МАХОВОЕ ДВИЖЕНИЕ ЛОПАСТЕЙ РОТОРА
Мы знаем, что в полете лопасти движутся по диску ротора с различными скоростями (относительно воздуха). Мы знаем, что вследствие этого, не будь горизонтальных шарниров, подъемные силы на правой и левой сторонах ротора были бы неодинаковы. Мы знаем, наконец, что подъемные силы лопастей на правой и левой сторонах ротора уравновешиваются при взмахах, которые делают лопасти во время своего вращательного движения. Но как и почему лопасть делает взмах? Каковы картина и значение махового движения лопастей ротора?
Фиг. 101. Перспективная схема ротора в полете. Маховое движение лопастей
Маховое движение лопастей станет нам понятным, если мы проследим движение лопасти за один оборот ротора. Для этой цели воспользуемся фиг. 101, которая представляет собой перспективную схему ротора в полете; будем иметь в виду, что автожир улетит, как показано, слева направо, а ротор вращается, если смотреть на него сверху, против часовой стрелки; будем также иметь в виду, что пунктиром обозначена окружность, описываемая концом лопасти, а сплошной линией — проекция этой окружности на горизонтальную плоскость.
Рассмотрим движение лопасти, начиная от заднего ее положения, обозначенного на фиг. 101 цифрой
I. Мы видим, что здесь лопасть только слегка приподнята от горизонтального положения, что, как известно, есть результат действия на лопасть трех сил: подъемной силы, центробежной силы и силы тяжести. Но останется ли лопасть в таком положении при своем продвижении дальше по диску ротора?Из предыдущего мы знаем, что при данном направлении полета и данном направлении вращения ротора на правой стороне последнего относительные скорости будут больше, чем на левой; следовательно лопасть, идя от положений I к положению II, попадает в зону больших скоростей. Это, разумеется, немедленно повлечет за собой увеличение подъемной силы лопасти и она начнет подниматься, т. е. другими словами, начнет совершать свой взмах.
Что же из этого следует?
При подъеме лопасти истинные углы атаки ее сечений становятся меньше, а следовательно, становится меньше и подъемная сила лопасти. Таким образом, начавшийся взмах лопасти отчасти парализует начавшееся было увеличение подъемной силы лопасти, т. е. взмах автоматически регулирует величину подъемной силы.
Двигаясь дальше от положения
II к положению III, лопасть по инерции продолжает подниматься и, следовательно, подъемная сила ее продолжает уменьшаться. Таким образом, продолжающийся взмах, несмотря на большую скорость, препятствует излишнему увеличению подъемной силы.Подъем лопасти по инерции продолжается некоторое время и даже после перехода лопасти в положение
III. Однако, достигнув где-то между положениями III и IV своего максимального угла взмаха, лопасть начнет опускаться.Почему это происходит?
Мы знаем, что взмах является следствием больших подъемных сил, которые в свою очередь явились следствием больших относительных скоростей при встречном движении лопасти на правой стороне ротора. Перейдя на левую сторону ротора и начав двигаться попятно, лопасть окажется в зоне малых относительных скоростей и, следовательно, малых подъемных сил; естественно, что исчезнет и причина для продолжения взмаха.
Но почему же все-таки лопасть, прекратив взмах, начнет опускаться?
Мы знаем, что лопасть при вращении находится под действием в основном трех сил: подъемной силы, силы тяжести и центробежной силы, из которых первая направлена вверх, вторая вниз, а третья горизонтально, причем последние две одинаковы как на правой, так и на левой стороне ротора. Отсюда понятно, что в зоне малых подъемных сил на левой стороне ротора лопасть под действием своего веса, а главное центробежной силы (которая стремится выпрямить лопасть горизонтально) начнет
опускаться. Это ясно видно из фиг. 100: в случае уменьшения разности сил Р — g равнодействующая
R пойдет под меньшим углом к горизонту, т. е. лопасть опустится.Таким образом, при попятном движении происходит вторая половина взмаха, т. е. опускание лопасти, и она возвращается в первоначальное положение
I.
Фиг. 102. Перспективная схема ротора при вертикальном парашютировании. Маховое движение лопастей отсутствует
Но как сказывается опускание лопасти на ее работе?
При опускании лопасти истинные углы атаки ее сечений увеличиваются, а это ведет и к увеличению ее подъемной силы. Таким путем уменьшение подъемной силы при попятном движении (вследствие уменьшения относительных скоростей) тотчас же компенсируется увеличением подъемной силы при опускании лопасти за счет увеличения истинных углов атаки ее сечений.
Итак, за один оборот ротора каждая лопасть поднимется и опустится, т. е. взмахнет. Благодаря этому ее подъемная сила как при встречном движении, так и попятном остается постоянной. Следовательно, маховое движение лопастей, осуществляемое при помощи горизонтальных шарниров, ведет к тому, что подъемные силы правой и левой половин ротора оказываются равными, чем и достигается поперечное равновесие автожира в полете.
Из всего сказанного читателю должно быть ясно, что при поступательном движении автожира тюльпан ротора не может быть симметричным относительно оси вращения. Это наглядно видно из фиг. 101. Но будет ли тюльпан ротора таким же и при вертикальном спуске, т. е. при отсутствии поступательного движения?
Маховое движение лопастей есть следствие несимметричного распределения горизонтальных скоростей по диску ротора при поступательном движении автожира. При вертикальном спуске, т. е. при встрече воздушного потока лопастями не спереди, а снизу, все лопасти будут иметь одинаковые скорости относительно воздуха, а следовательно, и одинаковые подъемные силы. Естественно, что в этом случае не будет причины и для махового движения лопастей. Лопасти, находясь под действием известных нам сил, будут, конечно, иметь некоторый угол конусности, но этот угол у всех лопастей будет одинаковый. Таким образом, тюльпан ротора при вертикальном спуске автожира будет иметь вид, схематически изображенный на фиг. 102.
Итак, при вертикальном парашютировании автожира у лопастей ротора не будет махового движения, и тюльпан ротора будет симметричным относительно оси вращения.
