Bolków Bo 46

Bölkow Bo 46 V1 vl2.jpg
Bo 46
Bo 46, pierwszy prototyp
Rola Eksperymentalny szybki helikopter
Pochodzenie narodowe Zachodnie Niemcy
Producent Bölków
Pierwszy lot 30 stycznia 1964
Numer zbudowany 3

Bölkow Bo 46 był zachodnioniemieckim eksperymentalnym helikopterem zbudowanym w celu przetestowania systemu wirnika Derschmidt, który miał na celu umożliwienie znacznie wyższych prędkości niż tradycyjne konstrukcje helikopterów. Testy w tunelu aerodynamicznym okazały się obiecujące, ale Bo 46 wykazał szereg problemów i dodatkową złożoność, co doprowadziło do porzucenia koncepcji. Bo 46 był jednym z wielu nowych projektów badających szybki lot helikopterem, które zostały zbudowane na początku lat 60.

Tło

Wirniki helikopterów działają w znacznie trudniejszych warunkach niż zwykłe śmigło samolotu. Zacznijmy od tego, że helikoptery zwykle używają wirnika głównego zarówno do podnoszenia, jak i manewrowania, podczas gdy samoloty ze stałymi skrzydłami zwykle używają oddzielnych powierzchni do tych zadań. Pochylenie i odchylenie są obsługiwane poprzez zmianę siły nośnej po różnych stronach wirnika, przy użyciu systemu korb dzwonowych do dostosowywania łopat do różnych kątów natarcia podczas ich obracania. Aby obrócić się w prawo, łopaty są ustawione tak, aby kąt natarcia był nieco większy z przodu i nieco mniejszy z tyłu, co powoduje zmianę kierunku ciągu wirnika w celu przetoczenia samolotu w pożądanym kierunku. Powodem, dla którego ostrza są regulowane z przodu iz tyłu zamiast z prawej i lewej strony, jest opóźnienie fazowe spowodowane precesją .

W locie do przodu układ wirnika podlega różnym formom zróżnicowanego obciążenia. Wyobraź sobie układ wirników, w którym końcówki łopat obracają się z prędkością 300 km/h względem nieruchomego powietrza. Kiedy ten helikopter unosi się w nieruchomym powietrzu, łopaty widzą ten sam względny wiatr o prędkości 300 km/h przez cały czas ich obrotu. Jednak gdy helikopter zaczyna poruszać się do przodu, jego prędkość jest dodawana do prędkości łopat, gdy zbliżają się one do przodu samolotu, i odejmowana, gdy się wycofują. Na przykład, jeśli helikopter leci do przodu z prędkością 100 km/h, nacierające łopaty widzą 300 + 100 km/h = 400 km/h, a dla wycofujących się 300 – 100 km/h = 200 km/h.

W tym przykładzie prędkość względna zmienia się dwukrotnie podczas każdego obrotu. Siła nośna jest funkcją kąta nachylenia profilu do względnego przepływu powietrza w połączeniu z prędkością powietrza. Aby przeciwdziałać tej zmianie siły nośnej, która normalnie powodowałaby przechylenie samolotu, system wirników musi dynamicznie dostosowywać kąt natarcia płatów, aby zapewnić generowanie stałej siły nośnej podczas całego ruchu. Ta korekta jest dodatkiem do każdej, która jest celowo zastosowana do manewru. Ponieważ każdy system sterowania ma pewne ograniczenia mechaniczne, w miarę jak samolot przyspiesza, traci manewrowość.

Opór jest funkcją kwadratu prędkości, więc te same zmiany prędkości powodują czterokrotną zmianę oporu. Aby maksymalnie zredukować siłę wypadkową, łopaty helikopterów zaprojektowano tak, aby były jak najcieńsze, co zmniejsza ich opór. W latach pięćdziesiątych łopaty helikopterów były wytwarzane w podobny sposób, jak skrzydła stałopłatów; dźwigar wytrzymałości konstrukcyjnej, podczas gdy szereg podłużnic zapewniał mu odpowiedni aerodynamiczny kształt. Ta metoda budowy, biorąc pod uwagę materiały z epoki, nakładała ogromne obciążenia na dźwigar.

Aby zmniejszyć obciążenia, zwłaszcza gwałtowne zmiany, piasty wirnika zawierały system łożysk, które umożliwiają ruch łopatek do przodu lub do tyłu w odpowiedzi na opór oraz w górę iw dół ruchem trzepotania w odpowiedzi na zmieniającą się prędkość. Były to dodatki do systemu używanego do zmiany kąta natarcia w celu zapewnienia kontroli; piasty wirnika były zwykle bardzo złożone.

Granice wydajności

Z elementarnego punktu widzenia aeronautyki istnieją dwa główne problemy dotyczące maksymalnej prędkości śmigłowca narzuconej przez jego układ wirnika.

Wszystkie skrzydła wymagają pewnej ilości powietrza do przepłynięcia nad ich powierzchnią w celu wygenerowania siły nośnej. Nieodłączna mechanika lotu helikoptera, który nie zawisa, spowoduje, że część obracającej się tarczy łopaty „zobaczy” niższą prędkość lotu w stosunku do kierunku lotu. Wraz ze wzrostem prędkości kadłuba w zadanym kierunku nastąpi spadek względnej prędkości wycofujących się łopat. Konwencjonalny śmigłowiec osiągnie twarde ograniczenie pod względem maksymalnej prędkości, gdy względna prędkość powietrza wycofujących się łopat spadnie do wartości bliskiej zeru, co spowoduje przeciągnięcie wycofujących się łopat .

Jednym z rozwiązań tego problemu jest zwiększenie prędkości obrotowej wirnika, tak aby względna prędkość powietrza wycofujących się łopat była wyższa. Jednak to rozwiązanie ma też swoje ograniczenia. Gdy każdy płat zbliża się do prędkości dźwięku, napotyka problem znany jako opór fal . Płaty zaprojektowane do lotów poddźwiękowych będą doświadczać znacznego wzrostu oporu, jeśli będą poddawane działaniu prędkości transsonicznych lub wyższych. Jeśli prędkość obrotowa wirnika zostałaby zwiększona w celu złagodzenia przeciągnięcia cofających się łopat, śmigłowiec będzie miał maksymalną prędkość wywołaną ekstremalnym oporem nacierających łopat wirnika, gdy ich końcówki zbliżają się do względnej prędkości naddźwiękowej.

Podsumowując; Jeśli obroty wirnika głównego są zbyt niskie, prędkość, przy której cofające się sekcje łopat utkną, będzie maksymalną prędkością graniczną. Jeśli prędkość obrotowa głównego wirnika jest zbyt wysoka, prędkość, z jaką wysuwające się łopaty napotykają naddźwiękowy przepływ powietrza, będzie maksymalną prędkością graniczną. Nawet dla przypadkowego obserwatora powinno być jasne, że projektant powinien dążyć do równowagi między tymi dwiema granicami. Należy również wspomnieć, że oprócz tych dwóch poruszonych kwestii istnieje wiele innych, które również przyczyniają się do ograniczenia maksymalnej prędkości lotu.

Rozwiązanie Derschmidta

Podstawowym problemem nieodłącznie związanym z konstrukcją wirnika jest różnica w prędkości lotu dla nacierających i wycofujących się łopat. Wśród wielu skutków, jakie to powoduje, jest jeden interesujący; ostrza obracają się do przodu i do tyłu wokół piasty, gdy opór wzrasta i maleje. Rozważmy łopatę, która dociera do tyłu samolotu i zaczyna obracać się do przodu; w tym czasie względna prędkość powietrza zaczyna gwałtownie rosnąć, a ostrze jest popychane coraz bardziej do tyłu przez rosnący opór. Siła ta jest łagodzona przez łożysko oporowe. Podczas krótkiego okresu obracania się wokół tego łożyska ogólna prędkość ostrza zmniejsza się, nieznacznie równoważąc prędkość z powodu ruchu do przodu.

Konstrukcja wirnika Derschmidta celowo wyolbrzymia ten obrót, aby zrównoważyć wzrost i spadek prędkości podczas obrotu łopaty. W tym samym punkcie obrotu, co tradycyjna łopata powyżej, wirnik Derschmidt znacznie przesunął łopatę pod kątem około 40 stopni w porównaniu z jej położeniem spoczynkowym prosto z piasty. W miarę przesuwania się ostrza, łącznik obraca ostrze od 40 stopni do przodu do 40 stopni do tyłu, spowalniając końcówkę o około 1/2 prędkości obrotowej. Proces ten jest odwracany, gdy ostrze osiąga najbardziej wysuniętą do przodu pozycję, zwiększając prędkość ostrza podczas jego wycofywania.

Wynikający z tego ruch pomaga wygładzić względną prędkość powietrza widzianą przez łopatę. Ponieważ skutki ruchu śmigłowca do przodu są redukowane, a nawet eliminowane przy mniejszych prędkościach, wirnik może obracać się z dużą prędkością bez obawy osiągnięcia reżimu oporu fal. Jednocześnie prędkość wycofującego się ostrza nigdy nie zbliża się do punktu przeciągnięcia. Podobnie zmiany oporu są jeszcze bardziej ograniczone, do tego stopnia, że ​​są nieistotne. Dzięki temu wirnik Derschmidt ma sztywną konstrukcję, eliminując złożoną serię łożysk, elastycznych łączników i połączeń stosowanych w konwencjonalnych wirnikach.

Ponieważ ruch w wirniku Derschmidta podąża za naturalną zmianą oporu podczas obrotu, siła przyłożona do łopatek, aby ustawić je w odpowiednim położeniu, jest dość mała. Spośród kilku projektów, które przedstawił w swoich wczesnych patentach, większość wykorzystywała bardzo małe połączenie z korby dzwonowej po wewnętrznej stronie ostrza, przymocowanej do małego popychacza do obsługi. Pręty te były przymocowane do tarczy ustawionej mimośrodowo względem środka obrotu, która wbijała ostrza we właściwe miejsca.

Ostatnim z serii projektów było inne podejście, w którym zastosowano pojedynczą przeciwwagę dla każdego ostrza, przestawioną tak, aby jego ruch był mechanicznie wzmacniany. Ciężar dobrano tak, aby przy prędkości projektowej wirnika wytworzyć wahadło harmoniczne. Pomiędzy ostrzami nie było mechanicznego mocowania, a cały zespół znajdował się poza piastą, pozostawiając wystarczająco dużo miejsca na konserwację.

Bo 46

Bölkow od jakiegoś czasu interesował się lotem wirnika z dużą prędkością i opracował kilka koncepcji eksperymentalnych opartych na systemach odrzutowych . Później podjęli się opracowania ostrza kompozytowego z włókna szklanego, które było znacznie mocniejsze niż istniejące konstrukcje metalowe. Kiedy Derschmidt otrzymał swój pierwszy patent w 1955 roku, Bölkow przyjął koncepcję i rozpoczął prace nad Bölkow Bo 46 jako eksperymentalnym stanowiskiem testowym, opłaconym w ramach kontraktu Ministerstwa Obrony .

Podstawowy projekt Bo 46 został ukończony w styczniu 1959 roku. Pięciołopatowy system wirnika został początkowo przetestowany w tunelu aerodynamicznym i uzyskał imponujące wyniki. Sugerowały one, że Bo 46 byłby w stanie osiągnąć prędkość do 500 km / h (270 węzłów); nawet zaawansowane projekty tamtej epoki były ograniczone do prędkości około 250 km / h (130 węzłów). Siebel rozpoczęto budowę trzech bardzo opływowych kadłubów . Były napędzane przez 800-konny turbował Turboméca Turmo napędzający pięciołopatowy wirnik Derschmidta. Projekt pierwotnie obejmował żaluzjowe okienko dla wirnika przeciwdziałającego momentowi obrotowemu, które można było zamknąć podczas lotu z dużą prędkością, ale zostało to usunięte z prototypów, a sześciołopatowy wirnik był konwencjonalnie montowany po lewej stronie ogona. Maksymalna prędkość nie była ograniczona względami wirnika, ale maksymalną mocą silnika. Oczekiwano, że dodanie oddzielnych silników zapewniających dodatkowy ciąg do przodu umożliwi osiągnięcie prędkości do 700 km / h (380 węzłów).

We wczesnych latach sześćdziesiątych firma przedstawiła również kilka projektów produkcyjnych, w większości wykorzystujących dwa wirniki, z których największym był Bo 310. Ten projekt miał być napędzany dwoma silnikami T55 lub T64, z których każdy napędzał zarówno wirnik Derschmidta, jak i przedni- skierowane do przodu śmigło dla dodatkowego ciągu do przodu. Silniki znajdowałyby się na końcach sekcji płata, aby zmniejszyć obciążenie wirnika. Wymodelowano kilka wersji Bo 310, głównie transportowców pasażerskich, ale także wersje śmigłowców szturmowych . Bo 310 miałby prędkość przelotową 500 km / h (270 węzłów).

Pierwsze loty testowe Bo 46 z zablokowanymi wirnikami rozpoczęły się jesienią 1963 roku. Podczas testów napotkano szereg nieoczekiwanych nowych rodzajów obciążeń dynamicznych, które doprowadziły do ​​niebezpiecznych oscylacji wirnika. Nie wydawały się one być nieodłącznym elementem samego projektu, ale można je było wyleczyć jedynie poprzez dodatkową złożoność wirnika. W tym samym okresie projekt wirnika został przeniesiony na łopaty kompozytowe, które były znacznie mocniejsze niż starsze konstrukcje z dźwigarami i podłużnicami, co wyeliminowało potrzebę stosowania złożonego układu łożysk, który odciążał. Chociaż wirnik Derschmidt nadal poprawiał wydajność, wydawało się, że dodatkowa złożoność nie była opłacalna.

Zainteresowanie systemem zmalało, ale loty badawcze były kontynuowane. Ostatecznie Bo 46 został wyposażony w dwa Turboméca Marboré , umożliwiające rozwinięcie prędkości 400 km/h. Wirnik z łopatkami z włókna szklanego okazał się jednak sprawny i miał być szeroko stosowany w Bölkow Bo 105 .

Wpisy do dziennika pilota testowego

Pilotem testowym Bo 46 był Wilfried von Engelhardt . Jego wpisy w dzienniku przedstawiają się następująco:

  • 14 lutego 1964: pierwsza próba startu
  • 27 października 1964: cztery udane zawisy, czas trwania łącznie 3 minuty
  • 28 października 1964: cztery udane zawisy. Czas trwania łącznie 18 minut. Zauważ, że helikopterem można sterować, ale jest powolny
  • 29 października 1964: dwa lądowania z wysokości większej niż 3 metry. W sumie 13 minut lotu.

Samolot na wystawie

Zachowany egzemplarz Bo 46 jest wystawiony publicznie w Muzeum Hubschraubera w Bückeburgu .

Dane techniczne (bo 46)

Dane z [ potrzebne źródło ]

Charakterystyka ogólna

  • Załoga: jeden pilot
  • Pojemność: 1 pasażer/obserwator
  • Masa brutto: 2000 kg (4400 funtów)
  • Silnik: 1 × Turboméca Turmo IIIB, 597 kW (800 KM)
  • Średnica wirnika głównego: 10,00 m (32 stopy 10 cali)
  • Powierzchnia wirnika głównego: 78,5 m2 ( 845 stóp kwadratowych)

Wydajność

  • Maksymalna prędkość: 320 kilometrów na godzinę (200 mph, 170 PLN)

Zobacz też

Notatki

Bibliografia

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bölkow_Bo_46&oldid=1108320984 ”