СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ЛОПАСТЬ РОТОРА
При чтении этой книги у читателя, вероятно, не раз возникал вопрос: почему лопасти ротора, будучи прикреплены к втулке только шарнирами, в полете не закидываются вверх под действием подъемных сил?
Ответим сразу: это несомненно и случилось бы, если бы при вращении ротора не развивались центробежные силы.
Предположим на минуту, что мы знаем только две главные силы, действующие на лопасть в полете — подъемную силу Р и силу тяжести g (вес лопасти) (фиг. 99).
Подъемная сила направлена вверх, сила тяжести — вниз. Мы предполагаем, что обе эти силы приложены в центре тяжести. Следовательно, будь эти две силы равны, они уравновешивали бы друг друга; очевидно, что в этом случае вопрос, указанный выше, не мог бы возникнуть.
Но могут ли быть указанные силы равны между собой?
Конечно, эти силы не равны. Ведь ротор поддерживает в воздухе не только себя, т. е. свой вес, но и вес всей машины, и ясно, что подъемная сила, развиваемая каждой лопастью, должна быть много больше собственного веса лопасти. Следовательно, если допустить, что при вращении ротора на каждую лопасть действуют только
ее подъемная сила и ее вес, то под влиянием разности Р — g каждая лопасть неминуемо должна бы закинуться вверх, как показано пунктиром на фиг. 99.Очевидно, что при таких условиях, т. е. без центробежной силы полет автожира был бы вообще невозможен. Но как же помогает делу центробежная сила?
Напомним, что центробежной силой называется сила, развивающаяся при вращении тела. В этом легко убедиться, если, держа камень за привязанную к нему нитку, сообщить ему быстрое вращательное движение: под действием центробежной силы нитка натягивается и камень будет описывать правильные круги. На этом опыте легко проверить и все свойства центробежной силы. Каковы же они?
Центробежная сила зависит от массы тела, скорости вращения и радиуса вращения; зависимость эта следующая: центробежная сила прямо пропорциональна массе тела, радиусу вращения и квадрату числа оборотов (т. е. угловой скорости вращения). Центробежная сила всегда направлена по радиусу от центра к окружности, по которой тело вращается. И наконец, центробежная сила всегда лежит в плоскости, перпендикулярной к оси вращения.
Зная свойства центробежной силы, вернемся к рассмотрению сил, действующих на лопасть при вращении ротора.
Итак, под действием разности двух сил — подъемной силы Р и веса лопасти
g, т. е. под действием силы Р — g лопасть должна бы закинуться наверх (фиг. 100). Но мы теперь знаем, что вследствие вращения имеется еще центробежная сила С, которая стремится выпрямить лопасть горизонтально. Насколько велика здесь эта сила?Если взять советский автожир 4-А с диаметром ротора 12 м и скоростью вращения 150 об/мин, то оказывается, что при весе лопасти всего в 35 кг центробежная сила, развивающаяся при вращении лопасти, будет около 2500 кг, т. е. примерно в 70 раз больше веса лопасти.
Фиг. 100. Лопасть автоматически устанавливается по направлению равнодействующей силы R
Из этого примера очевидно, что центробежная сила С много больше силы Р —
g, под действием которой лопасть стремится закинуться вверх. Сложим силы С и (Р — g) по правилу параллелограмма. Тогда получим некоторую равнодействующую силу R. Вот по направлению этой силы R лопасть и устанавливается автоматически при вращении ротора.Итак, лопасти ротора автожира не закидываются вверх благодаря центробежным силам и автоматически устанавливаются в полете под влиянием в основном трех сил: подъемной силы лопасти, ее веса и центробежной силы.
Из фиг. 100 следует, что лопасти ротора автоматически устанавливаются не в горизонтальной плоскости, а слегка поднимаясь от горизонтального положения и образуя некоторый угол конусности, или так называемый “тюльпан”. Этот тюльпан ротора ясно виден в полете автожира (фиг. 58).
Но является ли тюльпан ротора симметричным? Иными словами, могут ли все лопасти иметь в полёте одновременно одинаковый угол конусности?
Сейчас мы увидим, что это невозможно, и уточним картину движения лопастей ротора в полете.
