаны по такому-же принципу (взять Камовские например)

Угол лопасти можно менять, чтобы регулировать подъемную силу

За Сикорского даже гордость берёт.

Нигде такой причины не видел, но мне ещё кажется, что причина в том, что для наращивания скорости вертолёту нужно и угол атаки несущего винта увеличивать. Если бесконечно разгонять вращение, даже без влияния описанного тут эффекта, он скорее будет вверх лететь, а не вперёд. Вертолёт же летит вперёд за счёт того, что вектор тяги направлен и вверх и в сторону. Это наиболее отчётливо видно по полётам дронов. У них нет автомата перекоса, поэтому, для движения им приходится наклонять весь корпус. И если обычные дроны вроде покупных DJI летят свои 50-70кмч с относительно небольшим углом атаки, а на 30кмч вовсе практически горизонтально. то гоночные дроны, развивающие и 200 и 300кмч, на максимальной скорости наклоняются практически под 90 градусов. Считай встают. С вертолётом было бы аналогично. Автомат перекоса даёт всего несколько градусов.

Отличное видео! Мне понравилрсь!

Эту проблему решил ещё Хуан Антонио Де Ла Сиерва. Шарниры лопастей(горизонтальный и вертикальный) которые дают лопасти две степени свободы(в плоскости взмаха и в плоскости вращения) уравновешенные центробежной силой. Если двухлопастной ротор, тогда можно один общий шарнир(типа качеля). Но сейчас уже делают безшарнирные втулки(на торсионах и за щьёт гибкости самих лопастей в плоскости взмаха).

Для увеличения скорости можно полностью отказаться от получения подъёмной силы на стороне отступающей лопасти (автомат перекоса должен поворачивать эту лопасть горизонтально и лопасти должны иметь симметричный профиль). Для устранения опрокидывания необходимо иметь два (либо другое чётное число) несущих ротора (желательно соосных), вращающихся противоположно. Для исключения выхода наступающей лопасти на сверхзвук (хотя есть и сверхзвуковые пропеллеры, но это не наш случай) необходимо уменьшить длину лопастей (оставить их большими и уменьшить скорость вращения - совсем плохой вариант), а для компенсации уменьшения ометаемой ротором площади надо увеличить количество роторов. Получим что-то типа квадрокоптера с четырьмя винтомоторными группами по два пропеллера в каждой. Варианты с импеллерами, эжекторами и пр. не рассматриваем, т.к. это уже не классические вертолёты.

Автомат перекоса может поставить? ) Отличное видео, наглядное.

Можно с помощью автомата перекоса регулировать подъемную силу лопастей, плюс в добавок сделать наклон хвостового винта так, что бы он поворачивал вертолет в сторону лопасти с меньшей подъемной силой.

Как инженер-ракетчик, я бы добавил "ветрозащиту" для винта :D Почти как защита винтов у многих мультикоптеров

Наиболее перспективной в плане лётных характеристик мне кажется схема с двумя разнесенными по сторонам винтами противоположного вращения. Но вот в плане надёжности и безопасности эта же схема, видимо, самая неудачная, любое повреждение одного из винтов делает вертолёт практически неуправляемым.

Проблему неравномерного распределения подъёмной впервые удалось решить Хуану де ла Сьерве на своем автожире, и автоматов перекоса там не было

Огонь, не знал про это!

Решение есть нужно уравновесить лопасти относительно набегающего потока. А это конвертоплан. За ними будущее.

Помимо автомата перекоса, проблемму решают два соосных винта. Один винт создает подъемную силу к примеру справа , а второй слева, получается равновесие в этом случае автомат перекоса не особо нужен.

Не совсем понятно: откуда взялось ограничение, что скорость вращения лопастей должна быть ниже скорости звука?

Что бы не было опракидывающего момента, есть вертолеты схемы синхроптеп, впервые придуманный немцами в 30-е годы

Если не ошибаюсь, там используется автомат перекоса, который регулирует наклон плоскости вращения по отношению к её оси.

Логично сделать переменный угол атаки лопости при изменении положения в пространстве и нагрузки.

Угол атаки наступающей лопасти отличается от угла атаки отступающей.

Интересно было бы разобрать механику полета вертолета с двумя соосными винтами

кстати, стоит разъяснить разницу между углом установки лопасти и углом атаки лопасти...

Всё уже придумано. Автомат перекоса называется.

появились следующие вопросы: 1) Может винт быть маховиком гироскопа и стабилизировать вертолёт? 2) Не разрушится ли винт при сверхзвуковой скорости? 3) Если скорость вращения винта в 2 раза меньше поступательной, будет лопасть работать от набегающего сзади потока?

Вертолёт из пеноплекса огонь... 🤣🤔🔥

Смотрю, в комментах очень многие упоминают в первую очередь автомат перекоса/циклический шаг. Но с этим есть одна большая проблема. Ведь, как мы видели из картинки, корневая часть идущей назад лопасти движется вперёд, т.е. "задом наперёд" своим профилем относительно воздуха. Т.е. и так уже создаёт отрицательную подъёмную силу. А задрав ей угол установки через автомат перекоса, мы ещё увеличиваем её угол атаки и эту отрицательную подъёмную силу. Если лететь со скоростью чуть более 1/2 окружной скорости концов лопастей, и при симметричном профиле лопастей и отсутствии крутки, подъёмная сила лопасти уже станет практически нулевой, какой угол установки ей ни давай. При 1/3 окружной скорости и каких-то несимметричных профилях, конечно, чуть лучше, и какую-то положительную подъёмную силу получить можно, но не очень-то большую, и весьма неэффективно. Так что циклический шаг - далеко не лучший вариант борьбы с кренящим моментом от горизонтальной скорости.

Можно уменьшить радиус винта, разнести винты как у ми-12, притом сделать их удвоенными по соосной схеме, плюс автомат перекоса... Но по энергозатратам после 300 км/ч эффективнее полёт самолёта.

Скажу посто: слышал или читал где-то про автомат перекоса,вероятно он контролирует и момент опракидывания у вертолёта.

немаловажное значение в ограничении скорости полета вертолета имеет хвостовой винт... как известно, он имеет крепление на оси вращения, по типу кардана с механизмом стабилизации винта в вертикальном положении за счет, тоже изменения углов установки лопастей наступающих и отступающих... пределы изменений этих углов ограничены конструктивно и находятся в максимально возможных значениях, предотвращающих срыв потока воздуха с лопастей хвостового винта и запредельных нагрузок на ось вращения хвостового винта...

По всей видимости, хвостовой винт, который держит корпус самолёта от раскручивания, расположен не по центральной продольной оси, а выше её как раз для того, чтобы компенсировать ещё и силу опрокидывания

Так там же специальный механизм для изменения наклона лопасти в зависимости от её радиального движения. В своё время был шокирован гением инженерной мысли, читая про этот механизм. Интересно было как вертолёт рулит в полёте. Шок-контентом была информация, что направление полёта меняется не хвостовым винтом. А теперь свежая информация о ещё одном нюансе и функции механизма вертолётного винта. Забыл как он называется. Большое спасибо за чрезвычайно интересный ролик!

Существует горизонтальный шарнир, на нем лопасти вращаются относительно втулки несущего винта. А чтобы не создавать крен, изменяется угол атаки лопасти. У наступающей выставляется заданный угол атаки, а на отступающей угол уменьшен. Этим управляет автомат перекоса.

У вертолета имеется автомат перекоса винта. Он и выравнивает векторы сил за счёт изменения в разных положениях угла атаки лопастей. Ещё векторы уравниваются из-за изгиба лопастей, благодаря специальной конструкции ламели.

Нет никакого опрокидывающего момента на вращающемся роторе винта вертолёта на большой горизонтальной скорости. Летящая вперёд лопасть просто сильнее наклоняется вверх на ШАРНИРЕ, тем самым создавая основную вертикальную проекцию на ось винта. Остальные силы на винте скомпенсированы, так как все лопасти шарнирно закреплены. Скорее возможен дрейф в бок, из-за наличия сдвигающей силы в сторону быстрее летящей лопасти. Но и это компенсируется сдвигом фазы максимального угла атаки на автомате перекоса в сторону направления полёта. То есть быстровращающаяся лопасть начинает реально тянуть весь вертолёт вперёд уже своей горизонтальной составляющей, а не только проекцией на вертикальную ось винта, наклоняемого в сторону полёта. Именно для борьбы с этими дрейфами и перекосами на скоростных вертолётах применяют соосную схему несущих винтов. Что до скоростных полётов, то на таких скоростях (выше 300км/ч) проще выдвинуть небольшие крылья и перестать напрягать несущий винт, переведя его лопасти в нейтральное положение и сбавив газ. Толкающий винт сзади избавляет от необходимости наклонять корпус вертолёта навстречу потоку на высокой скорости, что резко уменьшает лобовое сопротивление. Либо изначально надо делать несущий винт с СИЛЬНЫМ наклоном вертикальной оси винта вперёд, как на наших боевых Ми-24, приспособленных к высокоскоростному полёту изначально(ми-24 один из самых быстрых серийных вертолётов мира), как основному режиму работы. Кстати у Ми-24 весьма мощные крылья с большими предустановленными углами атаки, сильно помогающие ему в полёте на большой скорости, но требующие для своей работы горизонтальности корпуса в полёте.

Как я понимаю изменить угол атаки аппаратом перекоса. Тогда и будет компенсирована подъёмная сила. Ещё я тут видел комментарий, что можно поставить крыло, так вот на мой взгляд оно работать не будет так как на него будет действовать нисходящей поток воздуха от винта и соответственно не будет возникновения подъёмной силы.

Ответ: Надо изменять угол атаки лопасти при её вращении

Автомат перекоса. Изменяемый шаг винта. Поэтому дозвук важнее как ограничение. Но тут вспоминается т.н. саблевидные винты.

Автомат перекоса, управляющий углом атаки лопастей, относительно оси движения вертолёта.

Менять угол атаки наступающей и отступающей лопасти, к примеру.

Да, и теперь про Автожир не плохо было бы рассказать. Ведь это чудо вертосамолет))))

Эту проблему - повышение скорости решили Сикорский и Миль на конвертопланах поворотом несущих винтов - переводом их в тянущие возд. винты , т.е. конвертированием вертолёта в самолёт после взлета. Другое - автоматом перекоса, увеличивая угол установки на подветренной лопасти, что даёт увеличение угла атаки, но чуть меньше критического.

Сместить центр масс вбок, к наступающей лопости.

можно использовать вертолёты соосной схемы и снижать обороты роторов в набором скорости-таким образом преодолеть этот порог, при этои меняя форму лопасти как её длину, так ширину и шаг, но это всё конечно на практике

Если не ошибаюсь, у ми-24 ось главного ротора отклонена от вертикали на 2 градуса как раз для того, чтобы в полете дополнительно уравновешивать крен

Просто набегающая лопасть ставиться на Меньшую Атаку угла. А отходящая на Большой угол атаки с разницей больше чем набегающая. И это делает банально пилот руками подводит .

В соответствии с идеями ТРИЗ можно разбить несущий винт с большим градиентом на произвольное множество маленьких винтов, противонаправленных. Нечто подобное используется в мультикоптерах. Плюс к тому - можно организовать перераспределение потока из зоны высокого давления одних винтов в зону низкого давления других.

Разность в подъемной силе в разных частях вертолета можно компенсировать тем, что добавляется второй пропеллер, который вращается в обратную сторону

Решить жту проблему, скорее всего, помогает динамический угол атаки лопасти в зависимости от положения винта - о стороны 2V угол больше, со стороны - 4V меньше. На єту идею натолкнула странная конструкция лопастных креплений к оси ротора

Крен корпуса вертолета обеспечивает автомат перекоса лопастей,набегающая лопасть делается положе к ветру,а убегающая-круче.

У лопастей есть автомат перекоса. Вертикальные тяги увеличивают угол атаки убегающей лопасти, а у набегающей - уменьшают. У показанного Сикорского очень маленький диаметр несущих винтов и их скорость вращения значительно выше, чем у того же Ми-8, например. У которого с горем пополам 190 в минуту.

Гироскопический эффект в какой то мере тоже стабилизирует вертолет

Скорость вертолёта можно радикально ускорить, если двигаться с отрицательным тангажом. Тогда подъемная сила лопастей будет ещё и толкающей. Оптимально при тангаже -45'. При радикальном случае в -90' есть смысл использовать небольшие вертолётные крылья на оси, выставив их параллельно горизонта. Скорости при этом будут уже таковы, что для подъемной силы хватит даже их небольшой площади.

6:40 Ми-24 спроектирован "кривым", для компенсации опрокидывающего момента. Ещё его можно компенсировать крыльями и стабилизаторами - на вертолетах Сикорского (Си Стелион) хвостовой стабилизатор ассиметричный и причудливой формы. Ну и естественно момент частично можно компенсировать наклоном редуктора винта в нужную сторону или шарнирным поворотом лопастей.

Для этих целей придумали автомат перекоса. С помощью которого и просходит балансировка вертолёта в вертикальном положении. Если использовать двух винтовую схему как у вертолётов типа КА то автомат перекоса все равно нужен так как нужна регулировка подъёмной силы винтов и наклон вертолёта. А вот у квадрокоптеров без автомата перекоса можно обойтись.

Я бы дал ручку управления в сторону наступающей лопасти. Циклический шаг винта никто не отменял.

Спасибо за выпуск . В любом случае при достижении скорости звука у вертолета отвалятся лопасти . Другая аэродинамика .

Кроме разгона по горизонтали винт ещё удерживает сам аппарат в воздухе. Т.е. горизонтальная тяга меньше всей тяги винта. Для увеличения горизонтальной скорости придётся ещё увеличить наклон аппарата и обороты винта. Дополнительный толкающий винт отчасти снижает необходимость наклонять и разгонять основной.

Очевидно наклоняющий момент компенсируется в точности тем-же способом, которым осуществляется управление как таковое. На вертолете управление по осям в плоскости винта делается автоматом перекоса, по вертикальной оси - вертушкой приделанной сзади сбоку =) А интересно, есть ли смысл делать винт, концы которого будут рассчитаны на сверхзвуковой режим?

проблема несущего винта при увеличении скорости полета рассмотрена неполноценно... следует большее внимание уделить аэродинамике отступающей лопасти... на этой лопасти происходит сразу два явления... это срыв потока воздуха с лопасти из-за чрезмерного угла установки лопасти и соответственно из-за чрезмерного угла атаки лопасти. это происходит от того что для парирования кренения вертолета приходится увеличивать углы установки отступающей лопасти... но существует еще одна проблемка... зона обратного обтекания лопасти... размеры этой зоны могут приобретать сопоставимые с размерами самой лопасти при увеличении скорости полета... к тому же, эти факторы оказывают значительное влияние на маховые движения лопасти и на движения лопасти относительно вертикального шарнира, что приводит к запредельному уровню тряски вертолета... значительное увеличение углов установки лопастей отступающей лопасти влияет на реактивный момент несущего винта... соответственно увеличивается нагрузка на хвостовой винт, который должен парировать момент реактивный несущего винта... сам же хвостовой винт оказывается тоже в тяжелых условиях работы из-за возмущенного потока воздуха производимого несущим винтом... и, из-за предельных значений углов установки лопастей хвостового винта и соответственно предельных значений углов атаки лопастей хвостового винта... Ну, если, коротко, то, примерно, так....

Ось вращения хвостового винта устанавливают под углом относительно плоскости вращения несущего винта. Тем самым компенсируют кренящий момент.