Я познаю мир. Авиация и воздухоплавание - Станислав Зигуненко

Винт вместо крыла

Аэроплан или винтокрыл?

Увлекшись достижениями авиации, мы с вами как-то совсем упустили из виду, что кроме самолетов в ней есть летательные аппараты и других типов.

Способность вращающегося винта подниматься в воздух, как мы уже говорили, была известна еще в Древнем Китае. И Леонардо да Винчи предлагал подниматься в воздух именно с помощью аппарата, способного «ввинчиваться» в воздух. И «аэродинамическая машинка» Ломоносова тоже по существу представляла собой модель вертолета.

Винтокрылые летательные аппараты: а — автожир; б — вертолет; в — винтокрыл: г — конвертоплан

По идее, такие летательные аппараты должны быть более удобны в повседневном использовании, поскольку не требуют для взлета и посадки специальных бетонированных полос, могут базироваться на любом пятачке и даже на плоских крышах зданий. Изобретать практические конструкции тоже начали почти одновременно с самолетами, и до 20-х годов нашего века трудно было сказать, какая из схем — самолетная или вертолетная — получит в конце концов большее применение.

Первая получила преимущество, пожалуй, вот по какой причине. Прежде всего конструкторов подвела теория. Если аэродинамикам худо-бедно удалось справиться с трудностями самолетного полета, уподобив (с большой, однако, натяжкой!) эти машины птицам, то летательные аппараты, у которых вместо крыла вращающийся ротор, требуют для расчетов еще более сложного математического аппарата. А вот тут теория и вообще буксует — точного описания вихрей не существует и по сей день.

Если посмотреть под микроскопом на крыло обыкновенной мухи, то с точки зрения нынешней науки оно представляет собой форменное аэродинамическое безобразие — все в складках, бороздах, каких-то волосках. Муха же этого не знает, а потому и летает в свое удовольствие, стартуя с места и закладывая такие пируэты, которые нашим летательным аппаратам и не снились.

А пока мы не сможем разобраться в тонкостях такого полета, нам, похоже, не то что орнитоптера или какого-нибудь мухокрыла, но и автожира толкового не построить. Судите сами...

Не до жиру автожиру...

Так называют гибридный летательный аппарат, сочетающий в себе черты самолета и вертолета. Название происходит от двух греческих слов (autos — сам и gyros — вращение) и довольно точно обозначает главную особенность машин такого типа. Вместо привычного крыла они имеют вертолетный винт и пропеллер на носу. Причем винт, как правило, вращается не от мотора, а просто под напором ветра, когда машина разбегается по полю, начиная взлет.

Автожир А-7 Камова

Такой способ полета был изобретен испанским конструктором X. Сиервой еще в 1919 году. Однако, несмотря на кажущуюся простоту схемы, ни один из построенных конструктором автожиров — а он их создавал до середины 30-х годов — так и не смог сравняться по своим летным качествам с тогдашними самолетами.

Да и сегодня в мире используются лишь легкие, одно- или двухместные, автожиры, в основном для спортивных целей. Строительство более тяжелых машин все время откладывается, поскольку аэродинамики никак не могут избавиться от ахиллесовой пяты этой конструкции: при некоторых режимах полета происходит срыв воздушного потока с несущего винта, и машина проваливается вниз, что уже неоднократно приводило к авариям и даже катастрофам.

«Летающий вагон» и другие

Пытаясь усовершенствовать схему автожира, многие конструкторы решили и ротор раскручивать за счет мощности мотора. Но при этом им пришлось решать множество проблем. Чтобы понять их суть, давайте разберемся хотя бы в общих чертах, как летает вертолет.

Вот взревел двигатель, раскрутил вертолетный ротор, машина приподнялась и зависла над землей. В какую сторону она полетит? Да ни в какую — попросту закружится волчком. Потому как согласно законам физики на каждое действие есть свое противодействие. Это хорошо знают конструкторы и летчики винтовых самолетов — вираж в сторону вращения пропеллера такая машина совершает охотнее, чем в противоположную. Но там, по крайней мере, крутящий момент довольно просто компенсируется за счет большой площади крыла (опираясь о воздух, оно не дает раскрутить самолет) или постановкой на многомоторные машины пропеллеров, вращающихся в разные стороны...

Нечто подобное пришлось делать и в данном случае. На вертолетах, которые выпускает фирма имени Н.И. Камова, обычно один над другим ставят два ротора, вращающиеся в разные стороны для взаимного компенсирования крутящих моментов. На вертолетах же другой схемы, которой обычно придерживаются конструкторы фирмы М.Л. Миля, вращающий момент компенсируется за счет дополнительного винта, вынесенного далеко назад на хвостовой балке.

Основные схемы вертолетов: 1 — с перекрывающимися винтами; 2 — продольная схема «летающий вагон»; 3 — одновинтовая схема; 4 — соосная схема; 5 — поперечная схема

Иногда на тяжелых вертолетах ставят по нескольку роторов, каждый из которых вращается особым двигателем. Если винты эти расположены по длине фюзеляжа, подобная схема иногда называется «летающим вагоном». Наверное, из-за того, что такие вертолеты вмещают много груза.

Изобретение Юрьева

Для того чтобы поднявшийся в воздух вертолет полетел в ту или иную сторону, фантаст Жюль Верн предлагал использовать дополнительный пропеллер, установленный по-самолетному. Куда он потянет, туда и полетит аппарат.

А вот наш соотечественник Б.Н. Юрьев решил задачу по-другому — проще и оригинальнее. Он предложил немного перекашивать, наклонять ось вращения вертолетного ротора таким образом, чтобы появлялась составляющая, двигавшая машину в том или ином направлении. Наклонили ось вперед, и вертолет двинулся вперед; назад или в сторону — и машина, соответственно, двинулась бы туда, даже не разворачиваясь.

В 1911 году он реализовал свою идею в виде простой, надежной конструкции, названной «автоматом перекоса». Она и по сей день используется практически во всех вертолетах.

Автомат перекоса

Впрочем, справедливости ради надо, наверное, сказать, что попытки подняться вертикально в воздух производились до создания этого автомата. Так, в сентябре 1907 года во Франции братья Л. и Ж. Бреге вместе с профессором Ш. Рише попытались поднять в воздух машину с четырьмя винтами-роторами. Братья надеялись, что смогут управлять полетом, меняя тягу того или иного винта. Однако на практике оказалось, что такая схема весьма неустойчива, и попытка потерпела неудачу.

Авиабусы Гроховского

С 1929 года парашюты становятся обязательным элементом снаряжения летчиков и аэронавтов. С их помощью с небес спускают не только людей, но и различные грузы. Именно этим в первую очередь стал заниматься П.И. Гроховский — начальник и главный конструктор Экспериментального института Наркомата тяжелой промышленности по вооружениям.

Должность со столь громоздким названием предписывала заниматься новыми оригинальными системами, которые могли найти себе применение в Военно-Воздушных Силах Рабоче-Крестьянской Красной Армии. В частности, Гроховский создал первые в мире не шелковые, а куда более дешевые хлопчатобумажные парашюты для людей и грузов, парашютные контейнеры для десантников.

Но, пожалуй, наиболее оригинальной оказалась идея авиабусов — особых контейнеров для людей и грузов, которые могли сбрасываться на небольшой высоте без парашютов. В начале 30-х годов был построен авиабус на пять человек, имевший 4 м в длину и 2,5 м в ширину. Однако охотников испытать его не нашлось: «Какие-то чемоданы под крыльями развесили, и довольны. Да они, чего доброго, и крылья оторвут. А уж сидеть в них — извините!..» — заявляли летчики.

Подвесной контейнер для десантирования автомобиля

Скептицизм не рассеялся и после предварительных испытаний с манекенами. Тогда решено было провести испытания с участием животных. Первым стал пес по прозвищу Куцый. Его поймали, сунули в мешок, отвезли к самолету и запаковали в контейнер.

Самолет взлетел, прошел над аэродромом на высоте 12 м и сбросил кабину-авиабус. Поднялась туча пыли, а когда она рассеялась, стало видно, что контейнер невредим. А пес? Открыли дверку — Куцый сидит внутри и виляет хвостом.

После этого начальник института сам решил участвовать в испытании. Вместе со своим заместителем Титовым, решившим разделить участь начальника и друга, он залез в контейнер. Испытатели легли на разостланные полушубки. Авиабус снова прицепили к самолету, подняли в воздух и сбросили.