З чого роблять лопаті гвинтів вертольота, щоб вони залишалися міцними та надійними |

Неможливо уявити собі гелікоптер без несучих лопатей, і вони для нього є найважливішою частиною. Над їх створенням працюють сотні фахівців та вкладають у них новітні технології. За довгу історію гелікоптеробудування конструктори часто експериментували з матеріалами для лопатей, щоб створити найефективніший, міцний і надійний гвинт, що несе. Що цікаво, вибір матеріалів не завжди був очевидним.

1. Дерев'яний початок

Радянський Мі-1.

Перші серійні гелікоптери часто піднімалися у повітря з лопатями, зробленими з дерева. Сьогодні це здається дивним, адже дерево асоціюється скоріше з меблями чи човнами, ніж з авіацією, але для інженерів 30–40-х років це був цілком розумний вибір. Деревина мала невелику масу, непогано гасила вібрації і була відносно простою в обробці. Більше того, в умовах воєнного часу та з акцентом на військове виробництво метал був дефіцитом, а дерево можна було заготовити у будь-якому регіоні.

Sikorsky R-4.

Яскравий приклад – американський вертоліт Sikorsky R-4 і радянський Мі-1. При цьому дерев'яні лопаті непогано справлялися з навантаженнями, хоч і вимагали складного захисту від вологи та комах. Їх виготовляли з кількох шарів ретельно підібраних порід дерева, склеєних та обтиснутих під пресом, а потім покривали лаком або тканиною. Цікаво, що за всієї своєї застарілості такі лопаті часто переживали сильні удари вітру та турбулентність без критичних ушкоджень. Звісно, були й свої хитрощі. Інженери підбирали форму та товщину так, щоб дерево витримувало навантаження при обертанні на величезній швидкості, але при цьому залишалося досить гнучким, щоб згладжувати вібрації. Іноді всередині робили порожнини чи вставляли легкі металеві елементи посилення кромки, але з часом обмеження стали очевидні. Наприклад, на високих швидкостях кінці дерев'яних лопатей зазнавали таких навантажень, що матеріал починав руйнуватися, і це підштовхнуло авіацію до пошуку нових рішень.

2. Перехід до металу

Мі-4 з металевими лопатями.

Коли почали будувати більш важкі та швидкі вертольоти, дерево перестало справлятися із навантаженнями. У середині 50-х на зміну йому поступово прийшли металеві лопаті — спочатку з алюмінію, а потім із сплавів з додаванням сталі або титану в найбільш навантажених зонах. Завдяки використанню металу конструктори змогли створювати лопаті точнішої форми, які витримували значно більші швидкості обертання. Крім того, метал був менше схильний до кліматичних примх: дощ, спека або сніг не впливали на міцність так, як на дерево. Втім, був і зворотний бік. Метал виявився менш підходящим у плані вібрацій, він гірше гасив коливання, а за різких маневрів міг передавати сильну тряску на весь корпус. З'явилася й корозія — ворог номер один для гелікоптерів, які базувалися на морських суднах чи працювали у тропіках. Конструкторам довелося шукати баланс, захищати лопаті спеціальними покриттями, посилювати крайки, застосовувати герметичні заклепки.

UH-1 Huey.

Яскравий приклад — американський UH-1 Huey, чий характерний гул багато хто знає з кінохроніки війни у В'єтнамі, і радянський Мі-4, який надійно служив в армії та цивільній авіації. Їхні лопаті часто збирали за літаковим принципом: каркас з алюмінієвих лонжеронів і нервюр, обшивка з листового металу, а внутрішня конструкція надавала жорсткості без збільшення ваги. У роки навіть у мирної авіації метал вважався символом прогресу, але життя показало, що він ідеальний. При пошкодженні або вм'ятині ремонт був складнішим і дорожчим, ніж у дерев'яних попередників, а вага металевих конструкцій обмежував можливості для подальшого зростання льотних характеристик. Це стало однією з причин, через яку інженери звернули увагу на матеріали, що поєднують легкість дерева та міцність металу, але позбавлені їх слабких сторін.

3. Композити у небі

Композитна лопата сучасного вертольота у розрізі.

У 70-80-х в авіації почалася тиха революція: на зміну металу прийшли композитні матеріали. Вертольотчики швидко оцінили їхні переваги — композити поєднували легкість дерева та міцність металу, але при цьому були значно стійкішими до зношування та погоди. Їх основу становили склопластик та вуглепластик, іноді з наповнювачами всередині. З композитів було легко створювати складні профілі лопат з ідеально рівною поверхнею і без зайвої ваги. Одна з їх переваг — «живучість». При попаданні кулі або каменю вони не тріскалися миттєво, а зберігали форму та міцність до повернення на базу. Це було особливо важливо для військових гелікоптерів на зразок AH-64 Apache або Мі-28, які працювали і під обстрілами, і в піщану бурю. Громадянські вертольоти теж отримали свій бонус: композитні лопаті знизили шум і вібрацію, що зробило польоти комфортнішими для пасажирів та пілотів.

Гвинт AH-64 Apache.

Цікаво, що міцність таких лопатей нерідко виявлялася несподіваною навіть самих інженерів. На випробуваннях прототипи з вуглепластику могли згинатися на десятки сантиметрів без руйнування, а особливі захисні покриття збільшували їхній ресурс на тисячі годин польоту без капітального ремонту. Композити не іржавіли та не страждали від перепадів температури, що робило їх універсальними для експлуатації від Арктики до пустель. Звісно, без недоліків не обійшлося. Виробництво композитних лопатей вимагало дорогого обладнання та високої точності, а їх ремонт був складнішим та дорожчим, ніж у металевих. Але вигоди переважили: вже до кінця XX століття більшість нових гелікоптерів оснащували саме композитними лопатями, які швидко стали стандартом галузі та витіснили колишні матеріали із серійного виробництва.

4. Військові та цивільні прийоми

Лопаті сучасних гвинтів мають складну конструкцію.

Хоча конструкція та матеріали лопатей до кінця XX століття загалом уніфікувалися, підхід до їх створення у військових та цивільних конструкторів залишився різним. В армійській авіації лопаті є частиною захисної системи гелікоптера. На бойових машинах їх роблять кулестійкими, а крайки посилюють титановими вставками або щільними шарами кевлару. Іноді в конструкцію закладають можливість витримувати попадання великокаліберних куль та уламків, щоб гелікоптер міг продовжувати політ навіть при частковому пошкодженні.

Лопаті вертольота.

Військові вертольоти проходять особливі випробування: їх лопаті можуть обстрілювати з кулеметів, обдувати потужними потоками піску чи льоду, імітуючи роботу у найжорсткіших умовах. На Мі-24, наприклад, застосовувалися лопаті з металевими кромками та потовщеними зонами біля основи, щоб знизити ризик руйнування при раптовому навантаженні. У свою чергу, західні конструктори нерідко наголошували на стійкості до зовнішніх факторів — наприклад, у AH-64 Apache передбачений захист від пошкоджень у піщаних бурях та можливість довгої роботи без втрати характеристик.

Запас для вертольота.

У цивільній авіації пріоритети інші. Тут важливіша тиша, плавність ходу та довговічність. Лопаті для таких машин проектують так, щоб знизити шум на землі та всередині кабіни, що особливо актуально для гелікоптерів, що працюють у містах або над густонаселеними районами. На деяких моделях лопаті мають особливу форму закінчувань, яка розсіює повітряні вихори та зменшує характерний звук. У туристичних і рятувальних машинах нерідко використовують покриття, що знижують зношування від високої вологості або при контакті з солоною морською водою.

Сучасний гелікоптер.

В результаті два вертольоти, зроблені на одному заводі і мають однаковий тип несучої системи, можуть мати різні по конструкції лопаті. Причина цього – призначення гелікоптерів. Один із них сідатиме на палубу фрегата у шторм, а інший літатиме над альпійськими селами, доставляючи туристів до льодовиків.

Ще цікаве з нашого каналу:

Sukhoi SuperJet: чому надія та ненависть «Аерофлоту» майже не літає

Компанія, колись заснована вихідцем з Росії, зробила серйозний внесок у розвиток гелікоптеробудування. Фахівці компанії Сікорського побудували багато цікавих літаків , які досі вважаються визначними.