Вираж и спираль

Вираж — это полет вертолета в горизонтальной плоскости по замкнутой окружности с постоянным креном и поступатель­ной скоростью без скольжения. Разворот как часть виража или спирали встречается в каждом полете.

Виражи и развороты в визуальном полете разрешается вы­полнять при взлетной массе 11 100 кг и менее на скорости 80— 200 км/ч с креном до 30°, при массе вертолета более 11 100 кг— с креном до 20° на скоростях 100—180 км/ч. На высотах до 50 м над рельефом местности допускается угол крена, по величине численно равный высоте полета, но не более указанных выше. В учебных целях виражи рекомендуется выполнять на скорости 160 км/ч.

Перед вводом в вираж необходимо проверить соответствие режима полета заданному и снять нагрузку с ручки управ­ления.

Рисунок 19. Схема сил, действующих на вертолет при выполнении правильного виража.

Как видно из рис. 19, силой, искривляющей траекторию движения, является горизонтальная составляющая Y₂ подъем­ной силы на вираже. Под подъемной силой на вираже Y по­нимается составляющая сила тяги несущего винта, направлен­ная перпендикулярно к траектории движения вертолета и ле­жащая в плоскости его симметрии.

Величина горизонтальной составляющей Y₂ при постоянной силе тяжести вертолета зависит от угла крена γ т. е. Y₂=Ytgγ.

При установившемся вираже условием сохранения постоян­ной скорости по траектории будет равенство сил Р и Q_вр. Сох­ранение постоянной высоты обеспечивается равенством сил ) Y₁ и G. Из этого следует, что на вираже сила тяжести верто­лета уравновешивается только частью подъемной силы, ее вертикальной составляющей Y₁. Другая ее часть, горизонталь­ная составляющая Y₂, искривляет траекторию движения. Сле­довательно, подъемная сила на вираже Y всегда больше си­лы тяжести вертолета G.

Отношение подъемной силы к силе тяжести вертолета ха­рактеризует величину перегрузки в полете:

Перегрузка на вираже всегда больше единицы. Имея в ви­ду, что величина подъемной силы:

после подстановки получим:

Как следует из формулы, перегрузка на вираже зависит от угла крена: чем больше крен, тем больше перегрузка.

Наличие перегрузки означает, что на все элементы, и преж­де всего на лопасти несущего винта, действуют повышенные нагрузки. Так, при крене 30° перегрузка равна 1,16.

Из рис. 19 следует, что для ввода вертолета в вираж (раз­ворот) необходимо тягу несущего винта отклонить в сторону разворота. Возникшая при этом неуравновешенная сила Y₂ вызывает искривление траектории движения. При выполнении правильного виража продольная ось вертолета должна совпа­дать с вектором скорости его движения. Это достигается от­клонением педали в сторону виража на соответствующую ве­личину. Таким образом, ввод и выполнение виража произво­дятся координированным отклонением ручки управления и пе­дали.

Сохранению координации следует придавать особо важное значение. Внутреннее или внешнее скольжение всегда приводит к увеличению нагрузок на хвостовую балку и неблагоприятно сказывается на всей конструкции вертолета.

При вводе в вираж нарушается балансировка вертолета. Так, на правом вираже у вертолета появляется тенденция к увеличению угла тангажа и уменьшению скорости, к снижению и увеличению крена.

Увеличение угла тангажа происходит в основном за счет мощного гироскопического момента Мгир. Действие этого мо­мента проявляется только в процессе выполнения разворота с креном. При увеличении угла тангажа отклоняется назад тяга несущего винта Т, что приводит к уменьшению ее составляю­щей Р. Уменьшение силы Р вызывает еще большее увеличе­ние угла тангажа, так как пикирующий момент от нее умень­шается. Кроме того, сила Р уменьшается в результате увеличения завала конуса вращения несущего винта на вираже из-за возрастания маховых движений лопастей. Увеличению угла тангажа способствует также рост кабрирующего момента от рулевого винта вследствие увеличения установочных углов его лопастей при отклонении правой педали. Увеличение угла тангажа и уменьшение горизонтальной составляющей тяги несущего винта являются причиной уменьшения скорости полета.

Тенденция к снижению вертолета появляется по следующим причинам. Во-первых, при наклоне силы тяги несущего винта для получения неуравновешенной силы Кг, искривляющей траекторию движения, сила Yx становится меньше силы тяжести вертолета. Во-вторых, уменьшается располагаемая мощность, затрачиваемая на вращение несущего винта, так как при отклонении правой педали установочные углы и, следовательно, момент сопротивления рулевого винта, а также потребная мощность для его вращения увеличиваются, что соответственно уменьшает мощность, затрачиваемую на вращение несущего винта.

Причиной увеличения крена является усиление маховых движений лопастей и увеличение в результате этого завала конуса вращения несущего винта назад и вправо. Объясняется это тем, что на правом вираже увеличивается суммарная скорость обтекания лопастей в азимуте 90°.

Таким образом, при вводе вертолета в правый вираж одновременно с координированным отклонением ручки и педали в сторону виража необходимо для сохранения угла тангажа, скорости и высоты ручку управления отклонить также от себя. Кроме того, следует увеличивать мощность двигателей, а в процессе виража отклонением ручки управления в противоположную виражу сторону удерживать постоянный угол крена.

При вводе в левый вираж у вертолета появляется тенденция к уменьшению угла тангажа и увеличению скорости, к набору высоты и уменьшению крена. Направление действия гироскопического момента в этом случае становится противоположным тому, которое было при вводе в правый вираж, сила Р увеличивается, а кабрирующий момент от рулевого винта при отклонении левой педали уменьшается. Это приводит к уменьшению угла тангажа и, как следствие, к росту скорости и снижению вертолета.

Причиной снижения вертолета, кроме того, является уменьшение силы Y₁ при вводе в вираж. Однако при отклонении левой педали происходит уменьшение установочных углов лопастей рулевого винта, а значит, момента сопротивления и мощности, потребной для его вращения. Соответственно увеличивается мощность, идущая на несущий винт, растет его тяга, а следовательно, увеличивается сила Y₁. Практически на левом вираже с креном 15° за счет использования на несущем винте той мощности, которая при отклонении левой педали освободилась с рулевого винта, подъемная сила Y увеличивается настолько, что ее вертикальная составляющая Y, остается равной силе тяжести вертолета. Поэтому необходимости в увеличении мощности двигателей при вводе в левый вираж нет.

В процесс левого виража вследствие сложения вращательного движения несущего винта и движения вертолета относительно центра виража увеличивается зона обратного обтекания и соответственно уменьшается суммарная скорость обтекания лопастей в азимуте 270°. В результате вертолет стремится выйти из крена.

Таким образом, при вводе в левый вираж одновременно с координированным отклонением ручки управления и педали в сторону виража необходимо для сохранения постоянного угла тангажа ручку управления отклонять несколько на себя. В процессе виража отклонением ручки управления в сторону виража следует удерживать постоянный крен.

Однако, как указывалось выше, это справедливо только для виражей с креном до 15°. Если же угол крена будет больше 15°, то на левом вираже необходимо увеличивать подводимую к несущему винту мощность отклонением рычага ШАГ-ГАЗ вверх настолько, чтобы обеспечить равенство силы Y₁ силе тяжести вертолета G.

В процессе виража заданная скорость сохраняется отклонением ручки управления в продольном направлении, а координация — соответствующими отклонениями педалей и ручки управления. При этом не следует забывать, что изменение угла тангажа всегда влечет за собой изменение скорости. На точность выдерживания скорости заметное влияние оказывает сохранение заданного угла крена, так как непостоянство крена приводит к изменению силы Р и соответственно скорости полета. Для облегчения сохранения заданных углов тангажа и крена рекомендуется после ввода в вираж запомнить положение остекления кабины относительно естественного горизонта (при заданном крене по авиагоризонту) и соответствующими отклонениями рычагов управления сохранять это положение постоянным, периодически контролируя скорость по указателю скорости, а величину крена и координацию — по авиагоризонту и указателю скольжения.

Вывод из виража рекомендуется начинать за 10—15° до намеченного ориентира или заданного направления по указателю УГР-4УК. Вывод производится плавными координированными отклонениями ручки управления и педалей. Мощность двигателей уменьшается при этом до значения, соответствующего режиму горизонтального полета.

Маневренные возможности вертолета характеризуются такими параметрами, как радиус и время виража. Радиус виража определяется по формуле

Из формулы видно, что радиус виража прямо пропорционален квадрату скорости и обратно пропорционален углу крена. Время виража можно подсчитать по формуле

Таким образом, время виража увеличивается с увеличением скорости и уменьшается с увеличением крена.

Спиралью называется полет вертолета по винтовой траектории с заданным креном на постоянной скорости с потерей или набором высоты. Спираль с набором высоты называется восходящей, с потерей высоты — нисходящей. Нисходящая спираль представляет собой сочетание виража и планирования, поэтому для спирали характерны те же явления, что для виража и планирования. При вводе в спираль и выводе из нее необходимо следить, чтобы не было уменьшения или увеличения угла планирования, а следовательно, и скорости полета. Спираль в учебных целях рекомендуется выполнять на скорости 150 км/ч с вертикальной скоростью 2—3 м/с и креном 15°.