Существуют ли полноразмерные вертолеты, способные поддерживать перевернутый полет?

Задний план

Я энтузиаст модельной авиации, и мне очень нравится видеть, как далеко люди могут раздвинуть границы высшего пилотажа. Модели самолетов способны раздвинуть границы далеко за пределы полного масштаба из-за их небольшого размера. Я понимаю, что это возможно только потому, что модели маленькие*, поэтому они могут выдерживать силы, которые убили бы любого человека, находящегося в пилотируемом корабле. Кроме того, модели самолетов обычно имеют меньшую мощность по сравнению с полноразмерными самолетами.

Например, у меня нет модели самолета, которая не способна набирать высоту на 30 градусов, а пилотажные модели довольно часто имеют отношение тяги к весу, превышающее 1,5: 1 или даже 2: 1.

Вопрос

Когда я впервые увидел, на что способны модели вертолетов, я был поражен. Увидев также полноценный пилотаж вертолета ( демонстрация Red Bull ), мне стало интересно, на что способны полномасштабные вертолеты.

В демонстрации Red Bull казалось, что вертолет может использовать какой-то отрицательный (или, по крайней мере, нейтральный) коллектив во время качения, однако оказалось, что его недостаточно, чтобы выдержать перевернутое зависание или перевернутый полет. Это заставило меня задуматься: существует ли полномасштабный вертолет, способный поддерживать перевернутый полет или перевернутое зависание (которое требует еще большей мощности)? Если нет, можно ли специально построить вертолет, который был бы способен на это?

Запись

Меня просто интересует техническая возможность создания машины, способной на этот маневр. В рамках этого вопроса, пожалуйста, игнорируйте нормативные, юридические и экономические препятствия, которые необходимо преодолеть, чтобы попытаться совершить такой подвиг (не говоря уже о поиске пилота, желающего попробовать).

Кроме того, я спрашиваю только о полномасштабном перевернутом полете. Я понимаю, что физика очень быстро мешает, если кто-то попытается спроектировать полномасштабный вертолет, способный выполнять все модели высшего пилотажа.

* некоторые модели самолетов и вертолетов могут иметь масштаб более 35%, но это все равно мало по сравнению с полноразмерными самолетами.

Я полагаю, что AH-64 может вращаться на 360° без движения вперед, теряя при этом высоту. Либо я видел это, либо иллюзия. Однако я не могу найти никаких доказательств на Youtube. Я бы хотел, чтобы кто-нибудь либо поправил меня, либо опубликовал видеодоказательства, мне было интересно, что я видел в течение многих лет.
Имейте в виду, что дизайн не масштабируется с той же силой, что и его линейный размер. Дело не только в убийстве оккупантов. Не говоря уже об акробатических трюках, точно увеличенная модель самолета, вероятно, разорвется на части при самой скучной попытке полета.

Ответы (1)

Не существует настоящего вертолета, способного к устойчивому полету в перевернутом положении и уж точно не к зависанию в перевернутом положении.

По той простой причине, что в этом нет никакой оперативной необходимости.

Это теоретически возможно? Да, но у вас есть много инженерных проблем, которые нужно решить. Помимо перевернутых топливной и масляной систем, головка несущего винта будет намного сложнее, чем нужно.

При обычном полете фюзеляж фактически висит как маятник под ротором с большой гайкой (хорошо, это сложнее), удерживающей ротор на втулке вала ротора. Ротор тянет фюзеляж вверх.

Чтобы летать в перевернутом положении, ротор должен быть в состоянии подтолкнуть фюзеляж вверх, поэтому ступица должна быть спроектирована так, чтобы прикладывать и выдерживать соответствующие силы в обоих направлениях.

Затем манжеты вращающихся лопастей и связанные с ними шарниры должны быть сконструированы таким образом, чтобы лопасти могли иметь отрицательный шаг (если смотреть из нормального положения) во всем диапазоне. В свою очередь, это означает, что коллективный механизм должен быть сконструирован так, чтобы можно было устанавливать как положительную, так и отрицательную высоту звука по мере необходимости.

Лопасти также должны быть более жесткими, чтобы они не слишком сужались и не касались фюзеляжа. Это добавит больше сил к головным суставам, которые необходимо укрепить.

Наконец, вы должны «реверсировать» циклические элементы управления, чтобы ожидаемое коллективное давление циклически возвращалось назад; нос вверх; снизить скорость; работает в обратном смысле.

Возможно, я не учел другие факторы.

Все это добавило бы значительной сложности и веса, чего, учитывая отсутствие требований к перевернутому полету, не произойдет.

Кстати, мощность, необходимая для полета или зависания в перевернутом положении, будет такой же, как и для обычного полета. Нет внутренней причины, по которой для перевернутого полета потребуется больше мощности - лопасти, вращающиеся с определенной скоростью и с определенным углом атаки, будут генерировать одинаковую подъемную силу независимо от того, в какую сторону они направлены.

Причина, по которой модели вертолетов могут это делать, заключается в том, что отношение веса несущего винта к весу фюзеляжа намного ниже, чем у реального вертолета, и, следовательно, требуется гораздо меньшая мощность для создания требуемой подъемной силы, а модели имеют гораздо большую более высокое отношение мощности к весу.

Причина, по которой настоящие вертолеты могут на короткое время переворачиваться при выполнении фигур высшего пилотажа, заключается в том, что инерция фюзеляжа отталкивается от несущего винта, так что вектор подъемной силы, направленный вверх, к фюзеляжу, противодействует. Рассмотрим внешнюю петлю, которая была бы невозможна, поскольку импульс фюзеляжа и вектор подъемной силы объединялись бы.

Вы должны быть в состоянии продемонстрировать это на модели с жесткой головкой обычной конструкции. Добавьте немного (безопасного) балласта в фюзеляж, пока вы не должны будете ускоряться в условиях эффекта земли, чтобы получить поступательную подъемную силу, чтобы иметь возможность выбраться наружу. Теперь попробуйте летать перевернутым!

Примерно так я и думал. Отсутствие необходимости в сочетании с дополнительными техническими требованиями означают, что этого просто не произойдет.
Что касается вашей точки зрения на мощность, я был бы прав, если бы предположил, что лопасти имеют симметричный аэродинамический профиль, если они производят одинаковую положительную или отрицательную «подъемную силу» для данного угла атаки?
@ jdkorv11 Не обязательно, хотя многие лезвия симметричны. Если нет, все, что вам нужно сделать, это увеличить угол атаки. Помните, что мощность необходима для преодоления сопротивления, которое зависит от создаваемой подъемной силы. Чтобы создать одинаковую подъемную силу от любого аэродинамического профиля, требуется одинаковое количество энергии, независимо от того, куда направлен вектор подъемной силы. Представьте неподвижный клинок. Вы можете сделать угол атаки (тангаж) каким угодно без какой-либо мощности, поскольку нет скорости = нет подъемной силы = нет сопротивления.
Спасибо за разъяснение. Я исходил из предположения, что ротор вращается и на него подается мощность, необходимая для поддержания полета. Я должен был это заявить. Кроме того, вертолеты обычно способны обеспечить какой-то негативный коллектив? Я бы так догадался, но это всего лишь предположение.
@ jdkorv11 Насколько я знаю, нет. Все типы, на которых я летал, имеют небольшой положительный шаг, когда коллектив полностью опущен, чтобы контролировать обороты ротора на авторотации. Способность генерировать отрицательный шаг без более прочной головки и более жестких лопастей, о которых я упоминаю в ответе, повысит вероятность удара несущего винта.
Спасибо за понимание. Хотя я довольно хорошо разбираюсь в моделях, я не знаю о проблемах, с которыми сталкиваются полномасштабные вертолеты. Например, моделям обычно не нужно беспокоиться о ударах ротора, поэтому я никогда раньше не думал об этом как о проблемах. Кроме того, пилотажные модели часто допускают столько же отрицательного, сколько и положительного, поэтому я задавался вопросом о полном масштабе.
@ jdkorv11 Не за что.
Аргумент маятника не работает. В маятнике сила на шарнире всегда должна быть направлена ​​вверх, но подъемник наклоняется вместе с ротором, а тот наклоняется вместе с фюзеляжем. Вертолет нестабилен, и более высокий или более низкий ЦТ не меняет его (так же, как он не меняет устойчивость к крену в самолетах с неподвижным крылом).
Я чувствую, что часть о том, что «Гравитация будет пытаться тянуть фюзеляж вниз и вбок, маятник попытается качнуться вниз», может страдать от чего-то похожего на ошибку ракеты-маятника .
Так как же снимали сцену в конце фильма « Побег на Ведьмину гору» ? Это было в 1975 году, задолго до эффектов компьютерной графики.
@JDługosz Понятия не имею, лучше спросите у создателей фильма. Если вы не предполагаете, что, поскольку компьютерной графики не существовало, вертолет, должно быть, летел вверх ногами, и в этом случае я бы спросил вас, как они заставили фургон летать? Или любое другое количество используемых спецэффектов. Кстати, первое использование компьютерной графики в фильмах было в 1973 году, и до этого использовалось много техник, таких как матирование и композитинг.
@JanHudec На самом деле, это так. Я начал писать довольно длинные комментарии, объясняя почему, но они просто засоряют тему, поэтому я просто удалю этот абзац. Думаю, я достаточно хорошо объяснил, почему вертолеты не летают перевернутыми. Вертикальный центр тяжести, безусловно, влияет на устойчивость к крену, он просто не имеет отношения к неподвижному крылу, поскольку невозможно значительно сместить центр тяжести по вертикали от аэродинамического центра. примерно там, где крылья. В вертолете ЦТ значительно ниже аэродинамического центра, по крайней мере, когда он не перевернут :)
@ Саймон, да, это сложно (для самолетов с неподвижным крылом это действительно имеет значение и для скольжения ; это не имеет значения только для крена). Во всяком случае, все остальные причины, которые вы привели, являются хорошими.
@ user2357112, да, это так. Но тогда все становится сложнее, потому что, когда самолет фактически начнет лететь боком, появится другая аэродинамическая сила, которая теперь сможет создавать крутящий момент. Так что какой-то эффект действительно есть, но его нельзя объяснить маятниками.
Я не думаю, что цикл нуждается в модификации: пилота можно научить управлять перевернутым полетом. И я думаю, нам придется убедить какого-нибудь смельчака действительно модифицировать вертолет - как я понимаю, здесь только практические соображения, никаких принципиальных ограничений.
@ user2357112: Ошибка маятника заключается в том, что установка подъемного генератора над ЦТ приведет к пассивной устойчивости положения. Это неверно; независимо от того, находится ли ротор выше или ниже корабля, вам нужен активный контроль направления подъемной силы для достижения стабильного полета. В вертолете это обеспечивает цикличность. Тем не менее, вам нужно более быстрое и/или более точное управление , чтобы иметь возможность сбалансировать свое судно на точке подъема, чем вам нужно, чтобы свисать с нее. Это легче обеспечить для ракет, потому что они в любом случае не должны зависать.
«Рассмотрите внешнюю петлю, которая была бы невозможна, поскольку импульс фюзеляжа и вектор подъемной силы объединялись бы». По этой логике внешние петли также должны быть невозможны для самолетов с неподвижным крылом.
Большинство полноразмерных вертолетов могут нанести некоторый отрицательный эффект; это необходимо, чтобы иметь возможность выполнять авторотацию при отключении питания (ожидается, что все вертолеты смогут это делать, чтобы получить летную сертификацию). Иметь достаточно негативного коллектива (наряду со всеми другими факторами), чтобы летать или зависать в перевернутом виде — это совсем другое.
Я тогда писал, что маятника нет, но это не совсем так. Фюзеляж висит под ротором точно так же, как маятник. Ротор наклоняется, регулируя создаваемые им аэродинамические силы, но фюзеляж может поворачиваться под ним. Это по-прежнему не способствует устойчивости по указанным выше причинам, но создаст дополнительную нестабильность в перевернутом полете. На самом деле у некоторых конструкций есть проблема, называемая ударом мачты , уже при низкой положительной нагрузке.
Существуют ли полноразмерные вертолеты, способные поддерживать перевернутый полет?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v