Российские ученые предложили способ сделать эксплуатацию вертолетов в Арктике и Антарктике заметно безопаснее. Исследователи из Московского авиационного института (МАИ) разработали технологию индивидуального управления лопастями, которая защищает машину от опасных последствий сильного ветра во время раскрутки и торможения несущего винта. Результаты работы опубликованы в журнале «Вестник Московского авиационного института». Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Главная проблема возникает в моменты запуска и остановки винта. Под воздействием мощных порывов ветра концы лопастей начинают сильно изгибаться. В отдельных случаях они способны задевать хвостовую балку, элементы конструкции вертолета или даже поверхность взлетно-посадочной площадки. Такие контакты приводят как минимум к повреждениям техники и увеличивают расходы на обслуживание воздушных судов, как максимум могут стать причиной авиационной катастрофы.
Чтобы решить эту задачу, инженеры отказались от подхода, при котором все лопасти управляются одинаково. Вместо этого была рассмотрена концепция индивидуального управления каждой лопастью отдельно, в дополнение к традиционной системе через автомат перекоса. Для анализа специалисты создали математическую модель, способную рассчитывать положение лопастей в пространстве в условиях сильного ветра во время раскрутки и торможения винта.
В исследовании сравнили три варианта действующих аэродинамических элементов:
- Активные триммеры — небольшие подвижные пластины за аэродинамическим профилем лопасти;
- Управляемые закрылки на задней кромке;
- Активные бесщелевые законцовки, позволяющие управлять поворотом концевой части лопасти без образования зазоров.
Все устройства решают одну задачу — уменьшают колебания лопастей под действием ветра. Однако результаты оказались разными.
Управляемый закрылок показал эффективность в 2,74 раза выше по сравнению с активным триммером и позволил увеличить максимально допустимую скорость ветра для безопасной эксплуатации на 35,1%. Еще лучше проявили себя бесщелевые законцовки: они повысили предельную безопасную скорость ветра сразу на 45% относительно классической конструкции без активного управления.
Для высоких широт такие показатели особенно важны. Именно здесь вертолеты остаются одним из основных видов транспорта для доставки людей и грузов на удаленные объекты, а сильные ветры и турбулентность регулярно создают угрозу полетам. Исследования атмосферных процессов в российской Арктике показывают, что нисходящие штормовые ветры способны вызывать мощные порывы и опасную для авиации турбулентность.
Турбулентность вокруг вертолетных площадок давно считается одной из главных угроз для винтокрылой авиации. По данным зарубежных исследований, именно ветровые возмущения создают пилотам наибольшую рабочую нагрузку при посадке на морские платформы.
В Арктике сложны не только авиационные перевозки. Построенные на вечной мерзлоте дороги страдают от сезонного пучения грунта. О предложенном российскими учеными простом и экономичном способе решения этой проблемы мы рассказали тут.