Är det nackdelar med koaxialrotorn på attackhelikoptrar?

Den unika konfigurationen av dubbla koaxialrotorer presenterar både fördelar och nackdelar, och den relativa vikten av varje måste beaktas i ljuset av flygplanets uppdrag.

Jag antar att läsaren har en grundläggande förståelse för helikopterkontrollen (cyklisk, kollektiv, antitorque).

Nackdelar

Aeromekanisk komplexitet

En koaxial rotor har ett mycket mer komplext nav än en vanlig. Det behöver inte bara invertera rotationsriktningen, det har två uppsättningar cykliska och kollektiva kontroller som också efterliknar effekten av en svansrotor.

Eftersom den nedre rotorn arbetar i nedre tvätten av den övre, måste kollektivhöjden vara högre för att producera samma lyft (och sålunda vridmoment). Detta är viktigt eftersom ett vridmoment obalans kommer att göra flygplanet ojämnt. Faktum är att det här är hur yaw uppnås när piloten stiger på pedalerna, genom att låta rotorerna generera differentialhiss, men säkerställer att deras sammanlagda totala stannar lika, så att flygplanet behåller nivåflygning.

De cykliska kontrollerna har samma effekter, det minsta av deras problem, se nedan.

Rotors självkorsning

En enda rotor i framåtgående flygning kommer att anta en något konisk form på grund av lyftkraften på knivarna. Denna kon kan också lutas i sidled i förhållande till flygriktningen eftersom knivarna ser olika lufthastigheter på olika punkter i deras cykel. Det vill säga bladen kommer att generera mer hiss medan de går fram i flygriktningen och mindre medan de återvänder på motsatt sida av helikoptern. Ju högre framåtfart, desto större kommer denna effekt att vara (Faktum är att det vanligtvis kommer att finnas ett område på rotorn där knivarna inte producerar hiss eftersom luftflödet över dem är omvändt: helikopterets framåtfart är större än bladets lokala hastighet).

I en koaxial design vrider båda rotorerna i motsatta riktningar, så deras kakel kommer också att vara i motsatta riktningar: den medurs vridande kommer att luta åt höger och den moturs vrida kommer att luta till vänster (de faktiska platserna för maximal böjning är inte helt lika tydliga snitt på grund av inerti, men detta tjänar som en grundläggande förklaring).

Det resulterande problemet är ganska uppenbart: de två rotorerna kan korsa varandra. Detta är en dålig sak (TM) och kommer att leda till alla slags problem som snabb oplanerad dissasembly av resten av rotorbladet. En pilot i denna situation kommer sannolikt att använda sig av den bekvämt installerade utstötningsmekanismen.

Den faktiska framåthastigheten vid vilken självkorsningen kommer att inträffa publiceras inte (enligt min bästa kunskap), men är förmodligen någonstans över 250 km / h. Detta tar endast hänsyn till flygning ... plötsliga kollektiva eller cykliska ingångar vid höga men inte kritiska flyghastigheter kan ha samma effekt.

Den övergripande effekten är att koaxialrotorhelikoptrar är mer begränsade i sina flygkuvert än konventionella. Även om detta inte är en dödlig nackdel, är agility högt värderad för attackhelikoptrar.

Yaw Response

Det här är något spekulativt, men avsaknaden av en dedikerad svansrotor kan begränsa yaw-hastigheten vid låga framåtlufthastigheter, där det mesta av yawing toque skulle komma från svansrotorn. Vid höga hastigheter dominerar vattens vevningseffekt i alla fall, vilket gör det till en mycket viktig punkt.

Fördelar

Enklare svansdesign

Bristen på en svansrotor frigör helikoptern från att behöva sända vridmoment till den, vilket alltså förenklar bomdesignen kraftigt. Faktum är att vissa koaxiala konstruktioner gör en särskild nytta för att utnyttja denna fördel, med en mycket kort bom, som Ka-25 och Ka-27, som är navy-helikoptrar som är avsedda att passa in i en ombord hangar.

Mindre svagpunkter

Förlusten av en svansrotor är inte, som många filmer skulle föreslå, en oåterkallelig situation. En helikopter kan stabiliseras med tillräcklig framfart om den har tillräckligt med svansvolym.

Att säga att en förlustrotor i en kampsituation kommer sannolikt att leda till en missionsdöd. Och det är inte bara rotorn som är sårbar, bommen innehåller överföringsstavarna för den, så eventuella skador längs den strukturen kan vara potentiellt dödliga.

För en koaxiell helikopter kommer förlusten av svansen att leda till vissa stabilitetsproblem, men inget katastrofalt.

Om fördelarna med konstruktionen uppväger dess nackdelar är slutligen en fråga om preferens och passformen mellan flygplanet och dess avsedda uppdrag. Antagningsgraden för en design är inte nödvändigtvis en indikation på dess fördelar, särskilt när militär upphandling är inblandad, eftersom det finns otaliga andra faktorer i spel.

Den huvudsakliga verkliga nackdelen, som nämns i alla andra svar, är komplexitet , och specifikt för kamp, sårbarhet hos navet (som inte kan skärmas). Å andra sidan kan det hävdas att svansbommen hos en "normal" helikopter är lika kritisk och sårbar.

En annan nackdel är aerodynamiskt drag i navet , vilket i vissa fall kan göra upp till hälften av totalt drag. På grund av den inneboende risken för rotorns självkorsning, förklarad av A, måste navet vara ganska lång, speciellt för höghastighets- och / eller manövrerbara maskiner. Och igen kan det inte skyddas, och mycket lite kan göras om det.

Självkorsningen i sig själv citeras ofta som en nackdel, men det resulterar i själva verket helt enkelt i andra designkompromisser, till exempel den högre navet som nämns ovan, eller begränsningarna i flygkuvertet. I ett väl utformat system är risken för att den händer inte större än risken att skära av svansbommen av den traditionella rotorn.

Nästan mycket annat är en fördel.

När det gäller attack helikoptrar specifikt, är den viktigaste kanske enkelhet av kontroll och manövrerbarhet. Även om koaxialdesignen inte är perfekt symmetrisk, är det storleksordningar mer symmetriska än den klassiska konstruktionen, med mycket liten korsning, och är följaktligen mycket lättare att flyga. Detta gjorde det möjligt att utforma en sådan odditet som en enkel-sätesbekämpande helikopter, Ka-50. Det finns manövrar som endast en koaxiell helikopter kan realistiskt utföra, och de är antagligen mer kamprelevanta än supermanövrerbarhet hos moderna flygplanskämpare.

Sådana hanteringskvaliteter kan till och med resultera i viss självbestämdhet på pilots sida. Helikopteren styr så bra att det är lätt att trycka det bortom det avsedda kuvertet. I fallet med Ka-50/52 var alla fall av rotorkollisioner (minst en av dem dödliga) till sist hänförda till det.

När det gäller exportsucces är vapenexporten mycket politiskare än teknisk, så att nyanserna vi diskuterar här är nästan irrelevanta.