В процессе вывода вертолета из пикирования по мере отклонения конуса НВ назад углы атаки элементов профилей лопастей претерпевают изменения в передней и задней частях диска винта. Изменяются и аэродинамические силы: увеличиваются на азимуте 180° и уменьшаются на 0°. Под действием этих сил лопасти максимально взмахивают вверх в секторе 180–270° и максимально вниз — в секторе 0-90°, что вызывает на одновинтовых вертолетах наклон конуса НВ влево и появление кренящего вертолет момента влево.
Отклонение конуса НВ назад одновременно приводит к изменению положения лопастей относительно вала винта. Под действием сил Кориолиса лопасти НВ получают максимальное приращение угловой скорости вращения за счет поворота относительно вертикальных шарниров на азимуте 180° и максимально замедляются на 0°. На этих же азимутах максимально изменяется и подъемная сила. Следовательно, это способствует дополнительному завалу конуса НВ влево.
При выводе одновинтового вертолета из пикирования на него, кроме моментов от аэродинамических сил, возникающих при вращении НВ с угловой скоростью ωz, действуют и гироскопические моменты. Их источник — вращающиеся роторы, в первую очередь НВ, а также роторы РВ и двигателей.
Величина гироскопического момента может быть найдена из выражения
Мгир = Jωpωb sin γ, где J — момент инерции ротора; ωp — угловая скорость вращения ротора; ωb — угловая скорость вращения вертолета; γ — угол между векторами ωp и ωb. Анализ этих величин показывает, что все они, за исключением ωb, на ряде маневров практически постоянны. Чем энергичнее выполняется маневр, тем больше ωb и, соответственно, гироскопический момент, воздействующий на вертолет.
Направление гироскопического момента находим по правилу Жуковского: если гироскопу (ротору) сообщить вынужденное прецессионное движение, то на подшипники, в которых закреплена его ось, будет действовать пара сил с моментом Мгир, стремящимся кратчайшим путем установить ось собственного вращения параллельно оси вынужденного вращения вертолета так, чтобы направления векторов ωp и ωb совпали. Векторы угловых скоростей вращения роторов и вертолета Ми-24 на выводе из пикирования показаны на рис. 1.
Из рисунка следует, что гироскопические моменты двигателей при выводе вертолета из пикирования стремятся развернуть его влево. Гироскопический момент от НВ накреняет машину тоже влево. Рулевой винт влияния на вращение вертолета относительно оси Z не оказывает (у = 0). Таким образом, на этом маневре, например, Ми-24 стремится развернуться и накрениться влево под действием аэродинамических сил НВ и гироскопических моментов роторов.
Ввод в разворот одновинтового аппарата, с точки зрения действия моментов от аэродинамических и гироскопических сил, более сложен, так как вертолет одновременно вращается относительно осей X и Y. Рассмотрим их действие, например, при вводе Ми-24 в правый разворот.
На вводе в разворот вектор угловой скорости ωх совпадает с осью X. Под действием гироскопического момента от НВ возникает кабрирующий момент, одновременно от действия гироскопического момента РВ — разворачивающий момент влево. В процессе выполнения разворота вертолет вращается также и относительно оси Y. Под действием гироскопического момента от двигателей возникает кабрирующий момент, а от гироскопического момента РВ — кренящий момент вправо.
Рис. 1. Схема векторов угловых скоростей вращения роторов и вертолета Ми-24 на выводе из пикирования
По изложенной методике можно определить проявление дестабилизирующего воздействия на одновинтовой вертолет аэродинамических и гироскопических сил в процессе выполнения и других элементов маневрирования. Неуравновешенные разворачивающие и кренящие моменты, моменты на кабрирование и пикирование при выполнении наиболее распространенных эволюций вертолета Ми-24 представлены в табл. 1.
При выполнении ряда элементов пилотажа режим работы двигателей может изменяться от взлетного до малого газа. Это, в свою очередь, приводит к существенному изменению реактивных моментов от НВ и РВ, которые оказываются также неуравновешенными. Пилоту одновинтового вертолета эту особенность необходимо хорошо знать и своевременно парировать ее отрицательное проявление.
Так, при выводе из пикирования и вводе в горку частота вращения НВ возрастает. Система автоматического регулирования работы двигателей, стремясь поддержать частоту вращения НВ постоянной, переводит двигатели на пониженные режимы. Реактивный момент от НВ уменьшается, а тяга РВ возрастает за счет увеличившейся частоты его вращения. В связи с этим вертолет стремится развернуться вправо и накрениться влево. Возросшая частота вращения НВ в процессе выполнения маневра еще больше увеличивает кренящий гироскопический момент влево. Если разворачивающие моменты стремятся компенсировать друг друга, то кренящий момент влево будет представлять собой сумму моментов от действия аэродинамических, кориолисовых и гироскопических сил.
Ввод в правый разворот, для примера, сопровождается увеличением общего шага НВ, мощности двигателей и реактивного момента от НВ, который складывается с гироскопическим моментом от РВ, что противодействует развороту. Для парирования их «паразитного» суммарного воздействия пилот вынужден отклонять правую педаль на большую величину. Это приводит к увеличенным углам установки лопастей РВ и более высокой его тяге, которая, в свою очередь, препятствует крену вертолета вправо.
С увеличением реактивного момента от РВ появляется пикирующий момент, который становится тем больше, чем больше крен при вводе в разворот. Если вертолет входит в разворот с креном примерно до 30° («блинчиком»), то угловые скорости его вращения относительно связанных осей невелики. В результате кренящий, разворачивающий и кабрирующий моменты от гироскопических и кориолисовых сил практически компенсируются реактивными моментами от НВ, РВ и от увеличивающейся тяги РВ.
| Наименование маневра | Момент от аэродинамических сил на НВ | Момент от сил Кориолиса на НВ | Гироскопический момент | |||||||||
| относительно оси X | относительно оси Y | относительно оси Z | ||||||||||
| крен влево | крен вправо | крен влево | крен вправо | кабрирование | пикирование | крен влево | крен вправо | разворот влево | разворот вправо | кабрирование | пикирование | |
| Вывод из пикирования, ввод в горку | + | - | + | - | - | - | от НВ + | - | от двиг. + | - | - | - |
| Вывод из пикирования, вывод из горки | - | + | - | + | - | - | - | от НВ + | - | от двиг. + | - | - |
| Ввод в правый разворот | - | - | - | - | + | - | от РВ + | от РВ + | - | от НВ + | - | |
| от двиг. + | ||||||||||||
| Правый вираж | - | - | - | - | - | - | от РВ + | - | - | от двиг. + | - | |
| Ввод в левый разворот | - | - | - | - | - | + | от РВ + | - | - | от РВ + | - | от НВ + |
| от двиг. + | ||||||||||||
| Левый вираж | - | - | - | - | - | . | от РВ + | - | - | - | - | от двиг. + |