Bölkow Bo 46 - Bölkow Bo 46 - Wikipedia

Bo 46
Bölkow Bo 46 V1 vl2.jpg
Bo 46, первый прототип
РольЭкспериментальный скоростной вертолет
национальное происхождениеЗападная Германия
ПроизводительBölkow
Первый полет30 января 1964
Количество построенных3

В Bölkow Bo 46 был западногерманским экспериментальный вертолет построен, чтобы проверить Роторная система Дершмидта это нацелено на обеспечение гораздо более высоких скоростей, чем у традиционных вертолетов.[1] Аэродинамическая труба Тестирование показало многообещающие, но Bo 46 продемонстрировал ряд проблем и дополнительную сложность, которые привели к отказу от концепции. Bo 46 был одним из многих новых проектов, исследующих высокоскоростной полет вертолета, которые были построены в начале 1960-х годов.

Фон

Винты вертолетов работают в гораздо более сложных условиях, чем винты обычных самолетов. Начнем с того, что вертолеты обычно используют несущий винт как для подъемной силы, так и для маневренности, тогда как в самолетах с неподвижным крылом для этих задач обычно используются отдельные поверхности. Управление тангажем и рысканием осуществляется путем изменения подъемной силы с разных сторон ротора с помощью системы колокольчики настроить лезвия на разные углы атаки как они вращаются. Для крена влево лопасти отрегулированы таким образом, чтобы угол атаки спереди был немного больше, а сзади - немного меньше, в результате чего с правой стороны создается чистый подъем вверх, который катит самолет. Причина, по которой лезвия регулируются спереди и сзади, а не справа и слева, связана с фазовое отставание вызванный прецессия.

В прямом полете несущая система подвергается различным формам дифференциальной нагрузки. Представьте себе роторную систему, в которой кончики лопастей вращаются со скоростью 300 км / ч относительно неподвижного воздуха. Когда этот вертолет завис, лопасти видят один и тот же относительный ветер 300 км / ч на всем протяжении своего вращения. Однако, когда вертолет начинает двигаться вперед, его скорость прибавляется к скорости лопастей, когда они продвигаются к передней части самолета, и вычитается при их отступлении. Например, если вертолет летит вперед со скоростью 100 км / ч, наступающие лопасти видят 300 + 100 км / ч = 400 км / ч, а для удаляющихся 300 - 100 км / ч = 200 км / ч.

В этом примере относительная воздушная скорость изменяется в два раза при каждом обороте. Подъем - это функция угла профиля к относительному воздушному потоку в сочетании со скоростью воздуха. Чтобы противодействовать этому изменению подъемной силы, которое обычно приводит к тангажу самолета, система ротора должна динамически регулировать угол аэродинамических поверхностей, чтобы гарантировать, что они создают постоянную подъемную силу во время своего движения. Эта корректировка является дополнением к любой корректировке, которая преднамеренно применяется для маневра. Поскольку каждая система управления имеет какой-то механический предел, при увеличении скорости самолет теряет маневренность.

Тащить является функцией квадрата воздушной скорости, поэтому при одинаковых изменениях скорости сопротивление изменяется в четыре раза. Чтобы максимально уменьшить полезную силу, лопасти вертолета должны быть как можно более тонкими, что снижает их сопротивление, хотя это делает их неэффективными для подъема. В 1950-х годах лопасти вертолетов изготавливались почти так же, как крылья самолетов; а лонжерон проходил по длине лопасти несущего винта и обеспечивал большую часть прочности конструкции, а ряд стрингеров придали ему надлежащую аэродинамическую форму. Этот метод строительства с учетом материалов той эпохи оказывал огромную нагрузку на лонжерон.

Чтобы уменьшить нагрузки, особенно быстрые изменения, ступицы ротора включали систему подшипников, которые позволяли им двигаться вперед или назад в ответ на сопротивление, а также вверх и вниз в колебательном движении в ответ на изменение скорости. Они были в дополнение к системе, используемой для изменения угла атаки для обеспечения контроля; ступицы ротора были очень сложными.

Пределы производительности

С элементарной авиационной точки зрения, существуют две основные проблемы, связанные с максимальной скоростью полета вертолета, обусловленной его несущей системой.

Всем крыльям для создания подъемной силы требуется определенное количество воздуха, которое проходит по их поверхности. Присущая вертолету механика полета, не находящаяся в зависании, приведет к тому, что часть вращающегося лопастного диска будет «видеть» более низкую воздушную скорость относительно направления движения. По мере увеличения скорости фюзеляжа в заданном направлении будет уменьшаться относительная скорость отходящих лопастей. Обычный вертолет достигнет жесткого предела максимальной скорости, когда относительная воздушная скорость отступающих лопастей снизится почти до нуля, что приведет к стойло отступающего лезвия.

Одним из решений этой проблемы является увеличение частоты вращения ротора, чтобы относительная скорость движущихся лопастей была выше. Однако у этого решения есть свои пределы. Поскольку любой профиль приближается к скорость звука он сталкивается с проблемой, известной как волновое сопротивление. Профили, предназначенные для дозвуковой полет будут испытывать значительное увеличение лобового сопротивления, если они будут находиться на околозвуковой или более высокой скорости. Если частота вращения ротора должна быть увеличена в попытке уменьшить срыв лопастей при отступлении, вертолет столкнется с максимальной скоростью, вызванной чрезвычайным сопротивлением движущихся лопастей ротора, когда их концы приближаются к относительной сверхзвуковой скорости полета.

Таким образом, в итоге; Если частота вращения несущего винта слишком низкая, скорость, при которой откатываются секции лопастей, будет максимальной скоростью. Если частота вращения несущего винта слишком высока, скорость, с которой движущиеся лопасти сталкиваются со сверхзвуковым потоком воздуха, будет максимальной скоростью. Даже случайному наблюдателю должно быть ясно, что разработчик должен стремиться к балансу между этими двумя пределами. Следует также отметить, что в дополнение к этим двум рассматриваемым вопросам существует множество других, которые также способствуют ограничению максимальной воздушной скорости.

Решение Дершмидта

Основная проблема, присущая конструкции ротора, - это разница в воздушной скорости движущихся и отходящих лопастей. Среди множества эффектов эта причина представляет интерес; лопасти вращаются вперед и назад вокруг ступицы по мере увеличения и уменьшения сопротивления. Представьте себе лезвие, когда оно достигает задней части самолета и начинает вращаться вперед; в это время относительная воздушная скорость начинает быстро увеличиваться, и лопасть толкается все дальше и дальше назад за счет увеличения сопротивления. Эта сила поглощается скользящим подшипником. В течение короткого периода, когда он вращается вокруг этого подшипника, общая скорость лезвия уменьшается, немного компенсируя скорость из-за поступательного движения.[2]

В конструкции ротора Дершмидта это вращение намеренно преувеличено, чтобы компенсировать увеличение и уменьшение скорости на протяжении всего вращения лопасти. В той же точке вращения, что и традиционная лопасть, описанная выше, ротор Дершмидта выдвинул лопасть значительно на угол примерно 40 градусов по сравнению с его положением покоя прямо от ступицы. По мере того, как лезвие продолжает продвигаться вперед, рычажный механизм поворачивает лезвие с 40 градусов вперед на 40 градусов назад, замедляя кончик примерно на 1/2 скорости вращения. Этот процесс меняется на противоположный, когда лезвие достигает крайнего переднего положения, увеличивая скорость лезвия при отступлении.

Результирующее движение помогает сгладить относительную воздушную скорость, видимую лопастью. Поскольку эффекты поступательного движения вертолета уменьшаются или даже устраняются на более низких скоростях, ротор можно вращать с высокой скоростью, не опасаясь выхода в режим волнового сопротивления. При этом скорость отступающего лезвия никогда не приближается к точке сваливания. Аналогичным образом, изменения лобового сопротивления уменьшаются даже в большей степени, до такой степени, что они незначительны. Это позволяет ротору Derschmidt иметь жесткую конструкцию, исключая сложную серию подшипников, гибких фитингов и соединений, используемых в обычных роторах.

Поскольку движение в роторе Дершмидта следует за естественным изменением сопротивления при вращении, сила, прикладываемая к лопастям для их перемещения в нужное положение, довольно мала. Из нескольких дизайнов, которые он представил в своих ранних патентах, в большинстве использовалась очень маленькая связь от колокол На внутренней стороне лезвия прикреплен небольшой толкатель для работы. Эти стержни были прикреплены к диску, установленному эксцентрично по отношению к центру вращения, который приводил лопасти в их надлежащее положение.[2]

Последней в серии проектов был другой подход, в котором для каждой лопасти использовался один противовес, приспособленный для механического усиления ее движения. Вес был выбран для создания гармоничного маятник при проектной скорости ротора. Между лопастями не было механического соединения, и весь узел находился вне ступицы, оставляя достаточно места для обслуживания.[2]

Bo 46

Bölkow в течение некоторого времени интересовался высокоскоростным полетом несущего винта и разработал несколько экспериментальных концепций, основанных на наконечник струи системы. Позже они взялись за разработку лезвия из стекловолоконного композитного материала, которое было намного прочнее существующих металлических конструкций.[3] Когда Дершмидт получил свой первый патент в 1955 году, Бёльков взял на вооружение эту концепцию и начал работу над Bölkow Bo 46 в качестве экспериментального испытательного стенда. Министерство обороны договор.[1]

Базовая конструкция Bo 46 была доработана в январе 1959 года. Система пятилопастного ротора была первоначально испытана в аэродинамическая труба и показал впечатляющие результаты. Они предполагали, что Bo 46 сможет развивать скорость до 500 км / ч (270 узлов); даже передовые конструкции того времени были ограничены скоростью около 250 км / ч (130 узлов). Строительство трех обтекаемых фюзеляжей началось в Siebel. Были приведены в действие 800 л.с. Turboméca Turmo турбовальный привод пятилопастного ротора Дершмидта.[1] Первоначально в конструкции использовались жалюзи. фенестрация для противомоментного ротора, который мог быть закрыт в высокоскоростном полете, но он был удален из прототипов, и шестилопастной ротор традиционно был установлен на левой стороне хвоста. Максимальная скорость ограничивалась не соображениями ротора, а максимальной мощностью двигателя.[4] Ожидалось, что добавление отдельных двигателей для дополнительной тяги вперед позволит развивать скорость до 700 км / ч (380 узлов).

В начале 1960-х годов компания также наметила несколько производственных проектов, в большинстве из которых используются сдвоенные роторы, крупнейшим из них был Bo 310. Эта конструкция будет оснащаться двумя двигателями T55 или T64, каждый из которых приводил в движение ротор Дершмидта и передний ротор. обращенный к гребному винту для дополнительной поступательной тяги. Двигатели должны были быть на концах секции крыла, чтобы уменьшить нагрузку на ротор. Было смоделировано несколько версий Bo 310, в основном пассажирские, но также ударный вертолет версии. Bo 310 будет иметь крейсерскую скорость 500 км / ч (270 узлов).[1]

Первые испытательные полеты Bo 46 с заблокированными роторами начались осенью 1963 года. При испытаниях был обнаружен ряд неожиданных новых типов динамических нагрузок, которые привели к опасным колебаниям в роторе. Они не были присущи самой конструкции, но их можно было исправить только за счет дополнительной сложности ротора. В тот же период конструкция ротора перешла на составные лопасти, которые были намного прочнее, чем старые конструкции с лонжеронами и стрингерами, что устранило необходимость в сложной системе подшипников, снимающих нагрузки. Хотя ротор Дершмидта по-прежнему улучшал рабочие характеристики, казалось, что дополнительная сложность не стоит того.

Интерес к системе угас, но исследовательские полеты продолжались. В итоге Bo 46 оснастили двумя Turboméca Marboré двигатели, позволяющие развивать скорость до 400 км / ч. Ротор с лопастями из стекловолокна, однако, оказался работоспособным, и в дальнейшем он широко использовался в Bölkow Bo 105.

Записи в журнале летчика-испытателя

Летчиком-испытателем Бо 46 был Вильфрид фон Энгельгардт. Его записи в журнале регистрации следующие:

  • 14 февраля 1964 года: первая попытка взлета
  • 27 октября 1964 г .: четыре успешных наведения, длительность 3 минуты.
  • 28 октября 1964 года: четыре успешных зависания. Общая продолжительность 18 минут. Обратите внимание, что вертолетом можно управлять, но он вялый.
  • 29 октября 1964 года: две посадки с высоты более 3 метров. Всего 13 минут полета.

Самолет на дисплее

Сохранившийся образец Bo 46 выставлен на всеобщее обозрение в Hubschrauber Museum, Bückeburg.[5]

Технические характеристики (Bo 46)

Данные из[нужна цитата ]

Общие характеристики

  • Экипаж: один пилот
  • Емкость: 1 пассажир / наблюдатель
  • Вес брутто: 2000 кг (4400 фунтов)
  • Электростанция: 1 × Turboméca Turmo IIIB турбовальный, 597 кВт (800 л.
  • Диаметр несущего винта: 10,00 м (32 футов 10 дюймов)
  • Площадь несущего винта: 78,5 м2 (845 кв. Футов)

Спектакль

  • Максимальная скорость: 320 км / ч (200 миль / ч, 170 узлов)

Смотрите также

Рекомендации

Примечания

  1. ^ а б c d Тейлор 1963, стр. 132
  2. ^ а б c Дершмидт 1955, col 1
  3. ^ Тейлор 1963, стр. 131
  4. ^ Отчет 1963 г., стр. 911
  5. ^ Музей Хюбшраубер - Bo 46 www.hubschraubermuseum.de Дата обращения: 5 апреля 2010 г.

Библиография

внешняя ссылка