РОТОР И ЕГО ПОДЪЕМНАЯ СИЛА
Читатель уже знает, что ротор автожира состоит из нескольких лопастей-крыльев, шарнирно соединенных со втулкой, которая свободно вращается на неподвижной вертикальной оси. Но для
Фиг. 50. Схема двухлопастного ротора с жестко прикрепленными к втулке лопастями
того чтобы познакомиться с действием ротора, мы рассмотрим пока простейшую схему двухлопастнрго ротора (фиг. 50), лопасти которого соединены со втулкой не шарнирно, а жестко.
Рассматривая схему, мы видим, что лопасти ротора существенно отличаются от лопастей воздушного винта (Пропеллера). Лопасти винта имеют изменяющуюся ширину и бывают скручены, лопасти же ротора не скручены и по всей длине имеют обычно одно и то же сечение. Это сечение (профиль) бывает чаще, всего той удобообтекаемой симметричной формы, какую придают иногда и профилям самолетных крыльев (фиг.
39,4). Симметричный профиль лопастей ротора хорошо виден на фиг. 50.Лопасти ротора наклонены к плоскости вращения под небольшим положительным углом в. Этот угол называется углом наклона или углом установки и не превышает 5° (для ясности этот угол на схеме значительно увеличен).
Мы знаем, что если неподвижное крыло наклонено под некоторым углом к направлению движения, то у него создается подъемная сила. Но без поступательного движения подъемная сила I/ крыла не может возникнуть. Из этого вытекает и главный не-юстаток самолета, состоящий, как мы уже знаем, в том, что при уменьшении поступательной скорости ниже некоторого предела подъемная сила крыла резко уменьшается, ее уже нехватает для поддержания самолета, и последний падает (“теряет скорость”). Как же возникает подъемная сила у ротора, что у него общего крылом, чем он отличается от крыла по своему действию и в чем то преимущество?
Из фиг. 50 хорошо видно, что каждая из лопастей ротора в отдельности ничем не отличается от самолетного крыла. Ясно, следовательно, что и в основе работы лопастей ротора лежат те же аэродинамические явления, с какими мы познакомились при разборе действия крыла.
Так как подъемная сила у крыла возникает только при движении, то очевидно, что и лопасти ротора для получения у них
подъемной силы должны находиться в состоянии движения. Но
какого движения — поступательного или вращательного?
Предположим, что ротор, схематически изображенный на
фиг. 50, мы прочно затормозили в том положении, в каком он
изображен на нашей схеме. Иначе говоря, сделаем так, чтобы
ротор не мог свободно вращаться на своей оси, и с таким заторможенным ротором заставим автожир двигаться по-прежнему слева направо. Нетрудно понять, что тогда одна из лопастей (ближняя к нам) будет работать, как обычное крыло, и у нее возникнет
некоторая подъемная сила; у другой же лопасти (дальней) никакой подъемной силы, очевидно, не возникнет, так как она окажется совершенно неправильно поставленной по отношению
встречному воздушному потоку.
Теперь отпустим тормоз нашего воображаемого ротора и позволим ему свободно вращаться под давлением воздушных сил, действующих на него вследствие поступательного движения автожира.
Нетрудно сообразить, что в этом случае не только ближняя к нам лопасть, но и дальняя будет встречать воздух передним ребром, а следовательно и у нее возникнет подъемная сила. Правда, подъемные силы обеих лопастей нашего ротора не будут равны: у лопасти которая идет вперед (т. е. по направлению движения автожира), подъемная сила будет больше, чем у лопасти, идущей назад. Причины этого явления, а также способ его устранения мы разберем в следующем разделе этой главы, а сейчас выясним особенности возникновения подъемной силы у ротора.
Фиг. 51. Подъемная сила лопасти ротора
Поскольку каждая лопасть ротора в отдельности ничем не отличается от самолетного крыла, то естественно, что возникновение у нее подъемной силы Р (фиг. 51) объясняется теми же аэродинамическими явлениями, которые служат причиной возникновения подъемной силы и у крыла. Лопасть при вращении встречает воздушный поток под некоторым углом и поэтому под ней образуется сжатие воздушных струй, а над ней — разрежение; иначе говоря, под лопастью получается повышенное давление, в над ней — пониженное. Вследствие разности давлений и возникает подъемная сила Р.
Итак, подъемная сила возникает только при вращении ротора. Следовательно, для того чтобы автожир мог лететь, ротор должен вращаться. Свободное вращение винта-ротора (т. е. вращение под действием одних лишь воздушных сил), как мы уже говорили, называется авторотацией. Ротор должен вращаться на всех, как говорят, летных режимах, т. е
. при подъеме, горизонтальном полете, планировании, парашютировании и т. д. Это свойство ротора называется устойчивой авторотацией.Устойчивая авторотация ротора возможна не при всяких углах установки его лопастей. Угол установки
θ (фиг. 50 и 51) не должен превышать примерно 5°. При больших углах авторотации не будет, а следовательно и полет автожира невозможен.Замечательным свойством винта-ротора является его способность авторотировать не только при поступательном движении автожира, но и при вертикальном снижении.
Фиг. 52. Схема вертикального парашютирования автожира
Предположим, что пилот автожира хочет (или вынужден) спускаться вертикально, т. е. парашютировать (фиг. 52). В этом случае ротор будет встречать воздушный поток снизу. Почему же ротор не остановится, а будет вращаться почти с той же скоростью, что и раньше?
Фиг. 53. Схема сил, действующих на лопасть при парашютировании автожира
Возьмем какой-нибудь элемент лопасти (фиг. 53), отстоящий на некотором расстоянии от оси вращения ротора нашего парашютирующего автожира. Если угол атаки, т. е. угол, под которым лопасти встречают поток, не превышает 95°, то, как показывает опыт, сила давления воздуха будет
наклонена несколько вперед от оси вращения ротора, т. е. к носику профиля, и тем будет способствовать его вращению.Чтобы убедиться в этом, разложим силу
R на две силы: одну — по оси ротора, а другую — перпендикулярно ей в плоскости вращения. Тогда мы получим силы Р и L. Сила Р есть подъемная сила, которая и поддерживает автожир, позволяя ему медленно снижаться, а сила L — есть та самая сила, которая и заставляет лопасть итти вперед, т. е. вращаться.Мы знаем, что у неподвижного крыла подъемная сила возникает только при поступательном движении. У ротора же, как мы видели, она возникает независимо от того, движется ли автожир поступательно или снижается вертикально. Эго и есть преимущество ротора как несущей поверхности, наделяющее автожир такими летными качествами, которыми самолет не обладает.
Итак, подъемная сила ротора возникает только при вращении. Следовательно, свободное вращение ротора (авторотация) есть необходимое условие для полета автожира.
