Итак, вы приобрели вертолет. Первый этап — сборка - скорее всего был пройден без особых проблем. Подавляющее большинство производителей поставляет модели в комплекте с исчерпывающим руководством по сборке и настройке, да и совет опытного моделиста теперь получить гораздо проще. И вот теперь наступило время работы в поле - обкатки двигателя, окончательной подстройки механики, триммирования и облета.
Однако перед тем как проделать все это, имеет смысл поговорить немного о том, что вообще заставляет вертолет летать; какие силы действуют на конструкцию вертолета в полете и как контролировать их, заставляя вертолет подниматься, летать и выполнять различные маневры. Конечно, теория вертолетов – не самая простая для понимания вещь, однако мы постараемся, где это возможно, снабжать важные моменты иллюстрациями и примерами. Если же наш разговор разбудит в вас тягу к дальнейшему изучению, в интернете и в книжных магазинах можно найти массу информации для получения более глубокого, научного понимания принципов полета вертолетов.
Для начала давайте поговорим о балансе сил, воздействующих на вертолет в режиме висения, а затем рассмотрим методы изменения высоты, скорости и направления полета вертолета. Под термином "баланс сил" подразумеваются все силы, приложенные к вертолету и вызывающие его перемещение в любом направлении. В режиме висения воздействующие на вертолет силы уравновешивают друг друга, в результате чего достигается неподвижность в пространстве. Если же полного равновесия нет, результирующая сила заставляет вертолет перемещаться. Если ваш вертолет находится поблизости, вы можете сравнить теорию с тем, что происходит на практике. Просто включите пульт и бортовую аппаратуру и, перемещая ручки на пульте, понаблюдайте, что происходит с механикой вертолета. В дальнейшем это поможет вам понять, что происходит при том или ином маневре, и как это соотносится с движением ручки на пульте. В примерах подразумевается, что используемая аппаратура работает в режиме 2 (крен и тангаж на правой ручке), но если вы эксплуатируете пульт в режиме 1, принцип управления тот же.

Баланс сил в режиме висения



На рис. 1 изображен вертолет, находящийся в режиме висения, и силы, которые воздействуют на него в этот момент. Стрелка, направленная вертикально вниз, представляет вес вертолета (силу тяжести). Вес уравновешивается подъемной силой лопастей несущего ротора. В режиме висения две эти силы уравновешивают друг друга, поэтому вертолет не поднимается и не опускается. Очевидно, что управлять весом довольно проблематично, однако вы можете управлять подъемной силой несущего ротора. Вы можете подвигать ручкой
газа на своем передатчике и последить за поворотом воздушной заслонки двигателя и изменением шага лопастей основного ротора. Только убедитесь, что передатчик не находится в каком-либо специальном полетном режиме, поскольку в этом случае алгоритм управления двигателем и общим шагом может отличаться от нормального.
Еще пара важных замечаний по рис. 1.
Стрелка, обозначающая подъемную силу, проходит через вал основного ротора. Понятно, что сам вал никакой подъемной силы не создает; однако геометрическая сумма подъемных сил, создаваемых каждой лопастью, как раз и находится на оси несущего ротора (рис. 2).
Подъемная сила, создаваемая несущим ротором, всегда перпендикулярна плоскости его вращения.
На рис. 3 изображен вертолет в режиме висения при взгляде на него сверху. Так же, как и в случае с видом сбоку, очевидно, что все силы, действующие на вертолет, должны компенсировать друг друга для того, чтобы вертолет был неподвижен.
Рисунок показывает вертолет, у которого несущий ротор вращается по часовой стрелке при взгляде сверху; но все, что будет сказано ниже, также применимо и к вертолетам с обратным направлением вращения несущего ротора. Третий закон Ньютона гласит: "Действие рождает противодействие". Таким образом, несущий ротор, вращающийся по часовой стрелке, вызывает поворот корпуса вертолета против часовой стрелки. Это явление называется реактивным вращающим моментом несущего ротора, и любое изменение оборотов или шага ротора вызывает соответствующее изменение этого момента.
Назначение хвостового ротора -- компенсация реактивного момента несущего ротора. Когда тяга хвостового ротора уравновешивает реактивный момент несущего ротора, корпус вертолета неподвижен в горизонтальной плоскости. В противном случае, корпус разворачивается в ту или иную сторону. Снова отметим, что в режиме висения все силы должны уравновешивать друг друга.
Частота вращения хвостового ротора пропорциональна частоте вращения двигателя и несущего ротора, каковые в режиме висения являются постоянными или меняются незначительно. Поэтому тяга хвостового ротора задается с помощью изменения шага его лопастей; на вашем пульте этому действию соответствует перемещение левой ручки влево-вправо. Посмотрите на лопасти хвостового ротора и подвигайте левую ручку пульта из стороны в сторону: вы увидите, как изменяется угол атаки лопастей.
Есть одна тонкость, которую важно понимать: когда вы управляете шагом лопастей хвостового ротора, хвост всегда поворачивается в сторону, противоположную той, в которую вы сместили ручки управления. Это происходит потому, что вы управляете не хвостом в отдельности, а вертолетом целиком, следить же при разворотах необходимо за носом вертолета, который как раз и будет поворачиваться в сторону, соответствующую наклону ручки управления.
Попытка управлять вертолетом, глядя на хвост, - очень распространенная ошибка, и ее стоит избегать.
На рис. 4 изображен вид на вертолет сзади. Вертолет для наглядности наклонен вправо существенно больше обычного. Как мы помним, все силы в режиме висения уравновешивают друг друга. Как и раньше, мы видим, что существует сила тяжести, компенсируемая подъемной силой несущего ротора. Однако теперь ротор наклонен вправо. Поскольку сила тяги несущего ротора направлена перпендикулярно плоскости вращения, ее можно геометрически разложить на две составляющие: вертикальную и горизонтальную (это разложение относится к векторной алгебре, и всеми изучалось в школе, а потому не будет рассматриваться в подробностях). Чтобы вертолет находился на одной высоте, вертикальная составляющая силы тяги несущего ротора должна уравновешивать силу тяжести.
Теперь обратим внимание на хвостовой ротор. Тяга хвостового ротора направлена влево, и для ее компенсации как раз и требуется наклон вправо несущего ротора. Горизонтальная составляющая силы тяги несущего ротора направлена в противоположную сторону и компенсирует тягу хвостового ротора, удерживая вертолет от скольжения вправо или влево.



Вертолет в движении Подъем и спуск

Снова обратимся к рис. 1, где подъемная сила несущего ротора компенсирует силу тяжести, что приводит к нахождению вертолета на одной высоте. Для того, чтобы выполнить подъем, нужно просто добиться, чтобы подъемная сила стала больше, чем сила тяжести. Величина разности между подъемной силой и силой тяжести определит скорость подъема.
Подъемная сила может увеличиваться двумя основными способами - увеличением скорости вращения несущего ротора, или увеличением шага его лопастей. Очевидно, что у вертолета с фиксированным шагом несущего ротора подъемная сила зависит только от скорости вращения такового, тогда как на моделях с изменяемым общим шагом несущего ротора диапазон рабочих оборотов несущего ротора стараются сделать максимально узким, и подъемной силой управляют главным образом с помощью изменения общего шага.
Если у вас вертолет с изменяемым общим шагом, включите аппаратуру управления и попробуйте подвигать ручкой газа. Вы увидите, что шаг лопастей несущего ротора изменяется.
Пару слов стоит сказать про особый случай: взлет с наклонной поверхности. Взгляните на рис. 5. На нем показан вид сзади на вертолет, поднимающийся со склона холма. Уклон увеличен для наглядности.
Как уже было сказано, направление тяги ротора всегда перпендикулярно плоскости вращения. А поскольку вертолет накренен, сила тяги несущего ротора имеет горизонтальную составляющую. В результате, как только вертолет оторвется от земли, он начнет скользить. Поэтому, при взлете с неровной поверхности необходимо в момент отрыва убрать крен соответствующими ручками пульта, чтобы не допустить скольжения вертолета.

Переход в прямолинейный полет



На рис. 6 показан вертолет, переходящий к прямолинейному полету из режима висения. Рассмотрим несколько важных положений.
Общая подъемная сила несущего ротора складывается из подъемных сил, создаваемых передней и задней половиной диска несущего ротора (окружности, описываемой ротором). Это важно, поскольку раньше мы не рассматривали тот факт, что подъемная сила может изменяться от секции к секции диска. А это как раз то, что позволяет вертолету менять направление передвижения.
Сумма подъемных сил передней и задней половины диска несущего ротора равна общей подъемной силе.
Поскольку подъемная сила задней половины диска больше, чем подъемная сила передней половины, вертолет опускает нос и поднимает хвост, кренясь вперед.
После того как вертолет накренился, у силы тяги несущего ротора появляется горизонтальная составляющая, вызывающая скольжение вертолета в направлении крена (вперед).
При включенной аппаратуре сдвиньте вперед ручку управления продольным креном и понаблюдайте за тем, как наклоняется вперед тарелка автомата перекоса. Возврат ручки в нейтральное положение вызывает выравнивание тарелки, а смещение ручки назад - соответствующий наклон тарелки назад. Эти перемещения тарелки в полете вызывают вертикальное перемещение носа модели: перемещение ручки вперед заставляет нос опуститься, назад — подняться.
Для того чтобы понять, как наклон тарелки автомата перекоса влияет на подъемную силу лопастей, попробуйте сдвинуть ручку продольного крена максимально вперед, и, удерживая ее в таком положении, мягко толкните одну из несущих лопастей так, чтобы ротор начал медленно вращаться. Вы увидите, что каждая лопасть меняет свой шаг циклически каждый оборот. Это изменение называется циклическим шагом, благодаря которому разные сегменты диска несущего ротора могут иметь разную подъемную силу, пропорциональную шагу лопастей. Так как перемещение ручки крена вперед соответствует подъему хвоста и опусканию носа, вы можете ожидать, что максимальный шаг (максимальную подъемную силу) лопасти будут иметь, находясь в задней части диска. Однако если вы взглянете внимательно на вращающийся ротор, вы заметите, что это не так: лопасти имеют максимальный и минимальный шаг примерно за 90° до крайнего заднего положения. Это несоответствие объясняется явлением гироскопической прецессии.

Гироскопическая прецессия



Вращающийся несущий ротор работает как гироскоп, а гироскопическая прецессия — это реакция гироскопа на приложенную к нему силу. На практике она выражается в примерно 90-градусном запаздывании реакции лопастей на управляющие воздействия (рис. 8). То есть, если, скажем, у одной из лопастей шаг увеличен, и она начинает подниматься, а другой шаг уменьшен, и она начинает опускаться, то произойдет это спустя примерно четверть оборота ротора.
Вот почему при выполнении крена вперед максимальный и минимальный шаг лопасти имеют, находясь перпендикулярно продольной оси вертолета.

Движение в стороны



Точно так же, как и движение вперед-назад, выполняется перемещение в стороны. Для этого подъемная сила правой половины диска ротора делается выше левой, или наоборот (рис. 9). Еще раз включите аппаратуру и подвигайте правой ручкой из стороны в сторону. Перемещение ручки вправо вызывает наклон тарелки перекоса вправо и крен вертолета в ту же сторону. Перемещение ручки влево вызывает противоположную реакцию.

Поворот вокруг вертикальной оси

Мы уже знаем, что хвостовой ротор позволяет компенсировать реактивный момент несущего ротора. Однако он же позволяет выполнять поворот вертолета вокруг вертикальной оси за счет изменения его тяги. Для этого в нужный момент меняется шаг лопастей хвостового ротора. Попробуйте перемещать из стороны в сторону левую ручку пульта и последите за изменением шага лопастей. Помните, что перемещение ручки в сторону вызывает поворот хвостовой балки в противоположную сторону, поскольку следить во время полета необходимо за носом модели.

Эффект земли

Когда вертолет висит на высоте меньшей, чем диаметр несущего ротора, становится заметным так называемый "эффект земли". Выражается он в том, что воздушная масса, отбрасываемая вниз несущим ротором, создает "подушку" воздуха повышенного давления. Для точного понимания механизма возникновения эффекта земли вам потребуется изучить специальную литературу, мы же обратим внимание на практическую сторону этого эффекта: по опыту пилотирования настоящих вертолетов можно сказать, что эффект земли проявляется в увеличении неустойчивости машины в висении. Это почти как сидеть на большом шаре, и делать все, чтобы с этого шара не упасть.
Некоторые пилоты моделей вертолетов говорят, что на моделях тоже ощущается этот эффект. Однако непонятно, проявляется ли он на всех моделях вертолетов? Возможно, некоторые модели более чувствительны к эффекту земли, чем другие. Ветер также очень сильно влияет на проявление эффекта земли: при сильном ветре воздушная подушка "выдувается" из- под несущего ротора, и эффект становится существенно менее заметен.

Подъемная сила при поступательном движении

При поступательном движении вертолета подъемная сила несущего ротора увеличивается. Это объясняется тем, что в движении через ротор проходит больше воздуха, и его эффективность увеличивается. Это увеличение подъемной силы заметно при перемещении вертолета в любую сторону. Подъемная сила увеличивается пропорционально горизонтальной скорости полета. В полете изменение подъемной силы заметно по улучшению летных качеств модели.
Поскольку увеличение подъемной силы зависит от скорости движения вертолета относительно воздуха, оно может проявляться и в режиме висения, если присутствует заметный ветер. Дополнительная подъемная сила может как помогать, так и мешать. Она полезна при висении и горизонтальном полете, поскольку позволяет экономить энергию; однако, если ветер порывистый, изменение подъемной силы тоже может
быть резким и неожиданным, что делает пилотирование довольно рискованным занятием. По этой причине важно выбирать для обучения полетам дни, когда сила ветра не превышает 2-5 м/с.

Авторотация

Этот термин обозначает полет вертолета с двигателем, заглушенным или работающим на холостых оборотах, т. е. не отдающим мощность несущему ротору. В этом режиме ротор вращается за счет набегающего потока воздуха. Когда двигатель вращает несущий ротор, воздушный поток отбрасывается с лопастей вниз. Во время же авторотации воздух проходит сквозь лопасти вверх. Этот поток воздуха в совокупности с отрицательным шагом лопастей позволяют несущему ротору продолжать вращаться, поэтому вертолет сохраняет управляемость при снижении.
Вертолеты с поддержкой авторотации имеют обгонную муфту, позволяющую несущему ротору вращаться после остановки двигателя. Строго говоря, наличие поддержки авторотации необязательно, однако при ее отсутствии остановка двигателя в полете приводит к тяжелым поломкам вертолета практически со 100%-ной вероятностью.