Kodėl kai kurie sraigtasparniai neturi uodegos rotoriaus? Kokia jo funkcija?

Sraigtasparniai yra universalūs, manevringi ir labai naudingi orlaiviai. Jų būna įvairių, tačiau dauguma sraigtasparnių turi vieną pagrindinį ir vieną uodegos rotorių. Didysis sraigtas, kaip žinote, yra skirtas keliamajai jėgai kurti. O kam skirtas žymiai mažesnis uodegos rotorius? Kaip sraigtasparniai gali skristi be jo?

Malūnsparniai, dar vadinami autožyrais, tradicinio uodegos rotoriaus neturi, bet dažnai turi stumiantį propelerį. Tai – visai kitoks įrenginys ir šiame straipsnyje apie jį nekalbėsime. Tuo tarpu tradicinės konfigūracijos sraigtasparniai uodegos rotorius yra tiesiog būtinas.

Įsivaizduokite įprastą sraigtasparnį. Na, maždaug tokį:

Jis turi fiuzeliažą, virš kurio sukasi didelis pagrindinis rotorius. Šis orlaivis taip pat turi ir ilgą uodegą, kurios gale – vertikalus uodegos rotorius. Jį per transmisiją suka tas pats variklis (ar varikliai), kuris suka ir pagrindinį sraigtą. Uodegos rotorius nėra varantis įrenginys – besisukdamas vertikalioje plokštumoje jis nestumia orlaivio pirmyn – šis darbas priklauso tik pagrindiniam sraigtui. Tačiau uodegos rotorius vis tiek yra labai svarbus ir jo netekimas skrydžio metu yra labai pavojingas (apie tai – šiek tiek vėliau).

Kam reikalingas uodegos rotorius?

Fiuzeliaže sumontuotas variklis suka pagrindinį sraigtą. Tai yra, variklio sukimo momentas per transmisiją yra perduodamas dideliam rotoriui. Kaip tikriausiai žinote iš fizikos, vienas kūnas negali sukti kito ir išlikti stabilus, jei neturi stabilaus pagrindo. Taigi, be uodegos rotoriaus sraigtasparnio fiuzeliažas visada suktųsi priešinga kryptimi nei pagrindinis sraigtas.

Tai ir yra pagrindinė sraigtasparnio uodegos rotoriaus užduotis – jis kompensuoja orlaivio fiuzeliažą veikiantį sukimo momentą ir neleidžia jam suktis priešinga kryptimi nei pagrindinis sraigtas.  Dėl šios priežasties uodegos rotoriaus mechanizmas yra palyginti paprastas, nes, priešingai nei pagrindinio rotoriaus atveju, jo sukimosi plokštumos skrydžio metu valdyti nereikia.

Galbūt nustebsite sužinoję, kad sraigtasparnių sraigtai įprastai sukasi pastoviu greičiu, nepriklausomai nuo to, ar orlaivis skrenda tiesiai, kyla ar leidžiasi. Kai kurie pažangūs sraigtasparniai leidžia sulėtinti sraigto sukimąsi, bet dauguma viso skrydžio metu palaiko tą patį rotoriaus sukimosi greitį. Sraigtasparnis kyla ir leidžiasi pilotui valdant sraigto žingsnį – menčių pakrypimą ašies atžvilgiu. Uodegos rotorius yra valdomas lygiai taip pat – jis sukasi vienodu greičiu, bet pilotas pedalais gali reguliuoti jo žingsnį. Taip sraigtasparnio fiuzeliažas gali pasisukti. Vien pedalais pilotas gali priversti sraigtasparnį apsisukti vietoje.

Taigi, uodegos rotorius kompensuoja pagrindinio sraigto sukimo momentą ir leidžia valdyti fiuzeliažo pasisukimą. Tai – labai svarbios funkcijos, tačiau uodegos rotoriai reikalingi ne visiems sraigtasparniams.

Kada uodegos rotorius nėra reikalingas?

Nors dauguma sraigtasparnių turi uodegos rotorius, egzistuoja ir nemažai tokių, kuriems jie nėra reikalingi.

Pavyzdžiui, dviejų sraigtų sraigtasparniai. Čia pagrindiniai rotoriai sukasi priešingomis kryptimis, taip visiškai neutralizuodami tą neigiamą sukimo momentą. Dvisraigčių sraigtasparnių būna įvairių. Pavyzdžiui, kontrarotaciniai sraigtai turi vieną sukimosi ašį, nors ir sukasi priešingomis kryptimis:

Kaman sraigtasparniai turi persidengiančius greta sumontuotus sraigtus, kurie, žinoma, irgi sukasi priešingomis kryptimis:

Didžiausias pasaulio sraigtasparnis Mil V-12 turėjo greta sumontuotus nepersidengiančius sraigtus. Kiekvieną iš jų suko 4 varikliai:

Uodegos rotoriai nereikalingi ir tandeminiams sraigtasparniams, kuriuose du sraigtai yra sumontuoti išilgai fiuzeliažo – vienas arčiau priekio, kitas – arčiau galo. Kiekvienai iš šių konfigūracijų galėtume pateikti po kelis pavyzdžius, bet svarbiausią principą jau supratote – du vienodi sraigtai sukasi priešingomis kryptimis, taip kompensuodami vienas kito sukimo momentą.

Bet be uodegos rotoriaus gali išsiversti ir vieną sraigtą turintys sraigtasparniai. Nėra jokio sukimo momento, kurį reikėtų kompensuoti, jei sraigto sukimosi ašis nėra sujungta su varikliu. Minėti autožyrai čia yra geras pavyzdys – jų sraigtai sukasi laisvai ir juos suka ne kažkoks fiuzeliaže sumontuotas mechanizmas, o oro srautas. Todėl malūnsparniams uodegos rotoriai nėra reikalingi.

Panašų efektą galima pasiekti ir variklius montuojant sraigto menčių galuose. Kai maži reaktyviniai varikliai įsuka sraigtą apie laisvai besisukančią ašį, fiuzeliažo neveikia joks neigiamas sukimo momentas. Sraigtą sukantys įrenginiai sukasi kartu su sraigtu. Mažas Jet Jeep prototipas čia yra geras pavyzdys.

Galiausiai, egzistuoja ir sistema NOTAR, kuri tą fiuzeliažą veikiantį sukimo momentą kompensuoja valdomu oro srautu. Uodegos rotoriaus atsisakymas leidžia sumažinti triukšmo lygį, pagerina saugumą ir degalų sąnaudas.

Jei sraigtasparnis turi uodegos rotorių, jis jam yra būtinas. Tačiau jo praradimas skrydžio metu dar nereiškia, kad orlaivis tikrai suduš.

Kas jei uodegos rotorius lūžta skrydyje?

Uodegos rotorių mechanizmai yra labai tvirti ir dažnai net nereikalauja priežiūros. Be to, jie yra apžiūrimi, kad būtų įsitikinta, kad pati uodegos konstrukcija su laiku nesusilpnėjo. Nepaisant to, uodegos rotorių gedimų pasitaiko, bet jie ne visada baigiasi katastrofomis.

Kartais sraigtasparniai užkabina žemę leisdamiesi. Uodegos rotoriai yra apsaugoti (ypač jei naudojama dengto ventiliatoriaus konstrukcija, kaip Fenestron), bet tokių avarijų pasitaiko. Tuo metu sraigtasparnis ir taip būna arti žemės, todėl nusileidimas nėra labai sunkus.

Jei uodegos rotorius lūžta didesniame aukštyje, pilotas turi kelis pasirinkimus. Vienas jų – išjungti variklį ir tupdyti orlaivį pasitelkus autorotaciją – leisti sraigtasparniui sklęsti žemyn, kad oro srautas palaikytų sraigto sukimąsi. Kitas pasirinkimas – nukreipti sraigtasparnį pirmyn. Dauguma sraigtasparnių turi vertikalius uodegos stabilizatorius – jų dėka orlaivis gali išlikti stabilus ir netekęs uodegos rotoriaus, bet tik jei skris pirmyn pakankamai dideliu greičiu.