Пилотирование вертолета

Глава IV НАБОР ВЫСОТЫ И ПОТОЛОК НАБОР ВЫСОТЫ

Как уже известно из предыдущей главы, набор высоты на вертолете можно производить двумя способами: с поступательной скоростью по пологой траектории я вертикально.

Набор высоты на вертолете преимущественно производится с поступательной скоростью, так как при таком наборе, помимо большей скороподъемности, проще и пилотирование вертолета вследствие его несколько лучшей устойчивости, чем при вертикальном наборе без поступательной скорости.

Ознакомимся подробнее с этими режимами полета. Рассмотрим график кривых потребной мощности для горизонтального полета вертолета и располагаемой мощности установленного на вертолете двигателя в зависимости от скорости полета (рис. 60).

Рис. 60. График располагаемой и потребной мощностей для горизонтального полета вертолета

Нижняя кривая показывает изменение потребных мощностей горизонтального полета вертолета в зависимости от его скорости. Необычный, несколько своеобразный характер этой кривой объясняется тем, что коэффициент полезного действия несущего винта вертолета при косой обдувке в поступательном полете значительно выше, чем при осевой обдувке на висении, вследствие резкого уменьшения индуктивных потерь. Возрастание потребной мощности горизонтального полета при дальнейшем увеличении скорости полета, несмотря на продолжающееся уменьшение индуктивных потерь, правда менее интенсивное, объясняется ростом профильного сопротивления, а главное — резким возрастанием вредного сопротивления вертолета. Такое интенсивное возрастание вредного сопротивления вертолета с ростом скорости полета объясняется увеличением наклона оси фюзеляжа к горизонту по мере увеличения скорости полета, что в свою очередь заметно увеличивает мидель фюзеляжа и ухудшает условия его обтекания (рис. 61).

Рис. 61. Изменение миделя фюзеляжа на большой скорости полета

Верхняя кривая дает представление об изменении располагаемой мощности на несущем винте вертолета в зависимости от скорости полета.

Располагаемая мощность на несущем винте отличается от располагаемой мощности двигателя, которая не зависит от скорости полета, на величину мощностей, затрачиваемых на «рулевой винт, охлаждение двигателя и трение в трансмиссии. Мощность, расходуемая на охлаждение двигателя, практически не зависит от скорости полета, а мощность, затрачиваемая на рулевой винт, на средних скоростях полета слегка уменьшается за счет увеличении его коэффициента полезного действия, а затем вновь начинает возрастать; по этой причине располагаемая мощность на несущем винте также слегка изменяется.

Как известно, в случае равенства потребной и располагаемой мощностей летательный аппарат способен выполнять горизонтальный полет.

Из графика видно, что располагаемая и потребная мощности вертолета равны в точке их пересечения (точка В).

Эта точка соответствует максимальной скорости горизонтального полета, так как при дальнейшем увеличении скорости потребная мощность становится больше располагаемой; следовательно, вертолет может продолжать полет на этой скорости только со снижением.

В точке А потребная мощность горизонтального полета (скорость полета здесь равна нулю) меньше располагаемой; следовательно, вертолет вследствие избытка мощности способен набирать высоту вертикально. Скороподъемность вертолета может быть определена по формуле

V_у = 75∙ΔN/G

где ΔN — избыток мощности;

G — полетный вес вертолета.

Из формулы видно, что чем больше ΔN, тем больше и V_у. Из графика следует, что с ростом скорости полета вертолета ΔN вначале растет до какой-то скорости (точка Б), а затем начинает уменьшаться и становится равным нулю в точке В.

Следовательно, максимальная скороподъемность вертолета будет при скорости полета, соответствующей точке Б, на номинальном режиме работы двигателя.

Точка Б с достаточной точностью может быть найдена путем проведения касательной, параллельной оси скоростей, к кривой потребных мощностей горизонтального полета данного вертолета.

Проследим последовательность действий летчика при наборе высоты с поступательной скоростью.

Выполнив взлет и разгон до скорости, несколько меньшей, чем наивыгоднейшая скорость набора высоты, небольшим плавным движением ручки управления на себя (движение ручки должно быть двойным) летчик, приподняв нос вертолета, переводит его в набор высоты.

В процессе взлета и разгона следует очень внимательно контролировать на слух плавность работы двигателя. При переводе вертолета в набор высоты необходимо по приборам контроля работы двигателя проверить наддув и обороты, а также давление масла, бензина и температуры головок цилиндров и масла. Если наддув и обороты двигателя соответствуют номинальному режиму и показания остальных приборов нормальны, можно продолжать набор высоты. В тех случаях, когда наддув двигателя или его обороты отличаются от номинальных, следует привести их к номинальным величинам.

Порядок действия при) этом должен быть следующим: 1) если обороты двигателя номинальные, а наддув меньше номинального, следует, не поворачивая рукоятки коррекции газа, немного поднять рычаг «шаг-газ» вверх; 2) если наддув номинальный, а обороты больше или меньше номинальных, следует при излишних оборотах, повернув рукоятку коррекции газа в сторону уменьшения газа, убавить обороты до номинальных; при меньших оборотах следует, повернув рукоятку коррекции в сторону увеличения газа, увеличить обороты до номинальных. В обоих случаях при изменении наддува двигателя вследствие поворота рукоятки коррекции нужно довести его до номинального значения соответствующим перемещением рычага «шаг-газ».

Как уже говорилось ранее, выдерживание наивыгоднейшей скорости набора высоты, так же как и на самолете, облегчается в том случае, если летчик запоминает положение фюзеляжа вертолета в пространстве при этом режиме полета, ориентируясь по положению линии естественного горизонта на переднем стекле кабины летчика.

Следует отметить, что запоминание положения фюзеляжа любого летательного аппарата — вертолета, самолета или планера — на любом режиме полета практикуется всеми летчиками в визуальных полетах (при видимости горизонта и земной поверхности).

Четкое представление о положении летательного аппарата относительно естественного горизонта на всех режимах полета не только значительно упрощает его пилотирование, но и является необходимым условием выполнения полета в случае отказа указателя скорости или приборов контроля работы двигателя.

Так как на рассматриваемом одновинтовом вертолете установлен высотный двигатель, то обороты двигателя, а следовательно, и несущего винта по мере набора высоты при неизменном положении рычага «шаг-газ» и рукоятки коррекции начинают возрастать. Разберем это явление подробнее.

Высотным называется такой двигатель, мощность которого сохраняется до известной высоты. У обычного невысотного двигателя по мере набора высоты мощность все время уменьшается вследствие уменьшения с высотой плотности воздуха (рис. 62).

Рис. 62. График изменения мощности двигателя в зависимости от высоты полета

Для сохранении мощности двигателя на высоте его снабжают специальным нагнетателем воздуха, который обеспечивает нормальное давление воздуха на входе в двигатель до заданной высоты.

Нагнетатель, установленный на двигателе, снабжается автоматически работающим регулятором постоянного давления (РПД) воздуха на выходе его из нагнетателя.

Это необходимо для того, чтобы у земли, где воздуха достаточно и без нагнетателя, двигатель не имел «перенаддува», т. е. чтобы в двигатель не подавался воздух с чрезмерно большим избыточным давлением. «Перенаддув» опасен для двигателя вследствие возрастания его мощности.

Изменение мощности двигателя в зависимости от высоты показано на рис. 62. Из графика видно, что мощность высотного двигателя с увеличением высоты не только сохраняется неизменной, но даже слепка возрастает. Происходит это потому, что с увеличением высоты уменьшается противодавление на выхлопе двигателя и понижается температура окружающего воздуха при неизменном давлении его на всасывании.

Высота, на которой мощность двигателя достигает максимума, называется границей высотности двигателя, или расчетной высотой.

Здесь уместно упомянуть, что форсирование двигателя на взлете производится за счет отключения РПД и принудительного открытия дроссельной заслонки карбюратора. При взлете с высокогорной площадки, имеющей высоту, близкую к границе высотности двигателя, нельзя поэтому получить форсированную мощность двигателя, так как в этом случае заслонка карбюратора уже на номинальной мощности открыта полностью.

При взлете с высокогорных площадок, лежащих на высотах ниже границы высотности двигателя, использование его форсированной мощности возможно, но увеличение мощности при этом будет значительно меньше, чем на уровне моря.

Возрастание мощности высотного двигателя с набором высоты при одновременном падении плотности окружающего воздуха, вследствие чего несущий винт становится «легче», т. е. испытывает меньшее сопротивление, приводит к увеличению оборотов. Набор высоты на повышенных оборотах нежелателен, так как при этом повышается износ двигателя, сокращается срок его службы и значительно ухудшается коэффициент полезного действия несущего винта.

Поддержание постоянных оборотов двигателя при наборе высоты загружает внимание летчика и отвлекает его от пилотирования.

Для обеспечения пилотирования вертолета при наборе высоты и обеспечения нормальной скороподъемности может быть рекомендован следующий способ сохранения средних номинальных оборотов двигателя.

Выполнив взлет и переведя вертолет в набор высоты, следует сразу же установить обороты двигателя на 30–50 в минуту менее номинальных при номинальном наддуве. Когда вертолет наберет высоту, на которой обороты двигателя возрастут и превысят номинальные на 30–50 в минуту, следует, расстопорив рычаг «шаг-газ», поднять его вверх до получения оборотов на 30–50 в минуту менее номинальных и зафиксировать его в этом положении. При повторном возрастании оборотов двигателя следует опять увеличить шаг и проделывать это до расчетной высоты двигателя. Перестановка рычага «шаг-газ» при этом производится примерно через 1000 м высоты. При наборе высоты выше границы высотности двигателя рычаг «шаг-газ» должен оставаться в неизменном положении, так как обороты двигателя при дальнейшем наборе высоты возрастать уже не будут вследствие падения мощности. Высота, на которой начнется падение наддува, и будет границей высотности двигателя. Кривые изменения наддува двигателя и скороподъемности вертолета при этом способе показаны на рис. 63.

Рис. 63. График изменения наддува и оборотов двигателя и скороподъемности при наборе высоты

Следует остановиться еще на одной особенности пилотирования вертолета при наборе высоты.

Наивыгоднейшая скорость набора высоты неодинакова для различных высот. На вертолете с высотным двигателем наивыгоднейшая приборная скорость должна сохраняться неизменной до границы высотности двигателя. При дальнейшем наборе высоты ее следует уменьшать на 10 км/час на каждую 1000 м. Уменьшать скорость надо плавно в течение всего времени набора высоты выше границы высотности.

Истинная наивыгоднейшая скорость набора высоты несколько отличается от приборной, так как на вертолете установлен обычный указатель скорости, не дающий показаний истинной скорости. На рис. 64 приведен график изменения приборной и истинной наивыгоднейших скоростей набора высоты, из которого видно, что истинная наивыгоднейшая скорость набора высоты все время плавно увеличивается, а выше границы высотности начинает понемногу уменьшаться.

Рис. 64. График изменения приборной и истинной скоростей набора высоты в зависимости от высоты полета

Точное выдерживание приборной наивыгоднейшей скорости по графику обеспечивает максимальную скороподъемность вертолета.

Говоря о наборе высоты на вертолете, мы все время имели в виду набор высоты с поступательной скоростью, т. е. под углом к горизонту. Такой вид набора высоты является основным для всех вертолетов, так как в случае набора высоты с поступательной скоростью скороподъемность любого вертолета в 1,5–2 раза больше, чем при вертикальном наборе.

Способность вертолета при необходимости производить набор высоты вертикально является важным преимуществом этого летательного аппарата.

Необходимо лишь иметь в виду, что вертикальный набор высоты на вертолете можно производить от земли до 10 м и от 150 м до статического потолка.

Следует избегать набора высоты по вертикали в диапазоне высот 10—150 м, так как в случае отказа двигателя в пределах этих высот не обеспечена безопасная посадка на режиме самовращения несущего винта. На этом вопросе подробнее остановимся в главе VI (раздел «Самовращение несущего винта. Опасная зона»).

В обычных условиях набор высоты по вертикали, как правило, не производится вследствие худшей устойчивости вертолета на этом режиме полета и значительно меньшей скороподъемности.

Вертикальные взлеты с последующим набором высоты без поступательной скорости производятся лишь в особых случаях, например при взлете с площадки, ограниченной очень высокими препятствиями, из ущелья в горах; конечно, в этом случае опасная зона 10—150 м может быть пройдена только вертикально, что хотя и рискованно, но оправдано обстановкой.

Для всякого самолета понятие о потолке совершенно ясно и определенно — это максимальная высота, которую может набрать данный самолет. Для вертолета существуют три понятия о потолке.

Первое понятие «статический потолок» — это наибольшая высота, которую может достигнуть вертолет при наборе высоты вертикально, без поступательной скорости.

Более точно понятие «статический потолок» можно сформулировать так: это наибольшая высота, на которой вертолет может выполнять висение, т. е. полет без поступательной скорости.

В чем же разница между первой и второй формулировками статического потолка?

Вернемся опять к потолку самолета.

У самолета, набирающего высоту, по мере приближений к потолку все время уменьшается скороподъемность, а пока она еще есть, самолет может набирать высоту.

Высота, которую сможет набрать самолет к тому моменту, когда его скороподъемность станет (равной нулю, будет называться теоретическим потолком самолета, так как достигнуть его практически невозможно. Практическим потолком самолета принято называть высоту, котирую может набрать самолет к тому времени, когда его вертикальная скороподъемность уменьшится до 0,5 м/сек.

Если на вертолете начать набирать высоту по вертикали, то в этом случае, так же как и на самолете, можно будет достигнуть только практического статического потолка, так как теоретический статический потолок будет недосягаем.

Но в отличие от самолета на вертолете можно достигнуть статического потолка, подойдя к нему сверху — с поступательного полета, так как статический потолок в 2–3 раза меньше динамического потолка для данного вертолета.

Таким образом, можно утверждать, что на вертолете всегда можно достигнуть теоретической величины статического потолка. Поэтому целесообразно оставить лишь одно понятие — «статический потолок», исключив термины «теоретический» и «практический».

Вторым понятием о потолке для вертолета является «динамический потолок». Практическим динамическим потолком вертолета называется наибольшая высота, которую может набрать данный вертолет, совершая набор высоты по наклонной траектории, к тому времени, когда его скороподъемность упадет до 0,5 м/сек. Теоретического динамического потолка вертолет достигнуть не может (рис. 65).

Рис. 65. График скоростей набора высоты вертикально и с поступательной скоростью

Набор высоты по наклонной траектории на вертолете следует выполнять на скорости, соответствующей максимальной скороподъемности. Для рассматриваемого типа вертолета эта скорость близка к экономической скорости, при которой избыток мощности является наибольшим.

Следует иметь в виду, что полет на высоте, большей статического потолка для данного вертолета, может совершаться только с поступательной скоростью.

На рис. 66 показано, как с увеличением высоты изменяются кривые располагаемых и потребных мощностей для вертолета с высотным двигателем.

Рис. 66. График изменения располагаемой и потребной мощностей в зависимости от высоты полета

Из графика видно, что располагаемая мощность двигателя до расчетной высоты слегка увеличивается, а затем начинает уменьшаться; потребная же мощность лая горизонтального полета все время увеличивается. Поэтому с увеличением высоты полета уменьшается не только разница между располагаемой и потребной мощностями, но и диапазон скоростей, на которых имеется избыток мощности.

Следовательно, минимальная скорость горизонтального полета у вертолета с увеличением высоты до статического потолка будет равна нулю; далее она начнет все время увеличиваться; максимальная скорость горизонтального полета до расчетной высоты двигателя будет все время возрастать, а затем начнет уменьшаться.

На динамическом потолке, где нет избытка мощности, т. е. располагаемая и потребная мощности равны между собой, полет возможен только на экономической скорости (рис. 67).

Рис. 67. График изменения минимальных и максимальных скоростей полета вертолета в зависимости от высоты полета:

_{а — зимой; б — летом}

Совершая полет на динамический потолок, летчик легко может проверить, достиг ли он потолка, плавно изменяя скорость полета в сторону ее увеличения или уменьшения; на динамическом потолке в обоих случаях при изменении скорости вертолет начнет снижаться.

Выполнение полета до потолка — один из наиболее напряженных режимов полета вертолета. Длительная работа двигателя на номинальной мощности требует от летчика тщательного и непрерывного контроля как за выдерживанием этого режима, так и за сохранением нормальных температурных режимов двигателя.

Кроме того, с увеличением высоты полета усложняется и пилотирование вертолета. Так, например, при полете на статический потолок без поступательной скорости по мере подхода вертолета к потолку увеличивается отклонение правой педали вперед, так как реактивный момент несущего винта в это время имеет максимальную величину, а эффективность рулевого винта заметно уменьшается вследствие уменьшения плотности воздуха на высоте. Это требует от летчика особо тщательно удерживать вертолет от разворота влево; если будет допущено вращение вертолета влево, удержать его от разворота уже не удастся.

Следует также помнить, что плохая устойчивость вертолета при полете без поступательной скорости сильнее проявляется вблизи статического потолка вследствие ухудшения управляемости на высоте.

При полете на динамический потолок вследствие еще большего уменьшения плотности окружающего воздуха заметно ухудшаются устойчивость и управляемость вертолета по всем трем осям.

Пилотируя вертолет вблизи динамического потолка, летчик ощущает, что вертолет стал более неустойчивым и хуже реагирует на отклонения органов управления. Поэтому пилотирование вертолета вблизи потолка и на потолке требует от летчика особо внимательного контроля за его поведением и своевременных действий органами управления при попытках вертолета изменить режим полета.

Третьим понятием о потолке является «статический потолок с учетом влияния земли». Как известно, вертолет не может выполнять висение на высоте, превышающей статический потолок. Однако вертолет допускает вертикальные взлеты и посадки с горных площадок, находящихся на высоте большей, чем статический потолок, вследствие увеличения тяги несущего винта за счет «воздушной подушки». Влияние земли расширяет технические возможности вертолета, позволяя ему производить висение вблизи земли выше статического потолка.

Таким образом, статическим потолком с учетом влияния земли называется высота площадки над уровнем моря, над которой данный вертолет еще может производить висение, используя эффект «воздушной подушки».