Соосная схема — схема построения вертолёта (или же авиационных винтов ), при которой пара установленных параллельно винтов вращается в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси .

На винтокрылых аппаратах позволяет взаимно компенсировать реактивные моменты пары несущих винтов , сохранив максимально плотную компоновку приводов.

Данная конфигурация наиболее широко представлена в серийно выпускаемых вертолётах фирмы Камов .

Описание

Соосные несущие винты позволяют получить требуемую силу тяги при относительно небольшом диаметре несущей системы (лопастях), так как хорошо используется ометаемая площадь , и нижний винт подсасывает добавочный воздух сбоку. Вертолёт с соосными несущими винтами имеет относительно малые габариты , достаточно компактен, что упрощает его обслуживание, хранение, транспортировку, расширяет область применения. Малые габариты, уменьшая разность масс, создают малые моменты инерции , поэтому у вертолёта большие угловые скорости вращения и высокая манёвренность .

Симметричная компоновка с минимальным разносом винтов упрощает пилотаж в условиях порывистого ветра, что особенно ценно при работе с кораблей или в горной местности. Отсутствие громоздкой хвостовой балки облегчает пилотирование на малых высотах, повышает безопасность полёта над пересеченной местностью, упрощает выполнение вынужденных посадок. Упрощается переход на режим самовращения несущих винтов и обучение полетам на вертолете.

Исключение потерь на привод хвостового винта дает возможность уменьшить диаметр несущих винтов, так как улучшается использование мощности двигателя. Уменьшение длины лопастей винтов приводит к уменьшению веса конструкции вертолета и увеличению коэффициента весовой отдачи (отношения полезной нагрузки к полётному весу). Принципиально на соосном вертолете можно обеспечить меньший уровень вибраций , если нагрузки от винтов противоположны по фазе. Снижению уровня вибраций также способствует меньший диаметр несущих винтов, большее число лопастей и отсутствие проходящих через весь фюзеляж силовых валов .

Однако, по сравнению с классической схемой с рулевым винтом , соосная схема гораздо сложнее в техническом и конструктивном плане. Наличие двух, проходящих один в другом, соосных валов и реализация управления циклическим шагом винтов усложняют конструкцию трансмиссии , повышают стоимость её производства и эксплуатации. Для безопасной эксплуатации соосных вертолетов следует исключить схлёстывание лопастей при любых манёврах, но большой разнос винтов дополнительно утяжеляет конструкцию и существенно увеличивает высоту вертолета, что особенно заметно при использовании винтов с шарнирным креплением лопастей.

При высоком расположении несущей системы, центра тяжести вертолёта, упругом вале винта и шарнирном креплении лопастей усложняется решение проблемы земного резонанса .

Некоторые особенности имеет и флаттер лопастей. На соосных вертолетах трудно устранить оборотные вибрации. Нижний несущий винт, работающий в потоке верхнего винта, имеет меньшую эффективность.

Достоинства и недостатки

Достоинства соосной схемы:

• минимальные габаритные размеры, так как лопасти соосных винтов короче несущих лопастей вертолётов с рулевым винтом схожего класса. Требуется минимальная по сравнению с другими схемами взлетно-посадочная площадка;
• компактность трансмиссии . Практически вся трансмиссия расположена вдоль одного вала ;
• сравнительная простота управления. Все органы управления расположены рядом с трансмиссией, причём при совершении манёвров не затрачивается дополнительная мощность от двигателей;
• лучшая устойчивость при прямолинейном движении на большой скорости вследствие уменьшения вибраций;
• меньшее число критически уязвимых узлов, таких как и рулевой винт одновинтовых вертолетов;
• бо́льшая по сравнению с традиционной схемой тяговооружённость — минимум на 20 % на режиме висения. Нет потери мощности на рулевой винт , к тому же нижний винт работает не полностью в воздушном потоке верхнего винта, а подсасывает дополнительный воздух;
• аэродинамическая симметрия схемы. Аппарат соосной схемы может совершать полет в любом направлении практически с одинаковой эффективностью;
• уменьшение вибраций, чему способствуют меньшие размеры несущих винтов;
• безопасность для обслуживающего персонала. Отсутствие хвостового винта уменьшает вероятность травм.

Недостатки:

• ухудшение коэффициента полезного действия несущих винтов из-за их взаимного влияния в различных режимах полёта по сравнению с продольной и поперечной схемами;
• сравнительно большая высота вертолёта вследствие большого расстояния между винтами, это в свою очередь увеличивает аэродинамическое сопротивление , которое отрицательно сказывается на максимальной горизонтальной скорости;
• вероятность перехлеста лопастей на критических режимах полета (хотя, перехлест может наступать приблизительно в таких же режимах полёта, что и у несущего винта с хвостовой балкой классической схемы);
• несколько бо́льшая скорость планирования на режиме авторотации , то есть самовращения несущих винтов под действием набегающего воздушного потока;
• более трудное обеспечение путевой устойчивости из-за присущего схеме короткого фюзеляжа, поэтому большинство соосных вертолетов имеет развитое вертикальное оперение ;
• сложность производства, ремонта и обслуживания

В вертолётостроении

Содержимое этой статьи нуждается в чистке . Текст содержит много маловажных , неэнциклопедичных или устаревших подробностей. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей .

Соосный несущий винт был известен задолго до идеи создания вертолёта с рулевым винтом: так, в 1754 году «отец российской науки» Михаил Ломоносов предложил использовать для подъёма метеорологического зонда механизм с соосным винтом, механизм приводился в движение с помощью заводной пружины.

• Первый патент на соосное расположение несущих винтов летательного аппарата был выдан в 1859 году англичанину Генри Брайту.
• Во Франции в 1860 году построил модель вертолёта соосной схемы с паровым двигателем .
• Игорь Сикорский делал свои первые шаги в вертолетостроении в 1900 году именно с прототипов беспилотных вертолётов с соосным винтом.
• В 1914 году датчанин спроектировал свой соосный вертолет.
• В Австрии Стефан Петроци построил несколько соосных беспилотных вертолётов с электромоторами в течение 1917 — 1920 гг. Вертолет мог находиться только в режиме висения.
• Аргентинец Рауль Пескара построил соосный вертолёт в 1919 — 1920 гг.; вертолёт имел 4 винта, в противоположные стороны вращались пары винтов соединённые по типу биплана . В начале 1920-х Рауль Петерас-Пескара работал над вертолетом соосной схемы, в котором впервые применил для управления вертолётом автомат перекоса .
• В 1930 году итальянец Corradino d’Ascanio построил соосный вертолет, управление на котором осуществлялось с помощью серволопастей, аналогичное решение используется на Kaman HH-43 Huskie .
• В течение 1930— 1936 годов был построен первый соосный вертолёт с автоматами перекоса, он был построен французами Луи Бреге и Рене Дораном. Первым полностью управляемым стал вертолет , построенный Луи Шарлем Бреге и Рене Дораном в 1936 году .

• Американец в возрасте 18 лет построил первый соосный вертолёт с полностью металлическими сверхжёсткими стальными лопастями. Первый полёт на этом вертолёте Хиллер совершил в 1944 году. Конструкция оказалась настолько удачной, что сам Хиллер часто демонстрировал его устойчивость, отпуская рычаги управления и высовывая руки из окон.
• В течение 1945-1946 гг. американская компания Bendix Helicopters построила несколько прототипов (Model K, L и J) , которым соосная схема позволила летать без хвостовой балки и оперения.

В Советском Союзе темой соосных вертолетов впервые занялся коллектив Яковлева в 1944 году; чуть позже, в 1945 году, за работу взялся коллектив энтузиастов под руководством Н. И. Камова (стоит отметить, что ещё в российской империи первые два прототипа вертолёта Игоря Сикорского (создателя первого успешного вертолета классической схемы V-300) были выполнены (1900) по соосной схеме ). Вертолет Яковлева « Шутка » впервые поднялся в воздух 20 декабря 1947 года , а вертолёт Камова Ка-8 — несколько ранее, 12 ноября 1947 года . Однако, именно для конструкторского бюро Камова соосная схема стала основной, по сей день вертолёты Камова — единственные в мире вертолёты с соосной схемой, выпускаемые серийно.

В Советском Союзе первый соосник построили в КБ Яковлева, назывался он «Изделие Ш» или «Шутка», первый полет состоялся в 1947 году .

• Первый вертолёт Камова Ка-8 «Иркутянин» поднялся в воздух также в 1947 году;
• Ка-10 «Иркутянин» — дальнейшее развитие Ка-8 (1949 год);
• Ка-15 — первый соосный вертолет, выпущенный большой серией (1953 год);
• Ка-18 «Малютка» (1956 год);
• Ка-27 — противолодочный вертолет (1956 год);
• Ка-25 (1961 год);
• Ка-26 (1965 год);
• Sikorsky S-69 / (1973 год);
• Ка-29 (1976 год);
• Ка-32 (1980 год);
• Ка-28 (1982 год);
• Ка-50 «Чёрная акула» (1982 год);
• Ка-126 (1988 год);
• Ка-37 (1993 год);
• (1995 год);
• Ка-52 «Аллигатор» (1997);
• Ка-226 (модернизация Ка-26; 1997);
• Ка-115 «Москвичка» (проект середины 90-х );
• Ка-137 «Пепелац» (1999);
• Беркут-ВЛ (проект 2000-х)
• Breguet Aviation : — прототип cоосного вертолёта, 30-е годы;
• Sikorsky X2 (первый полёт — 2008; проект закрыт в 2011);
• Sikorsky S-97 Raider (первый полёт — 2015)

• 
  Ка-50
• 
• 
  Гироплан QH-50 DASH
• 
  Ка-27
• 
  Беркут-ВЛ

В самолётостроении

• Ту-95 — советский и российский турбовинтовой стратегический бомбардировщик - ракетоносец . В связи с огромной мощностью , передаваемой на воздушный винт , была принята концепция соосного ВВ противоположного вращения (в противном случае диаметр винта превышал бы 7 метров, что было недопустимо по компоновочным соображениям).
• Ан-22 — советский тяжёлый турбовинтовой транспортный самолёт , самый большой в мире турбовинтовой самолёт.
• Фэйри Гэннет (Fairey Gannet) — британский палубный противолодочный самолёт и самолёт ДРЛО 50-х — 70-х годов.
• ( ) — британский палубный многоцелевой боевой самолёт, применявшийся с 1950 по 1958 .
• ( ) — американский опытный палубный штурмовик , разрабатывавшийся с 1945 по 1950 год . По внешнему виду и строению винтомоторной группы схож с британским Westland Wyvern.
• — французский опытный двухмоторный истребитель разрабатывавшийся до и некоторое время после Второй Мировой войны. Интересен размещением обоих двигателей в фюзеляже , причём первый — перед кабиной пилота , второй — за ней (на манер P-39 Airacobra )

Соосная схема в авиамоделизме

Упрощенная соосная схема широко применяется в самых простых и миниатюрных моделях вертолётов. В такой модели винты независимо управляются по скорости вращения, что обеспечивает стабилизацию модели по вращению и поворот. Полет вперед-назад чаще всего обеспечивается небольшим третьим горизонтальным хвостовым винтом, который регулирует тангаж.

Данный вид моделей обладает гораздо большей устойчивостью по сравнению с классической схемой, что делает модель идеальной для новичков и/или полётов в закрытом помещении. Но у этой схемы есть минусы:

• большинство таких моделей обладают фиксированным шагом, что значительно упрощает модель, но ухудшает управляемость модели по курсу;
• невозможность полётов на улице в ветреную погоду.

Примечания

Ссылки

• от 23 сентября 2016 на Wayback Machine (англ.)
• (англ.)