Автомат перекоса — механизм для управления несущим винтом вертолётов, автожиров и конвертопланов^[1]. Автомат перекоса обеспечивает управление вертикальным перемещением вертолёта, а также его наклоном по крену и тангажу; для этого автомат периодически изменяет угол установки каждой лопасти винта в зависимости от того, где лопасть оказывается в определённый момент времени в ходе вращения винта как целого.

Принцип работы

Каждая из лопастей несущего винта, по сути, представляет собой небольшое крыло, создающее подъёмную силу за счёт набегающего потока воздуха. При этом действующая на лопасть подъёмная сила зависит от ряда факторов, в том числе от скорости движения лопасти относительно воздуха, а также её установочного угла, то есть угла между хордой лопасти и плоскостью вращения винта. Чем больше этот угол, тем большую подъёмную силу обеспечивает лопасть несущего винта.

В большинстве конструкций обороты несущего винта стараются поддерживать постоянными. В этом случае единственной переменной величиной остаётся установочный угол лопастей. При его одновременном увеличении для всех лопастей (то есть увеличении общего шага винта) суммарно развиваемая ими подъёмная сила увеличивается, а при уменьшении — соответственно уменьшается, что обеспечивает управление движением по вертикали: когда тяга несущего винта превышает действующую на летательный аппарат силу тяжести, он увлекается вверх, и наоборот.

Наклон вертолёта вперёд или назад (по тангажу) и вбок (по крену) достигается созданием разницы подъёмных сил, развиваемых лопастями несущего винта при его вращении, в зависимости от того, где находится лопасть в каждый момент времени. Так, например, для наклона вертолета вперёд лопасти несущего винта увеличивают свой установочный угол, проходя над задней частью вертолёта, и уменьшают над передней, что приводит к соответствующему изменению их подъёмных сил. Их разность создаёт момент, заставляющий вертолёт наклоняться вперёд.

Подъёмная сила несущего винта приложена к его втулке и в общем случае может быть рассмотрена как перпендикулярная его плоскости. При наклоне вертолёта в какую-либо сторону эта сила перестаёт быть строго вертикальной, в результате чего возникает противодействующий наклону момент сил «подъёмная сила — сила тяжести» (последняя приложена к центру тяжести вертолёта и направлена вертикально вниз); наклон прекратится, когда два упомянутых момента взаимно скомпенсируют друг друга. Помимо этого, при наклоне подъёмная сила приобретает горизонтальную составляющую в этом направлении, что используется для управления горизонтальным движением вертолёта.

Описанный выше момент аэродинамических сил, действующий на вращающийся винт, в силу гироскопического эффекта создаёт дополнительный прецессионный момент, приводящий к дополнительному наклону винта в направлении, перпендикулярном первоначальному. Для компенсации этого и прочих возмущений, в том числе связанных с перемещениями лопастей в соединяющих их со втулкой винта шарнирах, в работу автомата перекоса вводят дополнительные поправки^[2][3][4][5].

Устройство

В вертолетостроении применяются две конструктивных схемы автомата перекоса: Юрьева и Сикорского. Несмотря на кажущееся отличие по внешнему виду и кинематической схеме, принцип действия обеих конструктивных схем одинаков. Циклический шаг каждой лопасти зависит от наклона тарелки автомата перекоса, а общий шаг винта регулируется перемещением тарелки автомата перекоса вдоль оси вращения. Автомат перекоса Сикорского легко отличить от автомата перекоса Юрьева по внешнему виду: конструкция Сикорского содержит небольшие дополнительные серволопасти, а у юрьевского автомата перекоса их нет.

Угол установки каждой лопасти управляется через тягу. Эти тяги идут от плоскости вращения лопастей вниз, где крепятся к вращающемуся кольцу автомата перекоса (внутренняя тарелка), который вращается вместе с лопастями, но в плоскости, управляемой невращающимся кольцом. При отклонении плоскости этих колец относительно плоскости вращения винта вертолёта, угол установки каждой лопасти, в процессе своего кругового движения, меняется тягами, подсоединёнными к внутреннему кольцу. Кольца могут быть скреплены между собой осевым подшипником, внутреннее кольцо закреплено на оси ротора с помощью сферического подшипника. Внешнее кольцо заблокировано от прокручивания, и установлено в рамки для управления продольным и боковым отклонением плоскости тарелки.

Общий шаг несущего винта обычно регулируется через перемещение внутреннего кольца^[6] вдоль вала. Таким образом, тяги смещают шарниры крепления с лопастями и меняют угол установки каждой лопасти на одинаковое^[7] значение.

История

Из истории советского и российского вертолётостроения известно, что автомат перекоса изобрёл^[8] русский учёный Б. Н. Юрьев в 1911 г., проложив тем самым дорогу для развития вертолётов, так как первые модели без автомата перекоса были способны только к существенно неустойчивому полёту^[9].

Примечания

1. [1] (конвертоплан Bell V-22 Osprey)
2. Джонсон У. (_W.Йохнсон_) Теория вертолетов, том 2 (Мир, 1983)(ру)(Т)(529с)
3. Приложение 1. Принцип работы автомата перекоса
4. Rmodels.ru: Статьи: Радиоуправляемые вертолеты: Поговорим о теории
5. У НАС В ГОСТЯХ ЖУРНАЛ «ХОББИ ДЛЯ ВСЕХ». МЫ — ПИЛОТЫ ВЕРТОЛЕТОВ! | № 11, 2006 год | Журнал «Наука и жизнь»
6. ↑ Например, вместе с автоматом перекоса
7. ↑ В первом приближении
8. ↑ Данное устройство не было им запатентовано
9. Principles of Helicopter Aerodynamics. — New York: Cambridge University Press, 2002. — P. 13. — 536 p.