Экспериментальные исследования непреднамеренного вращения одновинтовых вертолетов по рысканию

При выполнении полетов на одновинтовых вертолетах периодически происходят авиационные происшествия, связанные с возникновением непреднамеренного вращения вертолета по рысканию. Своевременные и правильные действия летчика могут привести к выходу из данной опасной ситуации. Но важно также понимать, при каких условиях возникает непреднамеренное вращение, и существуют ли такие условия, при которых летчик не может повлиять на непреднамеренное вращение, чтобы по возможности избегать попадания в эти условия. Как показывает анализ литературы, у исследователей, изучающих данное явление, нет единого мнения об условиях возникновения непреднамеренного вращения. В связи с этим было решено провести ряд экспериментов с моделями вертолета и воздушного винта в аэродинамической трубе. В качестве основного объекта исследования использовалась радиоуправляемая модель вертолета Blade 130 X, закрепленная на вращающейся вокруг вертикальной оси платформе, которая была установлена на вертикальной державке. Для создания воздушного потока использовался учебнолабораторный аэродинамический комплекс кафедры «Аэродинамика, конструкция и прочность летательных аппаратов» Московского государственного технического университета гражданской авиации (МГТУ ГА). Была произведена серия динамических экспериментов с целью определения условий, при которых может возникнуть режим непреднамеренного вращения. Анализ экспериментов показал, что существует диапазон углов скольжения, в котором при определенной скорости набегающего потока воздуха балансировка вертолета по рысканию невозможна, и при попадании вертолета в данный диапазон это неминуемо приводит к возникновению непреднамеренного вращения вертолета по рысканию. Невозможность балансировки вертолета по рысканию возникает при отрицательных углах скольжения из-за снижения тяги рулевого винта вследствие обдувки его набегающим потоком воздуха на уменьшение углов атаки лопастей, что усугубляется воздействием аэродинамического момента планера вертолета, направленного в сторону действия реактивного момента несущего винта, если планер вертолета обладает путевой устойчивостью. В этих условиях потребный шаг рулевого винта больше, чем располагаемый, в связи с чем летчик не в состоянии парировать начавшееся непреднамеренное вращение вертолета по рысканию. Возможность начала непреднамеренного вращения вертолета по рысканию из-за влияния несущего винта на рулевой винт в экспериментах не подтвердилась. В экспериментах также не удалось создать условия, при которых возникло бы непреднамеренное вращение из-за появления режима «вихревого кольца» на рулевом винте.

1. Captain Hewetson M.J.T. Tail Rotor Breakaway // US Army Aviation Digest. 1980. Vol. 26, no. 6. Pp. 40-41.

2. Captain Snellen D.M. Loss of tail rotor effectiveness. Why it occurs // US Army Avia-tion Digest. 1984. Vol. 30, no. 9. Pp. 31-35.

3. Анимица В.А., Леонтьев В.А. О «самопроизвольном» вращении одновинтовых вертолетов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2011. № 172. С. 96-102.

4. Браверман А.С., Вайнтруб А.П. Динамика вертолета. Предельные режимы полета. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.

5. Леонтьев В.А. Расчетно-экспериментальные исследования характеристик рулевого винта при вращении вертолета вокруг вертикальной оси / В.А. Леонтьев, В.С. Крымский, Ю.М. Игнаткин, П.В. Макеев // Труды МАИ. 2017. № 93. С. 4.

6. Володко А.М. Основы аэродинамики и динамики полета вертолетов. М.: Транспорт, 1988. 342 с.

7. Володко А.М. Вертолет в особой ситуации. М.: Транспорт, 1992. 262 с.

8. Володко А.М. Вертолет в усложненных условиях эксплуатации: учеб.-метод. пособие. М.: КДУ, 2007. 232 с.

9. Беличенко И.А. Самопроизвольный разворот // Вертолет. 2000. № 1. С. 24-25.

10. Ивчин В.А. Новая модель рулевого винта одновинтового вертолета с учетом влияния несущего винта // Гражданская авиация на современном этапе развития науки, техники и общества: сборник тезисов докладов. М.: Академия им. Н.Е. Жуковского, 2018. С. 92.

11. Юрьев Б.Н. Аэродинамический расчет вертолетов. М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1956. 560 с.

12. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное исследование аэродинамической интерференции несущего и рулевого винтов вертолета на особых режимах полета // Научный вестник МГТУ ГА. 2014. № 200. С. 47-54.

13. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Интерференция несущего и рулевого винтов вертолета при полете со скольжением // Труды МАИ. 2015. № 82. С.11.

14. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Численное моделирование интерференции несущего и рулевого винтов вертолета на базе нелинейной лопастной вихревой модели // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 1. С. 41-47.

15. Игнаткин Ю.М. Расчетные исследования аэродинамических характеристик рулевого винта одновинтового вертолета с учетом индуктивного воздействия вихревого следа несущего винта на режимах висения при боковом ветре / Ю.М. Игнаткин, П.В. Макеев, А.И. Шомов, В.А. Ивчин // Научный вестник МГТУ ГА. 2016. Том 19, № 6. С. 58-67.

16. Игнаткин Ю.М. Расчетные исследования аэродинамических комбинации несущего и рулевого винтов с учетом аэродинамической интерференции для вертолета Ми-8/17 при полете с малыми скоростями со скольжением / Ю.М. Игнаткин, П.В. Макеев, А.И. Шомов, В.А. Ивчин // Общероссийский научно-технический журнал «Полет». 2017. № 5. С. 30-39.

17. Игнаткин Ю.М., Макеев П.В., Шомов А.И. Программный комплекс для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолетов на базе нелинейной лопастной вихревой теории // Труды МАИ. 2010. № 38. С. 3.

18. Игнаткин Ю.М. Нелинейная лопастная вихревая теория винта и ее приложения для расчета аэродинамических характеристик несущих и рулевых винтов вертолета / Ю.М. Игнаткин, П.В. Макеев, Б.С. Гревцов Б.С., А.И. Шомов // Вестник МАИ. 2009. Т. 16, № 5. С. 3.

19. Dequin A.-M. The Myth of Losing Tail Rotor Effectiveness // Presented at 45th European Rotorcraft Forum. Warsaw, Poland, 17-20 September 2019. 15 p.