Im Laufe der Geschichte der Hubschrauber wurden regelmäßig verschiedene Designs des Trägersystems vorgeschlagen, von denen jedoch nur eine zum Klassiker wurde und anschließend eine bedeutende Entwicklung erhielt. Andere Lösungen, die unterschiedliche Optionen für Propellerantrieb, Blattkonstruktionen, Funktionen usw. vorsahen, konnten damit nicht mithalten. Oft war ein solches Ergebnis eines kühnen Projekts auf objektive Mängel und Probleme zurückzuführen.
Technische Klassiker
Das klassische Helikopter-Schema bietet mehrere ziemlich einfache Lösungen. Im Rumpf der Maschine befindet sich ein Triebwerk mit einem Getriebe, das Drehmoment an den Haupt- und Heckrotor liefert. Der Hauptrotor mit großem Durchmesser basiert auf einer Taumelscheibe, die eine Änderung des Auftriebs und / oder des Manövrierens ermöglicht, und hat auch mehrere Blätter mit hohem Seitenverhältnis.
Dieses Design ist relativ einfach, es ist gut entwickelt und lässt sich leicht umbauen und skalieren, um bestehende Anforderungen zu erfüllen. Darüber hinaus sind einige Nachteile, wie das Abdichten von Rohrverbindungen oder die Gefahr von überlappenden Schaufeln, nicht erforderlich.
Es gibt jedoch auch Nachteile. Der Helikopter des klassischen Schemas hat Beschränkungen der horizontalen Fluggeschwindigkeit, die mit den Besonderheiten der Strömung um die Rotorblätter verbunden sind. In einigen Modi können andere negative Phänomene auftreten, wie z. B. ein Wirbelring. Bei einem einzigen Hauptrotor müssen Sie einen langen und starken Heckausleger konstruieren, um den Heckrotor aufzunehmen.
Die Entwicklung des klassischen Schemas führte zur Entstehung von Mehrrotorhubschraubern mit Längs-, Quer- oder anderer Anordnung mehrerer Lagersysteme. Weit verbreitet ist ein koaxiales Schema, bei dem zwei Schrauben mit traditionellem Aussehen auf einer einzigen Buchse montiert werden. Auch das klassische Trägersystem und eine Reihe seiner Einheiten wurden zur Grundlage mehrerer alternativer Konstruktionen.
Jetpropeller
Der Einrotor-Helikopter ist mit dem Problem des reaktiven Drehmoments konfrontiert, und es wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um damit umzugehen. Bereits in den dreißiger Jahren tauchte die Idee eines Rotors mit Jetantrieb fast gleichzeitig in mehreren Ländern auf. Ein solcher Propeller ist nicht mit dem Triebwerk innerhalb des Rumpfes verbunden und zwingt es dementsprechend nicht, sich in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.
Der Jet-Rotor zeichnet sich durch das Vorhandensein eigener Triebwerke an den Spitzen der Schaufeln aus. Der Propeller kann von einem kompakten Turboprop- oder Staustrahltriebwerk angetrieben werden. Bekannt sind auch Konstruktionen mit der Zufuhr von komprimierten Gasen von einem Gasturbinentriebwerk im Rumpf zu den Düsen oder zur Brennkammer in der Schaufel.
Die Jet-Rotor-Idee erregte in den fünfziger und sechziger Jahren große Aufmerksamkeit; In verschiedenen Ländern wurden eine Reihe von Pilotprojekten entwickelt. Sie wurden als leichte Fahrzeuge vom Typ Dornier Do 32 oder B-7 ML angeboten. Mile und Hughes XH-17 Schwertransporthubschrauber. Keine dieser Proben ist jedoch über die Produktion im kleinen Maßstab hinausgekommen.
Das Hauptproblem beim Jet-Propeller ist die Komplexität der Nabe. Durch sie muss der beweglichen Schaufel komprimiertes Gas und/oder Kraftstoff zugeführt werden, was Übertragungs- und Dichtmittel erfordert. Auf der Schaufel selbst muss ein Motor der einen oder anderen Art platziert werden, was neue Anforderungen an das Design stellt. Der Aufbau eines robusten Designs mit diesen Fähigkeiten erwies sich als zu schwierig, und die erwarteten Vorteile konnten den Aufwand nicht rechtfertigen.
Gekreuzte Klingen
In den dreißiger Jahren wurde ein sogenanntes Schema vorgeschlagen. Synchrokopter. Dieses Konzept sieht die Verwendung von zwei zweiblättrigen Rotoren vor, deren Naben mit dem Achssturz nach außen in minimalem Abstand angeordnet sind. Die Propeller müssen sich gegeneinander drehen, und die spezielle Konstruktion des Getriebes schließt eine Überlappung der Blätter aus.
Das Synchrocopter-Trägersystem ist in der Lage, den erforderlichen Auftrieb zu erzeugen und den Flug in den gleichen Modi wie das klassische Schema bereitzustellen. Es hat den Vorteil, dass der Gesamtschub und die Hubkapazität erhöht werden können, und die Erweiterung der Schubvektoren erhöht die Stabilität im Schwebeflug und in anderen Modi. In diesem Fall kompensieren sich die Reaktionsmomente der beiden Propeller und machen eine Lenkung überflüssig.
Synchrokopter sind jedoch nicht weit verbreitet. In den dreißiger Jahren wurden solche Geräte von der deutschen Firma Flettner hergestellt, und seit 1945 wird dieses Thema auch in anderen Ländern behandelt. Am bekanntesten sind die Hubschrauber der amerikanischen Firma Kaman Aerosystems. Bis zu einer gewissen Zeit waren Synchrokopter gefragt, doch dann verblasste die Richtung – jetzt gibt es nur noch ein Sample in der Serie. Immerhin wurden nicht mehr als 400-500 Serienmaschinen dieser Klasse gebaut.
Der Hauptnachteil eines Synchrocopters ist die Komplexität des Getriebes, das Drehmoment auf zwei eng beieinander liegende Propeller überträgt. Ein einzelner Rotorantrieb mit den gleichen Eigenschaften erweist sich als viel einfacher. Darüber hinaus haben zwei zweiblättrige Propeller ein begrenztes Schubpotenzial. So hebt der moderne "schwere" Synchrocopter Kaman K-Max nicht mehr als 2700 kg und verliert in dieser Hinsicht gegenüber vielen Hubschraubern des klassischen Schemas.
Drehen und stoppen
Die Idee, einen rotierenden Propeller und einen festen Flügel zu kombinieren, ist bekannt. In diesem Fall wird die Drehung des Hauptrotors zum Abheben und Beschleunigen verwendet. Bei einer bestimmten Geschwindigkeit muss der Propeller stoppen und seine Blätter müssen sich in einen festen Flügel verwandeln. Dies ermöglicht die Entwicklung einer hohen Fluggeschwindigkeit, erfordert jedoch die Entwicklung und Implementierung neuer Lösungen.
Als Beispiel sei das Projekt Sikorsky X-Wing genannt, das seit Mitte der siebziger Jahre als Ergänzung zum Helikopter S-72 entwickelt wurde. Letzterer war ein Hubschrauber mit Haupt- und Heckrotor, der mit einem entwickelten Flügel mit kleinem Schwung ausgestattet war. An den Seiten des Rumpfes befanden sich zwei Gasturbinentriebwerke, die die Welle (für Propeller) mit Strom versorgten und Strahlschub (für den Hochgeschwindigkeitsflug) erzeugten.
Das X-Wing-Trägersystem erhielt eine Scheibenverkleidungsnabe mit einer Taumelscheibe nur mit gemeinsamer Steigung. Wir haben rechteckige Klingen mit einem vertikal symmetrischen Profil verwendet. An der Vorder- und Hinterkante der Schaufel befanden sich Öffnungen zum Ablassen der Druckluft vom Kompressor nach außen. Die Luft sollte aufgrund des Coanda-Effekts das Profil der Klinge "verlängern" und dabei helfen, Auftrieb zu erzeugen. Je nach Art der Luftzufuhr kann die Klinge im rotierenden und im stationären Zustand gleichermaßen effizient arbeiten.
Das X-Wing-System wurde erfolgreich im Windkanal getestet und sogar auf einer erfahrenen S-72 installiert. Doch kurz vor den geplanten Flügen, im Jahr 1988, ordneten NASA und DARPA an, die Arbeit einzustellen. Bei all den erwarteten Vorteilen war das ungewöhnliche Trägersystem zu komplex. Darüber hinaus erstreckte sich das Projekt über mehr als 10 Jahre und seine Kosten überschritten die zulässige Grenze. Aus diesem Grund wurde das X-Wing-Konzept nicht weiterentwickelt.
Objektiv im Flug
Derzeit arbeitet das französische Unternehmen Conseil & Technique an dem Konzept eines leichten Lufttaxi-Hubschraubers mit ungewöhnlichem Trägersystem. Das vorgeschlagene Design des Propellers verliert gegenüber dem traditionellen in Bezug auf den erzeugten Auftrieb im Start- und Landemodus, unterscheidet sich jedoch durch eine größere Einfachheit und die Fähigkeit, im Horizontalflug einen erhöhten Schub zu erzeugen. Die Fähigkeit zur Geräuschreduzierung wird ebenfalls angegeben.
Der ursprüngliche Propeller basiert auf einer linsenförmigen Scheibe, die 70 % der überstrichenen Fläche einnimmt. Es wird vorgeschlagen, entlang seiner Kanten kurze Schaufeln des Strömungsprofils zu montieren. Die Möglichkeit, die Taumelscheibe zu platzieren, wird nicht gemeldet; Die Traktionskontrolle kann durch Änderung der Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Tests haben gezeigt, dass der Scheibenteil während des Horizontalflugs einen erheblichen Auftrieb erzeugt, wodurch die Struktur als Ganzes den traditionellen Propeller in Bezug auf die Eigenschaften umgeht. Außerdem war es möglich, den Anstellwinkel auf 25° zu bringen, ohne die Strömung abzuwürgen. Das in der Entwicklung befindliche Flugzeug soll nach Berechnungen Geschwindigkeiten von bis zu 200 km / h erreichen können.
Das Projekt der Firma Conseil & Technique befindet sich noch im Stadium der Forschung und Designentwicklung. Wahrscheinlich wird es in naher Zukunft an Modellen getestet, wonach ein vollwertiger experimenteller Mehrrotorhubschrauber erscheinen könnte. Es ist nicht bekannt, ob diese alternative Konstruktion alle Aufgaben lösen und einen Platz in der Luftfahrtindustrie finden wird.
Auf der Suche nach Alternativen
Das jahrzehntelange Bestehen und der aktive Betrieb von Hubschraubern haben alle Vorteile der klassischen Bauweise des Trägersystems gezeigt. Versuche, alternative Schemata mit minimaler Ähnlichkeit zu schaffen, waren bisher nicht von besonderem Erfolg gekrönt. Wissenschaftler und Ingenieure hören jedoch nicht auf zu arbeiten und suchen weiter nach vielversprechenden Ideen.
Ein weiteres Projekt dieser Art entsteht gerade, dessen Ergebnisse in naher Zukunft sichtbar werden. Gleichzeitig ist klar, dass keines der neuen Lagersysteme einen spürbaren Einfluss auf den Gesamtzustand haben wird und das klassische Schema und verschiedene Varianten seiner Entwicklung in der Luftfahrttechnik ihren Platz behalten werden. Neuentwicklungen können jedoch – bei ausreichender Perfektion – ihre Nische finden, in der ihre Vorteile am sinnvollsten und gewinnbringendsten sind.
