Набор высоты

Как уже известно, из главы «Взлет и висение у земли», набор высоты на вертолете можно производить двумя способами: с поступательной скоростью по пологой траектории и вертикально.

Набор высоты на вертолете преимущественно производится с поступательной скоростью, так как при таком наборе высоты, помимо большей скороподъемности, проще и пилотирование вертолета вследствие его несколько лучшей устойчивости, чем при вертикальном наборе без поступательной скорости.

Ознакомимся подробнее с этими режимами полета. Рассмотрим график (рис. 60) кривых: потребной мощности для горизонтального полета вертолета и располагаемой мощности установленного на вертолете двигателя в зависимости от скорости полета.

График располагаемой и потребной мощностей полета вертолета

Рис. 60. График располагаемой и потребной мощностей для горизонтального полета вертолета

Нижняя кривая показывает изменение потребных мощностей горизонтального полета вертолета в зависимости от его скорости. Необычный, несколько своеобразный характер этой кривой объясняется тем, что коэффициент полезного действия несущего винта вертолета при косой обдувке в поступательном полете значительно выше, чем при осевой обдувке на висении, вследствие резкого уменьшения индуктивных потерь.

Возрастание потребной мощности горизонтального полета при дальнейшем увеличении скорости полета, несмотря на продолжающееся уменьшение индуктивных потерь, правда менее интенсивное, объясняется ростом профильного сопротивления, а главное — резким возрастанием вредного сопротивления вертолета.

Такое интенсивное возрастание вредного сопротивления вертолета с ростом скорости полета объясняется увеличением наклона оси фюзеляжа к горизонту по мере увеличения скорости полета, что в свою очередь заметно увеличивает мидель фюзеляжа и ухудшает условия его обтекания (рис. 61).

Изменение миделя фюзеляжа на большой скорости
Рис. 61. Изменение миделя фюзеляжа на большой скорости

Верхняя кривая дает представление об изменении располагаемой мощности на несущем винте вертолета в зависимости от скорости полета.

Располагаемая мощность на несущем винте отличается от располагаемой мощности двигателя, которая не зависит от скорости полета, на величину мощностей, затрачиваемых на рулевой винт, охлаждение двигателя и на трение в трансмиссии.

Мощность, расходуемая на охлаждение двигателя, практически не зависит от скорости полета, а мощность, затрачиваемая на рулевой винт, на средних скоростях полета слегка уменьшается за счет увеличения его коэффициента полезного действия, а затем вновь начинает возрастать; по этой причине располагаемая мощность на несущем винте также слегка изменяется.

Как известно, в случае равенства потребной и располагаемой мощностей летательный аппарат способен выполнять горизонтальный полет.

Из графика видно, что располагаемая и потребная мощности вертолета равны в точке их пересечения (точка В).

Эта точка соответствует его максимальной скорости горизонтального полета, так как при дальнейшем увеличении скорости полета потребная мощность становится больше располагаемой; следовательно, вертолет может продолжать полет на этой скорости только со снижением.

В точке А потребная мощность горизонтального полета (скорость полета здесь равна нулю) меньше располагаемой; следовательно, вертолет вследствие наличия избытка мощности способен набирать высоту вертикально. Скороподъемность вертолета может быть определена по формуле:

Скороподъемность вертолета - формула

где,

N — избыток мощности;

G — полетный вес вертолета.

Из формулы видно, что чем больше AN, тем больше и Vy. Из графика следует, что с ростом скорости полета вертолета AN вначале растет до какой-то скорости (точка Б), а затем начинает уменьшаться и становится равной нулю в точке В.

Следовательно, максимальная скороподъемность вертолета будет при скорости его полета, соответствующей точке Б, на номинальном режиме работы двигателя.

Точка Б с достаточной точностью может быть найдена путем проведения касательной, параллельной оси скоростей, к кривой потребных мощностей горизонтального полета данного вертолета.

Проследим последовательность действий летчика при наборе высоты с поступательной скоростью.

Выполнив взлет и разгон до скорости, несколько меньшей, чем наивыгоднейшая скорость набора высоты, небольшим плавным движением ручки управления на себя (движение ручки должно быть двойным) летчик, приподняв нос вертолета, переводит его в набор высоты.

В процессе взлета и разгона следует очень внимательно контролировать на слух плавность работы двигателя. При переводе вертолета в набор высоты необходимо по приборам контроля работы двигателя проверить наддув и обороты, а также давление масла, бензина и температуры го-, ловок цилиндров и масла.

Если наддув и обороты двигателя соответствуют номинальному режиму и  показания остальных  приборов  нормальны,   можно  продолжать  набор  высоты. В тех случаях, когда наддув двигателя или его обороты отличаются от номинальных, следует привести их номинальным величинам.

Порядок действий при этом должен быть следующим:

1) если обороты двигателя номинальные, а наддув меньше поминального, следует, не поворачивая рукоятки коррекции газа, немного поднять рычаг «шаг-газ» вверх;

2) если наддув номинальный, а обороты больше или меньше номинальных, следует при излишних оборотах, повернув рукоятку коррекции газа в сторону уменьшения газа, убавить обороты до номинальных; при меньших оборотах следует, повернув рукоятку коррекции в сторону увеличения газа, увеличить обороты до номинальных.

В обоих случаях при изменении наддува двигателя вследствие поворота рукоятки коррекции нужно довести его до номинального значения соответствующим перемещением рычага «шаг-газ».

Как уже говорилось ранее, выдерживание наивыгоднейшей скорости набора высоты, так же как и на самолете, облегчается в том случае, если летчик запоминает положение фюзеляжа вертолета в пространстве при этом режиме полета, ориентируясь по положению линии естественного горизонта на переднем стекле кабины летчика.

Следует отметить, что запоминание положения фюзеляжа любого летательного аппарата — вертолета, самолета или планера — на любом режиме полета практикуется всеми летчиками в визуальных полетах (при видимости горизонта и земной поверхности).

Четкое представление положения летательного аппарата относительно естественного горизонта на всех режимах полета, помимо значительного упрощения его пилотирования, является необходимым условием при выполнении полета в случае отказа указателя скорости или приборов контроля работы двигателя.

Вследствие того что на рассматриваемом одновинтовом вертолете установлен высотный двигатель, по мере набора высоты при неизменном положении рычага «шаг-газ» и рукоятки коррекции обороты двигателя, а следовательно, и несущего винта начинают возрастать. Разберем это явление подробнее.

Высотным двигателем называется такой двигатель, мощность которого сохраняется до известной высоты. У обычного невысотного двигателя по мере набора высоты мощность все время уменьшается вследствие уменьшения с высотой плотности воздуха (рис. 62).

График изменения мощности двигателя в зависимости от высоты полета
Рис. 62. График изменения мощности двигателя в зависимости от высоты полета

Для сохранения мощности двигателя на высоте его снабжают специальным нагнетателем воздуха, который обеспечивает нормальное давление воздуха на входе в двигатель до заданной высоты.

Нагнетатель, установленный на двигателе, снабжается автоматически работающим регулятором постоянного давления (РПД) воздуха на выходе его из нагнетателя.

Это необходимо для того, чтобы у земли, где воздуха достаточно и без нагнетателя, двигатель не имел «перенаддува», т. е. чтобы в двигатель не подавался воздух с чрезмерно большим избыточным давлением. «Перенаддув» опасен для двигателя вследствие возрастания его мощности. Изменение мощности двигателя в зависимости от высоты показано на рис. 62.

Из рисунка видно, что мощность высотного двигателя с увеличением высоты не только сохраняется неизменной, но даже слегка возрастает. Происходит это потому, что с увеличением высоты уменьшается противодавление на выхлопе двигателя и понижается температура окружающего воздуха при неизменном давлении его на всасывании.

Высота, на которой мощность двигателя достигает максимума, называется границей высотности двигателя, или расчетной высотой.

Здесь уместно упомянуть, что форсирование двигателя на взлете производится за счет отключения РПД и принудительного открытия дроссельной заслонки карбюратора. При взлете с высокогорной площадки, имеющей высоту, близкую к границе высотности двигателя, нельзя, поэтому получить форсированной мощности двигателя, так как в этом случае заслонка карбюратора уже на номинальной мощности открыта полностью.

При взлете с высокогорных площадок, лежащих на высотах ниже границы высотности двигателя, использование его форсажной мощности возможно, но увеличение мощности при этом будет значительно меньше, чем на уровне моря.

Возрастание мощности высотного двигателя с набором высоты при одновременном падении плотности окружающего воздуха, вследствие чего несущий винт становится «легче», т. е. испытывает меньшее сопротивление, приводит к увеличению оборотов. Набор высоты на повышенных оборотах нежелателен, так как при этом повышается износ двигателя, сокращается срок его службы и значительно ухудшается коэффициент полезного действия несущего винта.

Поддержание постоянных оборотов двигателя при наборе высоты загружает внимание летчика и отвлекает его от пилотирования.

Для обеспечения пилотирования вертолета при наборе высоты и обеспечения нормальной скороподъемности его может быть рекомендован следующий способ сохранения средних номинальных оборотов двигателя.

Выполнив взлет и переведя вертолет в набор высоты, следует сразу же установить обороты двигателя на 30-50 в минуту менее номинальных при номинальном его наддуве. Когда вертолет наберет высоту, на которой обороты двигателя возрастут и превысят номинальные на 30-50 в минуту, следует расстопорив рычаг «шаг-газ», поднять его вверх до получения оборотов на 30-50 в минуту менее номинальныхи зафиксировать его в этом положении.

При повторном возрастании оборотов двигателя следует опять увеличить шаг и проделывать это до расчетной высоты двигателя. Перестановка рычага «шаг-газ» при этом производится примерно через 1000 м высоты.

При наборе высоты выше границы высотности двигателя рычаг «шаг-газ» должен оставаться в неизменном положении, так как обороты двигателя при дальнейшем наборе высоты возрастать уже не будут вследствие падения его мощности. Высота, на которой начнется падение наддува, и будет границей высотности двигателя.

Кривые изменения наддува двигателя и скороподъемности вертолета при этом способе показаны на рис. 63.

График изменения наддува и оборотов двигателя

Рис. 63. График изменения наддува и оборотов двигателя и изменения скороподъемности при наборе высоты

Следует остановиться еще на одной особенности пилотирования вертолета при наборе высоты.

Наивыгоднейшая скорость набора высоты неодинакова для различных высот. На вертолете с высотным двигателем наивыгоднейшая приборная скорость должна сохраняться неизменной до границы высотности двигателя. При дальнейшем наборе высоты ее следует уменьшать на 10 км/час на каждую тысячу метров. Уменьшать скорость надоплавно  в течение всего времени набора высоты выше границы высотности.

Истинная наивыгоднейшая скорость набора высоты несколько отличается от приборной, так как на вертолете установлен обычный указатель скорости, не дающий показаний истинной скорости.

На рис. 64 приведен график изменения приборной и истинной наивыгоднейших скоростей набора высоты, из которого видно, что истинная наивыгоднейшая скорость набора высоты все время плавно увеличивается, а выше границы высотности начинает понемногу уменьшаться.

График изменения приборной и истинной скоростей вертолета

Рис. 64. График изменения приборной и истинной скоростей набора высоты в зависимости от высоты полета

Точное выдерживание приборной наивыгоднейшей скорости по графику обеспечивает максимальную скороподъемность вертолета.

Говоря о наборе высоты на вертолете, мы все время имели в виду набор высоты с поступательной скоростью, т. е. под углом к горизонту. Такой вид набора высоты является основным для всех вертолетов, так как в случае набора высоты с поступательной скоростью скороподъемность любого вертолета в полтора-два раза больше, чем при вертикальном наборе.

Способность вертолета при необходимости производить набор высоты вертикально является важным преимуществом этого летательного аппарата.

Необходимо лишь иметь в виду, что вертикальный набор высоты на вертолете можно производить от земли до 10 м и от 150 м до статического потолка.

Набора высоты по вертикали в диапазоне высот 10-150 м следует избегать, так как в случае отказа двигателя в пределах этих высот не обеспечена безопасная посадка на режиме самовращения несущего винта. На этом вопросе подробнее остановимся в главе VI (раздел «Самовращение несущего винта. Опасная зона»).

В обычных условиях набор высоты по вертикали, как правило, не производится вследствие худшей устойчивости вертолета на этом режиме полета и значительно меньшей скороподъемности его.

Вертикальные взлеты с последующим набором высоты без поступательной скорости производятся лишь в особых случаях, например при взлете с площадки, ограниченной очень высокими препятствиями, из ущелья в горах и т. п.; конечно, в этом случае опасная зона 10-150 м может быть пройдена только вертикально, что хотя и рискованно, но оправдано обстановкой.