Летательные аппараты нетрадиционных схем - [37]
Все разработанные до 1920 г. экспериментальные вертолеты не были достаточно эффективными. Некоторые важные усовершенствования были реализованы в рамках другой группы летательных аппаратов с несущим винтом, получивших название «автожир».
В 1922 г. испанский конструктор Хуан де Сьерва объединил несущий винт вертолетного типа с фюзеляжем обычного самолета, использовав вместо стандартного крыла несущий винт. Винт не был жестко связан с двигателем, и его вращение инициировалось набегающим потоком при запуске вручную или при пробежке по земле. После этого винт продолжал вращаться в потоке воздуха. Впоследствии для облегчения раскрутки винта перед взлетом был создан специальный привод от двигателя, который затем использовался для ускорения вращения винта. После отключения двигателя шаг лопастей винта можно было увеличить и использовать избыточную мощность для «подскока» автожира в воздух. Однако автожир, в отличие от вертолета, не в состоянии зависать над местом взлета и должен для продолжения полета сразу же использовать тягу обычного тянущего винта.
Первые образцы автожиров имели рудиментарное крыло с элеронами для управления по крену; последние конструкции автожиров уже не имели крыла и элеронов.
Автожир не взлетает вертикально, однако он в состоянии быстрее набирать высоту по сравнению с самолетом эквивалентных размеров и такой же тяговооруженностью. Кроме того, он может садиться почти вертикально; при этом несущий винт работает в режиме парашютирования. Это явление получило наименование авторотации. В природе существует аналогия авторотации: семена клена представляют собой однолопастный несущий винт с высокой частотой вращения относительно центра масс при падении, создающий достаточно большую подъемную силу для существенного торможения при снижении. Благодаря замедленной скорости снижения ветер может далеко отнести семя. Набегающий снизу поток заставляет винт вращаться даже при очень небольшом угле закрутки, создавая подъемную силу.
Автожир был полностью вытеснен в гражданской и военной авиации вертолетом и сохранился до наших дней только в качестве летательного аппарата для развлечений любителей воздухоплавании. Однако в истории авиации он имел огромное значение, так как с ним связаны идеи изменяемого шага винта и лопасти с изменяемым углом установки, а также общая компоновка и аэродинамическая схема, которые позволили успешно разработать вертолет. Фактически он указал другим изобретателям дальнейшее направление развития вертолетов.
Первым вертолетом, которому удалось осуществить продолжительный полет и подъем на высоту больше нескольких метров, был построенный в 1916 г. австрийским лейтенантом Стефаном фон Петрочи в сотрудничестве с профессором Теодором фон Карманом аппарат для замены наблюдательных воздушных шаров, которые использовались в австрийской армии.
Вертолет имел три авиационных ротативных двигателя мощностью 120 л. с. (88,2 кВт), которые устанавливались в трубчатой раме и приводили в движение соосные винты диаметром 2,4 м. Винты были похожи на стандартные деревянные пропеллеры самолета, установленные в вертикальном положении. Общий вид вер толста Кармана Петрочи показан на рис. 5.2. Он не был летательным аппаратом в строгом смысле слова, однако, используя принцип прямой подъемной силы, он мог зависать в воздухе, для чего, собственно, и был создан.
Рис. 5.2.Австрийский вертолет с соосными жесткими винтами Кармана-Петрочи (1916 г.).
Этот вертолет не имел путевого управления и не обладал достаточной устойчивостью. И хотя он мог подниматься на несколько сот футов, его положение фиксировалось лишь при помощи трех специальных тросов.
Наблюдатель располагался в цилиндрической корзине, установленной над винтом на его валу, что было очень ненадежно и исключало возможность спасения летчика при помощи парашюта, которая существовала бы при подвеске корзины по типу воздушного шара. Вместо этого предусматривалось спасение при помощи парашюта аппарата в целом.
При спуске аппарат подтягивался к земле посредством трех тросов, подобно воздушному шару, сохраняя при этом вертикальную подъемную силу (эта процедура была впоследствии использована для посадки морских вертолетов на палубу при сильной качке).
Вертолет Кармана Петрочи не вышел из стадии экспериментов и потерпел катастрофу при выполнении 15-го полета.
Генри А. Берлинер оставил заметный след в истории техники как первый американский конструктор вертолетов. Для полетов он приспособил существующую конструкцию самолет «Ньюпорт 21» времен первой мировой войны (вариант знаменитой боевой модели «Ньюпорт 17» с двигателем мощностью 80 л. с. (58,9 кВт), использовавшейся на последнем этапе подготовки летного состава).
В период с 1921 по 1924 гг. Берлинер опробовал различные варианты компоновки двухлопастных жестких винтов носового двигателя с приводом посредством валов и редукторов. На показанном (рис. 5.3) варианте вертолета установленные под каждым винтом продольные лопатки использовались для частичного путевого управления за счет отклонения потока, сходящего с несущего винта. Это была перспективная концепция, эффективная реализация которой стала возможной лишь после появления конвертопланов с вертикальным взлетом в 1960-х гг.
