ВЕРТОЛЁТ-КРАН НА ОСНОВЕ СХЕМЫ "ДИАКОПТЕР"

Трёхвинтовая схема с винтами дифференцированного диаметра,где два малых задних работают в компенсацию вращения большого переднего,идеальна для создания вертолёта-крана.

Двухвинтовые вертолёты обеих схем плохо подходят для подъёма грузов.Поперечная схема делает аппарат очень чувствительным к продольному смещению нагрузки,возникающее нарушение балансировки преодолевается трудно.При продольной схеме аппарат плохо переносит боковой крен,тоже могущий возникать при работе с грузом на подвеске; боковой крен при продольной схеме исправлять так же

Появлявшийся в своё время милевский проект трёхвинтового вертолёта (Ми-32) вместе со скепсисом внушал и немалые надежды.При нашем неприятии той схемы проект этот был замечателен именно грузоподъёмным потенциалом,приспособленностью к работам по подъёму и перемещению подвешенных грузов.Разделение подъёмной силы на три независимых очага даёт наилучшие возможности по управлению деферентом.В то время как у обычных вертолётов актуально управление продольной балансировкой,у "крана" важна возможность перераспределения силы на всей несущей площади.Заметим: интерес к трёхвинтовой схеме в период расцвета нашего вертолётостроения был.Угас он со снижением роли тяжёлых вертолётов и редкостью использования их в качестве кранов.Появление после В-12 Ми-26 временно как-то сняло,а скорее лишь заморозило проблему.Вертолёта для поднятия груза свыше 20 тонн нет,и когда такая задача встаёт,то решается только с помощью наземных кранов,которые не всегда могут своевременно прибыть на объект...
В-12 подвергался справедливой критике в связи со своей некомпактностью - 67-метровый размах конструкции действительно затрудняет использование вертолёта.Трёхвинтовой Ми-32 тоже предполагал "разлапистую" конструкцию без перекрытия винтов,в упомянутом недостатке превосходя даже В-12.
Идея "треугольника",однако,имеет под собой рациональную основу,о которой уже говорилось.Однако при достаточном для создания требуемой тяги диаметре винтов о компактности приходится забыть.Притом последняя важна именно для выполнения тех задач,которые встают перед вертолётом-краном.
Попытки расположить три винта одинакового диаметра с перекрытием предпринимались нами,но не увенчались успехом: жёсткий анализ указывал на опасность получаемой конструкции.Притом осталась задача уложить перекрытые винты в равносторонний треугольник - иначе перекрытие практически не имеет смысла.
"Дьявол" трёхвинтовой схемы сидит в том,что перекрыть три винта внедрением дисков друг в друга невозможно: вращение третьего совпадёт с вращением одного из двух.Навесное же перекрытие,даже сделанное ценой непомерно высокого подъёма боковых винтов,оставляет опасность схлёстывания.Вот из такой дилеммы и вышла идея уменьшить диаметр задних винтов с сохранением начально большого диаметра переднего.При уменьшении диаметра в 1,5 раза с той же подаваемой мощностью тяга винта при прочих тех же условиях уменьшается в 2 раза.Казалось бы,смысла заменять один большой винт двумя малыми нет.Но это при формалистическом взгляде на систему.Как мы уже упоминали,разнос несущей силы на несколько очагов повышает управляемость,способствуя предотвращению опасных ситуаций при работе вертолёта.Да и при адаптации к "классическому" варианту трёхвинтовой схемы - двумя боковыми винтами на уровне 2/3 массы фюзеляжа - меньшие винты использоваться могут: их можно тяжелее нагрузить,устанавливая лопасти под бОльшим углом; да ещё нужно учесть условия их работы при установке на специальной раме или крыле особой формы,что делает их работу более эффективной,чем переднего,расположенного над фюзеляжем (его резонно сделать большего диаметра,- чтобы компенсировать потери тяги из-за затруднённого оттока воздуха,что особенно проявляется в режиме висения и медленного полёта,характерных для вертолёта-крана).

Что же касается собственно "крана",то у него три винта относительно веса собственной конструкции могут располагаться и независимо от линии массы фюзеляжа.Милевский проект Ми-32 предполагал установку трёх винтов с ориентацией не на линейный фюзеляж,а на конструкцию соответствующей формы - треугольника,или,в первоначальном варианте,- "звезды",то есть трёх расходящихся под 120 градусов "лучей" рамы-фюзеляжа.Заметим,что и при линейном фюзеляже аналогичное распределение подъёмной силы возможно.
Вот последний вариант - на основе предложенной нами схемы - и представляется наилучшим для вертолёта-крана.Передний винт в нём располагается предельно близко к носовому торцу фюзеляжа,а задние - на линии среза кормового торца.Задние винты имеют диаметр в 1,5 раза меньше переднего,что даёт их суммарную номинальную тягу равной номинальной тяге переднего винта,- то есть подъёмная сила таким образом распределяется равномерно по линии фюзеляжа без смещения загрузки.При смещении загрузки для восстановления деферентного баланса возможно изменение подъёмной силы соответствующих групп винтов изменением угла установки лопастей (вероятнее всего,таким образом потребуется увеличить тягу задних винтов).Распределение нагрузки у вертолёта,работающего с внешним грузом,минимальным образом связано с весом самого аппарата (фюзеляжа),поэтому расположение винтов "полным" треугольником становится возможным.Расположение груза в таком случае ориентируется на геометрию несущей системы,а не линию фюзеляжа.

Достаточная компактность вертолёта предлагаемой схемы обеспечивается перекрытием дисков задних винтов с диском переднего и сравнительно небольшим диаметром задних.
Два задних винта вращаются в противоположную вращению переднего сторону,что при условии равенства суммарной длины их лопастей суммарной длине лопастей переднего обеспечивает компенсацию реактивного момента.Такое соотношение создаётся при лопастной формуле 4+(3*2).При этом именно такое лопастное соотношение оптимально для перекрытия винтов взаимовнедрением дисков,позволяя ввести их друг в друга на 90 процентов радиуса малых винтов.
Данная схема как своей важнейшей особенности требует синхронизации вращения задних винтов с вращением переднего,что необходимо при выбранном виде перекрытия.Приводные валы винтов (передача применяется механическая) сходятся в трёхстороннем синхронизирующем узле.Конструктивно синхронизирующий узел совмещается с главным редуктором.
Приводные валы задних винтов проводятся внутри поперечного элемента установочной рамы от синхронизирующего узла до их осей.На осях располагаются собственные редукторы винтов; так же и в приводе переднего винта,колонка которого находится в торце носовой части фюзеляжа.
Двигатели в полуцилиндрических кожухах располагаются по краям сзади верхней части фюзеляжа.Их разнос требуется для удобства подведения привода и питания.Валы,связывающие нагруженные турбины с главным редуктором,связываются с ним прямо от заднего среза их валов,что позволяет схема расположения задних винтов; к редуктору переднего винта вал проходит "обратно" между двигателями.
Номинальное распределение мощности,подаваемой на винты,- при равномерной загрузке вертолёта - 2/1*2,то есть мощность,подаваемая на два задних винта,равна мощности,подаваемой на один передний.Однако специфическая функция такого вертолёта требует свободного изменения нагруженности каждого винта.Редукция нагруженности винта изменением угла установки его лопастей требует изменения передаточной функции для него,что обеспечивается собственным редуктором (при этом синхронизирующий механизм удерживает равенство скорости вращения всех винтов).

Центр тяжести незагруженного вертолёта описанной компоновки несколько смещён назад ввиду расположения двигателей в кормовой части.Поэтому склонность к кабрированию должна компенсироваться несколько большей нагруженностью задних винтов (через больший угол установки их лопастей).Смещение центра тяжести назад - это смещение его ближе к центру треугольника,описываемого между осями винтов.То есть распределение подъёмной силы в этой схеме приближается к варианту "настоящего" треугольника типа Ми-32.
Управление наклоном аппарата как в продольном,так и в поперечном направлении осуществляется дифференцированным изменением угла установки лопастей винтов.Путевое управление - изменением циклического шага в парах винтов "передний - задние" или "передний - правый/левый задний".

Специфика схемы требует некоторых особенностей в конструкции фюзеляжа и оперения.Для лучшей стабилизации аппарата центральное килевое перо выносится назад на небольшой килевой балке (1/4 длины фюзеляжа).На ней же располагается горизонтальное хвостовое оперение в виде трапециевидного крыла небольшого удлинения.Для стабилизации вертолёта в "статическом" режиме делаются два небольших килевых пера,устанавливаемых на поперечном элементе несущей рамы задних винтов; они находятся в их потоке,что позволяет им работать независимо от скорости аппарата; их расположение изолированно от горизонтальной килевой плоскости улучшает обтекание потоком.

Энергосиловая установка - традиционные для современного вертолётостроения турбовальные двигатели с механическим приводом винтов через длинные валы,что обусловлено необходимостью синхронизации вращения винтов.Предполагаемые параметры - 32-метровый передний винт тягой 50 тонн и два 21-метровых задних тягой по
25 тонн - требуют суммарной мощности около 30 000 л.с..То есть двигательная установка должна состоять из двух двигателей по 15 000 л.с..Проблема,естественно,в том,что таких двигателей в турбовальном варианте современная промышленность не выпускает.Однако есть приближающиеся к ним по параметрам ПД-12В,выдающие свыше 14 000 л.с. в чрезвычайном режиме.На них и будем ориентироваться как на единственную на сей день энергетическую установку,пригодную для тяжёлого вертолёта.
Силовые параметры вертолёта предполагаются следующие: 32-метровый передний винт даёт тягу 50 тонн,два 21-метровых задних - по 25 тонн каждый,то есть полная подъёмная сила составит 100 тонн.При собственном весе около 30
тонн вертолёт сможет принять 70 тонн груза; в связи с небольшим объёмом фюзеляжа внутренняя грузоподъёмность предполагается в пределах 30 тонн,а на внешней подвеске при отсутствии внутренней загрузки - до 70 тонн.Максимальный взлётный вес аппарата - 100 тонн.

Управление валами винтов - гидравлическим приводом от трёх независимых гидроавтоматов с электрической инициацией.
Соединение валов нагруженных турбин с редуктором в процессе эксплуатации вертолёта не размыкается.Размыкание предусматривается на непосредственной связи главного редуктора и собственных редукторов винтов с их валами для перехода в авторотацию.Это делается с помощью соленоидного устройства,включаемого кнопкой с пульта управления; вторичное нажатие кнопки восстанавливает привод (предусматривается световой индикатор состояния).

Фюзеляж строится по принципу полумонокока со спецификацией набора в связи с наличием моторной рамы,требующей усиления в месте её установки: усиливаются мидель-шпангоут и два верхних стрингера.Также вводится дополнительный шпангоут и усиливаются два нижних стрингера в кормовой части,где монтируется буксирное устройство.Усиленными делаются и нижние стрингеры в центральной части фюзеляжа,где монтируются крепёж подвески и крановая лебёдка.

Вертолёт оборудуется тремя рымами для подвески на днище центральной части фюзеляжа и буксирным рымом в нижней части кормы.У задней стенки грузового отсека устанавливается лебёдка,предназначенная как для завозки груза в вертолёт,так и внешней буксировки.Грузовой отсек,как и у традиционных многоцелевых воздушных судов,оборудуется торцевым створчатым люком для приёма крупногабаритного груза (при небольшой длине отсека возможна перевозка массивного груза).Для внешнего применения лебёдки в центре нижней части люка предусматривается клюз с прогонным блоком.