Предварительная раскрутка ротора автожира

Система предварительной раскрутки ротора имеет два основных назначения. Первое - это придание ротору минимальных оборотов, необходимых для возникновения режима самовращения (авторотации). Как правило, ротор начинает устойчиво авторотировать на оборотах не ниже 40-80 об/мин. На роторах небольшого диаметра (22...25 футов) достигнуть таких оборотов можно просто раскручивая ротор от руки. Если хочется большего удобства, ставят систему, напоминающую кик-стартер или пусковой шнур легкого двигателя. Такая система позволяет запустить ротор, но дальнейшее увеличение оборотов ротора до полетных происходит уже в процессе разбега, поэтому длина разбега получается достаточно большой. Кроме того, при начале разбега с низкими оборотами ротора гораздо выше вероятность возникновения маховых движений лопастей из-за порывов ветра или просто из-за скачков АЖ (на кочках, например). Существенное сокращение длины разбега - вторая задача предварительной раскрутки. Для этого используют электрическую, механическую или гидравлическую системы предварительной раскрутки.

Электрическая система состоит из обычного электростартера, выступающего в роли мотора, стартерного аккумулятора и блока управления.

Втулка с электростартером

Плюсы такой системы - в ее простоте и относительно низкой стоимости. Минусы - большой вес и не очень высокая эффективность. Мощность, потребная для увеличения оборотов ротора в зоне, близкой к полетным оборотам, растет в кубе к росту оборотов. Для достижения на 27-футовом роторе DragonWings оборотов 200-210 об/мин. (при взлетных 260) потребная мощность составляет около 10 кВт. Стартер такой мощности уже весит весьма прилично, но и это не все минусы. Для достижения такой мощности потребуется стартерный аккумулятор емкостью не менее 80 А-ч, который весит еще больше. Таскать с собой в полете такой вес совсем уж неинтересно, поэтому те, кто использует электрическую раскрутку обычно идут на компромисс и соглашаются с предварительной раскруткой до 120-130 об/мин и увеличенным разбегом. При полетах с одной и той же полосы иногда используют внешний источник питания, оставляемый на земле, хотя такая система требует командной работы.

У электрораскрутки есть еще одна проблема: при начале вращения ротора усилие, подаваемое раскруткой, должно подаваться с плавным нарастанием, иначе есть риск повредить ротор. Конструкция обычных роторов не предусматривает вращения их путем приложения большой мощности к коромыслу, поэтому ударное включение стартера большой мощности скорее всего быстро повредит (скрутит) ротор. Для борьбы с этой проблемой используют системы soft-start, представляющие из себя обычную схему плавной регулировки тока. Такие системы, в частности, использовались на автожирах Twinstarr. В любом случае, электрораскрутка - компромисс между ценой и качеством.

Один нюанс для тех, кто будет делать электрическую раскрутку на своем АЖ. Силовые провода (и плюс, и минус) от электростартера к аккумулятору должны обязательно идти независимо, т.е. не через мачту и уж нельзя пускать минус через корпус втулки. Проблема банальна, хотя некоторые на нее нарывались: стартерные токи, проходя через подшипники втулки и крепежные болты, очень быстро разрушают их за счет электролитических реакций!

Механические системы на легких АЖ можно условно разделить на два типа: передающие крутящий момент гибким валом и жестким торсионом (проще говоря, трубой с карданными шарнирами).

Общий вид моторного отсека РАФ2000. На переднем плане хорошо виден привод Вундерлиха

Система включения раскрутки на РАФ2000

Раскрутки с гибким валом часто называют "Вундерлих", т.к. делает и продает их (в Америке! В Европе их делают сами) Дик Вундерлих (Dick Wunderlich). Не ищите его сайт в Сети - нету. Раскрутка Вундерлиха состоит из прижимного ролика, который включается пилотом с помощью боудена, гибкого вала, передающего крутящий момент наверх и стандартного инерционного бендикса.

Инерционный бендикс Prestolite. Снизу к нему можно подключать гибкий вал, кардан, гидромотор. Для электрической раскрутки он не нужен.

Когда пилот зажимает ручку включения раскрутки, ролик на нижнем конце гибкого вала прижимается к тарелке на валу винта. Вал начинает вращаться, инерционный бендикс вводит в зацепление ведущую шестерню на верхнем конце гибкого вала с зубчатым венцом на втулке ротора. Такая система позволяет  плавно увеличивать силу прижима ролика к тарелке, избегая ударного включения.

Внутри цилиндра находится инерционный бендикс

Преимущества: относительно невысокая стоимость (комплект Вундерлиха стоит 460 долларов), простота в настройке и эксплуатации.

Недостаток: имеющиеся гибкие валы позволяют передавать мощность только до 3-3.5 кВт, что соответствует 120-130 оборотам 30-футового ротора.

Такая система используется серийно на автожирах РАФ-2000, Sycamore и Magni.

Второй вариант механической раскрутки - торсионный. В этом случае мощность с двигателя как правило отбирается через ремень и два шкива (или через встроенный в двигатель отбор мощности), затем стоит угловой редуктор, от которого вертикально уходит торсион, имеющий либо два карданных шарнира внизу и вверху, либо (при большой длине и/или больших углах отклонения) есть еще дополнительный шарнир где-то в середине торсиона. Наверху все так же, как в случае с гибким валом: бендикс и зубчатый венец.

Жесткая раскрутка может передавать максимальный крутящий момент и достигать наибольших оборотов ротора, но имеет серьезные проблемы: надо обеспечить плавность включения и победить известную неравномерность работы карданного вала. Основная проблема здесь в том, что при раскрутке необходимо иметь возможность свободного отклонения втулки ротора на максимальные углы, т.е. 9-10 градусов во все стороны. При этом во-первых за счет неравномерности работы карданных шарниров возникают большие нагрузки на узлы раскрутки, а во-вторых требуется наличие шлицевого соединения, т.к. при отклонении втулки изменяется длина торсиона.

В современных АЖ торсионная система применяется на единичных экземплярах, например, на автожире Чака Бити, "Доминаторе" Дейва де Винтера, автожире JT-5B Юкки Тервамяки. На диске "Гравицапа" теперь есть детальные чертежи такой раскрутки (впрочем, там есть еще десятки фотографий разных решений по раскрутке, которые нет возможности выложить на сайт).

Механическая раскрутка автожира Avian обеспечивала прыжковый взлет аппарата взлетным весом 900 кг.

Проблема обеспечения одновременно свободы перемещения втулки ротора в процессе раскрутки и передачи достаточно большой мощности хорошо решаются в гидравлической системе.

Гидромотор (белого цвета) и корпус бендикса (красного)

Такая система состоит из гидронасоса, приводимого отбором мощности обычно с вала маршевого винта, и гидронасоса на втулке ротора, далее - уже знакомый бендикс и зубчатый венец. Включение насоса чаще всего производится прижимным роликом, увеличивающим натяжение ремня, соединяющего ведущий шкив на валу винта и ведомый - на насосе.

Крепление привода гидравлической раскрутки на АЖ "Жираф". Точнее - на двигателе Субару ЕА-71 с редуктором С.Виноградова. Надо отметить, что для каждого двигателя приходится изобретать новую систему крепления раскрутки. Владивостокский редуктор для этого оказался очень удобен.

Продвинутые пользователи включают в эту систему гидравлический регулятор, но это редко и не вполне оправданно. Здесь нужно помнить, что насос не может быть включен постоянно, т.к. будет во-первых отбирать мощность у двигателя, во-вторых, ресурс его сразу уменьшается во много  раз (в процессе раскрутки насос работает 30...60 секунд, полет длится гораздо дольше).

На этом аппарате тянущей схемы гидравлическая раскрутка приводится через дополнительные торсион и редуктор с целью обеспечить оптимальный вес и расположение конструкции, а также уменьшить длину шлангов для уменьшения потерь мощности в них

Гидравлическая раскрутка - наиболее эффективная, но и наиболее дорогая. Например, раскрутка, используемая на АЖ "Доминатор", включает в себя насос ($180 там) и мотор ($280)  фирмы Gresen и инерционный стартерный бендикс от авиационного двигателя ($85). Плюс шланги, фиттинги, шкивы - в итоге стоимость раскрутки приближается к тысяче долларов. В российских условиях все это, кроме гидромотора, можно заменить местными изделиями. Легких мощных гидромоторов с нужными параметрами в СНГ не делают.

Естественно, за 80 лет развития автожиров были и другие варианты предварительной раскрутки. Некоторые АЖ Сиервы и Питкерна запускались на земле за счет намотанного вокруг втулки шнура. Его перед стартом либо вытягивали, раскручивая ротор, десяток бурлаков, либо цепляли к земле сзади автожира - при начале движения шнур раскручивал ротор. Были решения с установкой отдельного маленького двигателя, который работал, как пусковой и одновременно раскручивал ротор. Ральф Таггарт на одном из Gyrobee установил на коромысло ротора два авимодельных электродвигателя с пропеллерами. Батареек, помещенных в контейнерах возле двигателей, как раз хватало, чтобы один раз запустить маленький ротор Gyrobee. Впрочем, к этой идее быстро потеряли интерес.

Назад на АВТОЖИРные страницы