Особенности конструкции корабельных вертолетов

Особенности конструкции корабельных вертолетов. При выборе материалов разработчики корабельных вертолетов должны учитывать, кроме их механических, физических и технологических свойств, особенности работы конструкции в активной коррозионной среде, которую представляет собой морская вода и продукты сгорания топлива силовой установки корабля, условия проветривания конструкции, а также условия контактирования деталей между собой.

При конструировании вертолета следует избегать щелевых зазоров, карманов. В тех случаях, когда нельзя обеспечить это требование, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию щелевых зазоров герметиками и прокладками, устройство дренажей в местах скопления влаги.

Перед сборкой алюминиевые детали анодируются, стальные детали, работающие на трение, кадмируются и хромируются. Детали из магниевых сплавов обязательно проходят химическое оксидирование с покрытием грунтом и двумя слоями эмали, оцинкованные детали (троса управления) периодически покрываются смазкой АМС-3 или пушечной смазкой. До общей сборки все детали подвергаются покрытию грунтом и эмалью.

В конструкциях, работающих в морских условиях, наиболее уязвимыми в коррозионном отношении являются места сочленений деталей из разнородных металлов и сплавов, отличающихся между собой электрическими потенциалами, что приводит к образованию гальванических пар и более ускоренным процессам коррозии.

Детали из титановых сплавов ввиду высокой стойкости к коррозии специальной защиты не требуют, однако в паре с деталями из других материалов они могут подвергаться контактной коррозии, в этом случае необходима защита одной из составляющих пары. Для защиты пар титан—титан, титан—коррозионно-стойкая сталь рекомендуется гальваническое серебрение.

Во всех подвижных соединениях вертолета предусматривается применение подшипников качения только закрытого типа, либо металлофторопластовых подшипников скольжения, отличающихся повышенной антикоррозионной стойкостью.

Желательна полная герметизация фюзеляжа. В связи с этим предпочтительнее открывающиеся двери и люки, герметизированные по контуру. Необходимо конструктивно обеспечить герметизацию в местах прохода тяг управления, электрических жгутов, трубопроводов. Благотворно сказывается на коррозионной стойкости конструкции создание небольшого избыточного давления в фюзеляже в течение всего полета над морем.

Аварийное или вынужденное приводнение — ситуация, к которой должен быть готов вертолет и его экипаж.

С целью предотвращения гибели экипажа и пассажиров при аварийной посадке на воду на вертолетах предусматривается комплекс мер, к основным из которых относятся: специальная экипировка экипажа, индивидуальные средства спасения, система обеспечения подводного дыхания, групповые средства спасения, средства аварийной сигнализации, аварийные надувные баллонеты.

Наилучший способ избежать при этом дезориентации и замешательства, тяжелых травм и сопровождающей все это паники — ослабить воздействие захлестывающей вертолет воды, оставаться надежно прикрепленным привязными ремнями к креслу. Средства, обеспечивающие покидание вертолета под водой, включают в себя устройства автоматического отделения спасательных люков, указание путем освещения направления для покидания, быстрого отделения от кресел, а также устройства для дыхания под водой.

Морской спасательный костюм в сочетании с индивидуальными и групповыми средствами спасения позволяет длительное время находиться на воде даже при низких температурах и ветре. Считается, что для задействования групповых средств спасения приводнившийся вертолет должен находиться на плаву не менее 15...20 мин.

Основным требованием к посадочным устройствам, вытекающим из условия обеспечения устойчивого положения вертолета на ВПП палубы корабля, является исключение возможности опрокидывания и соскальзывания его с площадки.

Применительно к корабельным вертолетам расчетные посадочные случаи сухопутных вертолетов уточняются с учетом эксплуатационной перегрузки и углов наклона ВПП при условии касания палубы одной стойкой шасси.

Выбор кинематической схемы шасси корабельного вертолета имеет принципиальное значение, поскольку, обеспечивая гашение кинетической энергии, она должна исключить возможность нарушений в работе, связанных с высоким коэффициентом трения колес о палубу в случае изменения колеи шасси в процессе обжатия амортизаторов.

Так, при пирамидальной схеме шасси изменение колеи основных опор шасси от момента касания шинами колес палубы корабля до момента занятия стояночного положения и полного обжатия амортизаторов может составлять несколько десятков сантиметров.

Специальные покрытия палубы препятствуют свободному боковому перемещению колеса шасси, что может привести к полному выключению из работы амортизаторов шасси, к срыву шин или поломке шасси. Управляемые передние или хвостовые стойки шасси для предотвращения самопроизвольного разворачивания выполняются обязательно с фиксацией их в линию полета. Фиксация снимается в процессе транспортировки вертолета в ангар корабля.

Угол бокового капотажа, выбираемый для сухопутных вертолетов из геометрических соображений, для корабельных вертолетов должен быть скорректирован с учетом несимметричной работы амортизаторов шасси при качке и ветре, фактического положения колес при перекатывании по наклонной палубе.

Увеличение вертикальной скорости соприкосновения палубы с пневматиком колеса при ограничении посадочной перегрузки приводит к необходимости увеличения вертикального хода шасси. Так, ход шасси из полностью свободного до стояночного положения у сухопутного вертолета, рассчитанного на вертикальную скорость снижения 2,5...3,5 м/с, составит 250...300 мм. При этом запас хода амортизатора до полного обжатия составит 50 мм. Ход шасси аналогичного вертолета корабельного базирования будет составлять соответственно 450...500 и 50...75 мм.

Под действием меняющейся нагрузки на стойки основного шасси меняется и обжатие пневматиков, что будет особенно заметно на пневматиках низкого давления. Кроме того, в положении, близком к опрокидыванию, возможны условия срыва пневматика с обода колеса. При свободном ориентировании носовое колесо имеет тенденцию разворота в сторону крена, что уменьшает критический угол опрокидывания.

Считается, что винтокрылые ЛА должны выполнять посадку на палубу, имеющую крен до 15° без использования системы автоматической швартовки. Кроме того, необходимо предусматривать запас по фактическому углу опрокидывания, равный 5°. Таким образом, требуемый фактический угол опрокидывания должен быть не менее 20°.

В США установлены следующие нормы по углу опрокидывания: сухопутные самолеты 27° (25° с хвостовым колесом); морские самолеты 27° (при наземном базировании), 36° (при палубном базировании); вертолеты 27° (25° с хвостовым колесом).

Поток воздуха от несущего винта вертолета создает над поверхностью моря кольцо вспененной воды вокруг всей машины. Благодаря этому частицы соли переносятся по воздуху. Интенсивность брызгообразования бывает настолько сильной, что пилоты противолодочных и спасательных вертолетов вынуждены пользоваться стеклоочистителями.

Отложение соли на первых ступенях компрессора вызывает их интенсивную коррозию. В связи с этим первые ступени двигателей, работающих над морем, изготовляют из титана. В регламенты технического обслуживания обязательно вводится промывка компрессора пресной водой после каждого летного дня, а в случае заметного повышения температуры — после каждого полета.

Ветер над палубой представляет серьезную угрозу для незашвартованных лопастей, поскольку его порыв может забросить лопасть вверх относительно горизонтального шарнира, после чего она упадет с ударом об ограничитель свеса. Подобное явление может произойти и на ранней стадии раскрутки винта, поэтому при расчете на прочность лопасти корабельного вертолета обязательно учитывается случай удара лопасти об ограничитель свеса.

Для предотвращения нежелательных последствий комлевая часть лопасти делается более прочной и в конструкцию втулки несущего винта вводятся центробежные ограничители свеса и ограничители взмаха лопасти, срабатывающие только при достижении частоты вращения несущего винта, соответствующей 0,4 номинальной.

Повышенные напряжения в комлевой части лопасти могут возникнуть и при воздействии воздушного потока от пролетающего над ней на небольшой высоте другого вертолета.

Как показывает практика, нагрузки, действующие в этом случае на лопасть стоящего вертолета, вызывают напряжения, сравнимые с действующими в полете.

Таким образом, проектирование системы несущего винта имеет свои специфические особенности, а дополнительные требования, обусловленные базированием на корабле, увеличивают массу конструкции по сравнению с массой аналогичных сухопутных вертолетов.

Электрическая система предупреждения обледенения лопастей обязательна для полетов над морем. Накопление льда на лопастях несущего винта сопровождается ростом потребной мощности (с утратой возможности авторотации), а его несимметричное нарастание вызывает резкое увеличение вибраций.

Необходимость работы противообледенительной системы в течение всего полета требует резервирования значительной мощности генераторов переменного тока (это ведет к увеличению массы генераторов и коммутирующей аппаратуры). С целью ее рационального использования обогревательные элементы противообледенительной системы каждой лопасти разбиты на секции для раздельной подачи на них электропитания. Последовательное включение групп обогревательных элементов осуществляется программным коммутатором.

Механизированные системы складывания лопастей предназначены для уменьшения времени развертывания лопастей несущего винта после выкатки вертолета из корабельного укрытия (ангара). Время развертывания обычно составляет 1...3 мин.

В зависимости от привода существуют различные системы складывания лопастей: с гидравлическим приводом, с электрическим приводом, ручные.

Механизированные системы складывания лопастей несущего винта могут достигать массы 1% взлетной массы вертолета.

Консольное крепление лопастей в сложенном состоянии при штормовом состоянии моря приводит к возникновению циклических нагрузок в трансмиссии. Кроме этого, срыв тормоза может вызвать повреждение лопастей о стенки ангаров. Поэтому в комплект наземного оборудования корабельного вертолета включаются специальные устройства, подхватывающие лопасти, для швартовки лопастей “ по- штормовому”.

Для удержания вертолета на палубе при углах крена выше критических — углах опрокидывания или углах соскальзывания — применяется специальный захват (гарпун). В момент касания палубы колесами шток гарпуна выдвигается и защелками захватывает палубную решетку. После срабатывания захватов шток автоматически втягивается с усилием, необходимым для надежного прижатия вертолета к палубе. Конструкция гарпуна и его размеры зависят от клиренса вертолета, полного хода основных стоек шасси и развиваемого усилия.

Гарпун используется и при взлете вертолета. Увеличив шаг несущего винта, летчик выбирает момент, когда палуба находится в своем верхнем горизонтальном положении и включает отцепку гарпуна. Возникший таким образом избыток тяги позволяет осуществить энергичный взлет и обеспечить необходимую безопасность.

Для обеспечения успешной работы корабельного вертолета в экстремальных погодных условиях на кораблях применяются механизированные системы приема вертолета, автоматизирующие процесс фиксации вертолета на палубе и его транспортировку с полетной палубы в ангар. Палубная решетка в таком случае является составной частью механизированной системы транспортировки.