第二次世界大戦以来、そして特にベトナム戦争以来、ヘリコプターは、XNUMX世紀後半からXNUMX世紀の戦争イベントにおける基本的な軍事車両であることが証明されました。 その成功は主に、軍隊の輸送から対潜水艦作戦まで、負傷者の迅速な避難から歩兵への攻撃と支援の任務まで、すべて離陸と着陸の滑走路を必要とせずに、さまざまな任務を遂行できる多様性に関連しています。 。 その結果、各ミッションの特異性は、固定翼航空の世界でも起こったように、構造的、推進的、および航空工学の観点からこれらの車両の構成の多様化を必要としました。
同じ「運用領域」内でさえ、異なる雇用哲学が出現し、手段のさらなる差別化につながっています。 たとえば、ヘリコプターのローターのアーキテクチャは、同じタスクのヘリコプターにも見られるさまざまなデザインを示す側面です。 ボーイングAH-64「アパッチ」とカモフKA-50（オープニング写真）を考えてみてください。どちらも攻撃ヘリコプターとして考案されましたが、まったく異なるデザインの選択肢で開発されました。
ローターに関する一般情報
ローターは、回転によって、ヘリコプターの操縦と支持に必要な空力を生成するいくつかのブレードで構成される機械要素です。 これは、ハブが取り付けられている航空機エンジンによって回転するように設定された機械式シャフトで構成されています。 ブレードはハブに適用されます。 空力の発生は、ブレードの回転によって正確に可能になります。飛行機の場合、空気の流れは航空機自体の前進運動によって固定された翼に当たりますが、ヘリコプターの場合、それは「翼」です（すなわち、ブレード）が移動し、周囲の空気を切り裂きます（したがって、回転翼の定義）。
ローターのもうXNUMXつの重要なコンポーネントは スワッシュプレート、つまり、結果として生じる空力力が発生する方向とこの力の強さを変更することによって、ヘリコプターが任意の方向に移動できるようにする機械的器官です。 基本的に、スワッシュプレートはXNUMXつのアクションを実行できます。すべてのローターブレードの入射を変更するか、回転中に異なる方法でブレードの入射を変更します。 最初のコマンドが呼び出されます 集団ステップ 生成されるリフトの値を変更できるため、ヘリコプターの高度の変更を担当するコマンドになります。 XNUMX番目のコマンドは言われています 循環ステップ その目的は、ローターを傾け、その結果として生じる空力力を、車両をXNUMXつの水平方向（前方、後方、右、左）に動かすことを可能にする横方向の力成分を発生させるように傾けることです。 実際、ブレードの発生率の周期的な変動は、一部のブレードが他のブレードよりも多くの揚力を発生させることを意味し、これにより、発生する揚力が少ない方向にローターが傾斜します。
これにすべて、追加する必要があります XNUMX番目のローターを導入する必要があります これは、ヘリコプター構造に作用するカウンタートルクを打ち消すことができる力（したがってモーメント）を生成します。 実際、ダイナミクスのXNUMX番目の原理では、ヘリコプターのブレードを回転させるトルクを適用するという事実は、ヨー軸（軸）を中心とした車両の回転を含む、胴体に適用される反対方向の反力トルクを発生させることを意味します。垂直）。
で クラシック構成、XNUMX番目のローターはヘリコプターのテールに配置され、この反作用トルクをキャンセルする唯一のタスクがあります。 したがって、メインローターは テールローター、さまざまなタスクがあります。 このようなアーキテクチャは、1940年にIgorSikorskyによって最初に作成されました。
テールローターは垂直に（メインローターに垂直に）取り付けられているため、生成されたリフトは反力トルクを打ち消すトルクを発生させます。
反応トルクの問題を解決するためのXNUMX番目の解決策は、ヘリコプターに装備することです。 逆回転結合ローター、つまり、反対方向に回転するXNUMX対以上のメインローター。 このようにして、生成された反応ペアは反対方向を持ち、その結果、テールローターを導入する必要なしに互いに打ち消し合います。
このアーキテクチャには、次のXNUMXつの可能な構成があります。
-
タンデムローター
-
同軸ローター
-
交差するローター
-
トランスバースローター
攻撃ヘリコプターの可能なアーキテクチャの分析
の場合になります ヘリコプターを攻撃する。 通常、この媒体用に選択されたローターアーキテクチャは次のとおりです。 古典的な または、場合によっては、 同軸逆回転ローター。 しかし、両方の構成の長所と短所は何ですか？
私たちの分析は、 消費電力 XNUMXつの資産から。 標準構成の場合、モーターから供給される電力の一部がテールローターに伝達されてカウンタートルクのバランスが取られるため、これを使用してヘリコプターを支えたり動かしたりすることはありません。 言い換えれば、それは「無駄な」力と見なすことができます。
ただし、同軸アーキテクチャの場合、両方のローターがメインになります。つまり、両方ともヘリコプターの推進に役立つ空力を生成します。 その結果、エンジンによって供給される同じ動力とブレードの形状と構造で、同軸ローターを備えたヘリコプターは、より大きな全体的な揚力を生み出すことができ、それはより大きな輸送可能な負荷とより大きな運動推力につながります。アドバンス。
従来の構成の場合、同じ負荷容量を得るには、ローターを大きくする必要がありますが、これにより、ブレードの端での圧縮性の問題が発生します。 実際、ブレードの各ポイントでの接線速度は次の式で与えられます。
半径を大きくすることにより、音の速度に近い速度が両端で到達します。 これは、衝撃波の発生とその結果としての空力波抵抗につながり、ブレードの構造と空力に損傷を与えます。
ただし、同軸構成によって生成される揚力は、XNUMXつのローターのブレード間の空力相互作用を考慮する必要があるため、標準の場合と比較してXNUMX倍ではなく、単に大きくなります。
空力の観点から、同軸ローターは、によって引き起こされる影響をより適切に管理することができます 非対称性を持ち上げる.
この現象を説明するために、高度な飛行でメインローターがXNUMXつしかないヘリコプターを考えてみましょう。 ローターブレードは、回転サイクルごとにXNUMXつのグループに分けることができます。 前進するブレード ヘリコプターと同じ前進方向に移動するものですが、 後退ブレード それらは、車両の前進とは反対の方向に移動します。 その結果、前進ブレードは、接線速度とヘリコプターの前進速度の合計に等しい相対風速を感じ、後退ブレードは、接線速度からヘリコプターの前進速度を引いたものに等しい相対風速を感じます。 '航空機。 したがって、揚力は相対速度のXNUMX乗に関連しているため、
-、前方のブレードは後退するブレードよりも多くの揚力を生成し（「揚力の非対称性」）、車両に危険なローリングモーメントを発生させます。
この現象を軽減することがわかった解決策は、「」と呼ばれるヒンジを適用することにより、ローターブレードを自由に垂直方向に動かすことです。羽ばたき」、これは入射角を変更することにより、XNUMXつの領域間の揚力の差を最小限に抑えることができます。 実際、後退するブレードは下向きに移動する傾向があり、その結果、相対的な垂直速度の成分が上向きになり、したがって揚力が発生するため、攻撃角度が大きくなります。 一方、前方ブレードは上向きに移動する傾向があり、下向きの相対的な垂直速度成分、したがって生成される揚力のために攻撃角度が減少します。
このバランシングシステムの問題は、ヘリコプターの前進速度が速いほど、後退するブレードによって知覚される相対速度が遅くなるため、必要な揚力を生み出すために攻撃角度を大きくする必要があるという事実から生じます。非対称性のバランスを取ります。 ただし、特定の攻撃角度を超えると、ブレードが失速します。つまり、流体の静脈がエアフォイルから外れ、揚力が完全に失われ、空力抵抗が増加します。 と呼ばれるそのような現象 後退ブレードのストール、結果としてヘリコプターが突然転倒し（前方ブレードによって生成される揚力が航空機のロール軸に対してモーメントを生成します）、その結果、制御が失われます。 このため、すべてのヘリコプターには特定の 速度を超えない、つまり、超えてはならない送り速度。
一方、同軸ローターを使用した構成では、後退ブレードは反対方向に回転するため、XNUMXつのローターの反対側の領域でストールが発生します。 その結果、XNUMXつの半分の間にリフトの不均衡が生じず、ヘリコプターが転倒する原因となるローリングモーメントが発生しません。 そこ 速度を超えない したがって、この構成のヘリコプターの場合、後退ブレードのストールは標準構成ほど拘束力がないため、それは大きくなりますが、ブレードの端で圧縮性現象を引き起こす速度によって常に制限されます。
したがって、「羽ばたき」について述べたので、逆回転同軸ローターに存在するこの側面に関連する問題を強調する必要があります。 個々のローターのブレードは、リフトの非対称性を最小限に抑えるように、自由に羽ばたく必要があります。 したがって、XNUMXつのローターは、ブレード間の壊滅的な接触を避けるために、互いに一定の距離を置いて配置する必要があります。 この意味は 全高 この構成のヘリコプターのそれは、古典的な構成のヘリコプターのそれよりもはるかに大きくなります。
逆に、テールローターを必要としないという事実は、彼らがはるかに多くなることを可能にします コンパクト、 これにより、同軸アーキテクチャは、乗船したヘリコプターにとっても興味深い選択肢になります。 さらに、ヘリコプターの損失の主な原因のXNUMXつは、テールローターまたはそれに電力を供給するトランスミッションの損傷に関連しています。
したがって、軍事的な状況では、テールローターがないという事実により、ミッションの実行がより安全になり、マシンの重要な部分にぶつかるリスクが軽減されます。 実際、標準構成の場合と比較してこれらのデバイスの集中度が高く、したがって必要な表面が小さいことを考慮すると、重量に過度の負担をかけることなく、トランスミッションシャフトおよびローターの他の機械部品が存在する領域をより適切に装甲することが可能です。より強力な保護。
最後に、同軸構成のさらなる利点は、 ノイズが少ない 標準構成と比較した製品。 ヘリコプターの重要なノイズ源は、メインローターブレードとテールローターによって生成される渦とテールローターの高い回転速度との相互作用です。これは、サイズが小さいために必要です。 したがって、テールローターを排除することにより、ヘリコプターは明らかに静かになりますが、シングルローターアーキテクチャと比較して、XNUMXつのメインローターの領域でより大きなノイズを生成します。
結論
開発された攻撃ヘリコプターのほとんどは、XNUMXつの逆回転同軸メインローターを備えた構成によって示されるさまざまな利点にもかかわらず、メインローターとテールローターを備えた古典的なアーキテクチャを備えています。 動機はにあります 機械的な複雑さ 同軸アーキテクチャで必要です。 各ローターにXNUMXつずつ、異なる方法で傾斜でき、XNUMXつのローターに反対のトルクを提供できる完全な同期と機械的結合を備えたXNUMXつのスワッシュプレートを実装する必要性を考えてみてください。 これらすべてが複雑な機械システムの設計につながるため、故障しやすく、保守がより困難になります。
に関連するコンポーネント 専門知識 このような複雑なシステムを設計するために必要であり、現在、世界のいくつかの企業が所有しています。 この技術を十分に活用した唯一の軍事攻撃ヘリコプターはカモフによって製造されていると言えば十分ですが、「西部戦線」では、シコルスキーがS-97「レイダー」（現在、「レイダーX」プロトタイプのファイナリスト）を開発しました。 米軍未来攻撃偵察機).
写真：ロシア連邦MoD /ウェブ/米軍/ロッキードマーティン
