На этот раз, друзья-товарищи, предлагаю переместиться в иную стихию транспортных средств – воздушную.
Несмотря на всеобъемлющий ад и погибель на земле, мы с вами не теряем надежды и мечтаем покорять небеса. А относительно недорогим средством для этого нам послужит чудо-коляска с пропеллером, имя коей - автожир .
Автожир (autogyro) - винтокрылый сверхлегкий летательный аппарат, в полёте опирающийся на несущую поверхность свободновращающегося в режиме авторотации несущего винта.
По-другому эта штука именуется как Гироплан (gyroplane), Гирокоптер (gyrocopter), и иногда Ротоплан (rotaplane).
Немного истории
Автожиры изобрёл испанский инженер Хуан де ла Сиерва в 1919 году. Он так же как и многие авиаконструкторы того времени пытался создать летающий вертолет и как это обычно бывает, создать создал, но не то, что хотел изначально. Но особо по этому факту не расстроился и в 1923 году запустил свой личный аппарат, который летал за счет эффекта авторотации. Далее запилил собственную фирму и клепал потихоньку свои гирокоптеры пока не умер. А потом был сконструирован полноценный вертолет, интерес к автожирам пропал. Хотя они все это время продолжали выпускаться, но использовались (и используются) для узких целей (метеорология, аэрофотосъемка и проч.).
Технические характеристики
Масса: от 200 до 800 кг
Скорость: до 180 км/ч
Расход топлива: ~15 л на 100 км
Дальность полета: от 300 до 800 км
Конструкция
По конструкции автожир ближе всего находится к вертолетам. По сути, он и является вертолетом, только с предельно упрощенной конструкцией.
Собственно сама конструкция включает следующие ключевые элементы: несущая конструкция - «скелет» аппарата, к которому крепится двигатель, 2 винта, сиденье пилота, приборы управления и навигации, хвостовое оперение, шасси и некоторые другие элементы.
Непосредственное управление осуществляется двумя педалями и рычагом управления.
Самым простым гирокоптерам для взлета необходим небольшой разбег в 10 - 50 метров. Это расстояние уменьшается в зависимости от увеличения силы встречного ветра и степени раскрутки несущего винта к моменту начала разбега.
Особенностью автожира является то, что он летит, пока имеется набегающий на несущий винт поток воздуха. Этот поток обеспечивается малым толкающим винтом. Именно по этому автожиру необходим хотя бы небольшой разбег.
Однако более сложные и дорогие автожиры, оснащенные механизмом изменения угла атаки лопасти, способны взлетать с места вертикально вверх (т.н. подскоком).
Изменение положения автожира в горизонтальной плоскости достигается при помощи изменения угла наклона всей плоскости несущего винта.
Автожир так же как вертолет способен зависать в воздухе.
Если у автожира отказывает двигатель, это не значит верную гибель пилота. Если двигатель выключается, ротор автожира переходит в режим авторотации, т.е. продолжает вращаться от набегающего потока воздуха, пока аппарат движется со скоростью вниз. В результате автожир медленно спускается, а не падает камнем.
Разновидности
Несмотря на простоту конструкции, гирокоптеры обладают некоторой вариативностью конструкции.
Во-первых, данные летательные аппараты могут быть оснащены как тянущим винтом, так и толкающим. Первые характерны для исторически самых первых моделей. Второй винт у них расположен спереди, как у некоторых самолетов.
Вторые – имеют винт в задней части аппарата. Автожиров с толкающим винтом – абсолютное большинство, хотя обе конструкции имеют свои преимущества.
Во-вторых, автожир хоть и очень легкое воздушное средство передвижения, но он может перемещать еще пару пассажиров. Естественно для этого должны иметься соответствующие конструктивные возможности. Встречаются автожиры с возможностью перевозки до 3-х человек, включая пилота.
В-третьих, автожир может обладать полностью закрытой кабинкой для пилота и пассажиров, частично закрытой, или может вообще не иметь кабины, которая убирается в целях грузоподъемности или же лучшего обзора.
В-четвертых, может оснащаться дополнительными ништяками, типа автомата перекоса и проч.
Боевое применение
Эффективность автожира как ударного средства конечно невысока, но побывать некоторое время на вооружении СА он успел. В частности в начале XX века, когда весь мир был охвачен вертолетной лихорадкой, военные наблюдали за развитием в этой отрасли. Когда полноценных вертолетов еще не существовало, были попытки применять гирокоптер в военных целях. Первый гирокоптер в СССР был разработан в 1929 году под названием КАСКР-1 . Затем в течении десяти последующих лет вышли еще несколько моделей автожиров, в т.ч. автожиры А-4 и А-7. Последний принимал участие в войне с финнами в качестве разведчика, ночного бомбардировщика и эвакуатора. Хоть в использовании автожира были определенные преимущества, все это время военное руководство сомневалось о его необходимости и на серийное производство А-7 так и не был поставлен. Затем в 1941-м началась война и было не до этого. После войны все силы были брошены на создание настоящего вертолета, а про автожир так и забыли.
Советский автожир А-7 был вооружен 7,62 пулеметами ПВ-1 и ДА-2. Так же была возможность крепить бомбы ФАБ-100 (4 шт.) и неуправляемые реактивные снаряды РС-82 (6 шт.)
История применение автожиров в других странах примерно такая же - аппараты использовались в начале XX века французами, англичанами, японцами, но при появлении вертолетов, практически все автожиры были списаны.
Сабж и ПА
Наверное и так понятно почему сабжем "Техники ПА" стал именно автожир. Очень простой, легкий, маневренный - его при определенной прямости рук и можно собрать в домашних условиях (видимо отсюда появились байки о зеках и вертолете из бензопилы "Дружба").
Несмотря на все его достоинства, мы получаем хорошую возможность покорять воздушное пространство в очень хреновых окружающих условиях.
Помимо банального перемещения по воздуху и перевозки мало-мальского груза, мы получаем неплохую боевую единицу, которую можно тактично использовать в разведывательных и патрульных операциях. Более того, вполне возможна установка автоматического оружия, а также использования боевых снарядов для бомбометания. Как говорится, голь на выдумки хитра, было бы желание.
Итак, подведем итоги. Преимущества сабжа я разделил на абсолютные и относительные. Относительные - сравнительно с другими летательными аппаратами, абсолютные - сравнительно с транспортными средствами вообще, в т.ч. и наземными.
Абсолютные преимущества
Простота изготовления и ремонта
Простота эксплуатации
Простота управления
Компактность
Низкий расход топлива
Относительные преимущества
Высокая маневренность
Устойчивость к сильным ветрам
Безопасность
Посадка без пробега
Низкие вибрации в полете
Недостатки
Низкая грузоподъемность
Низкая защищенность
Высокая чувствительность к обледенению
Достаточно сильный шум толкающего винта
Специфические недостатки (разгрузка ротора, кувырок, мертвая зона авторотации и др.)
ЮТруб о сабже
Долгие годы автожиры считались очень опасными летательными аппаратами. Да и сейчас 90% летающих полагают, что автожиры смертельно опасны. Самое популярное высказывание об автожирах: "Они соединяют в себе недостатки самолетов и вертолетов". Конечно же, это не так. Достоинств у автожиров достаточно.
Так откуда же мнение о колоссальной опасности автожиров?
Сделаем короткий экскурс в историю. Автожиры были изобретены в 1919 году испанцем де ла Сиервой. Сделать это, по легенде, его побудила гибель его друга в самолете. Причиной катастрофы стало сваливание (потеря скорости и потеря подъемной силы и управляемости). Именно желание сконструировать ЛА, не боящийся сваливания, и привела его к изобретению автожира. Выглядел автожир Ла Сиервы вот так:
По иронии судьбы, Ла Сиерва сам погиб при крушении самолета. Правда, пассажирского.
Следующий этап связан с Игорем Бенсеном, американским изобретателем, который в 50-е годы придумал конструкцию, легшую в основу практически всех современных автожиров. Если автожиры Сиервы были, скорее, самолетами с установленным ротором, то автожир Бенсена был абсолютно другим:
Как видим, тракторное расположение двигателя сменилось на толкающее, а конструкция радикально упростилась.
Вот это радикальное упрощение конструкции и сыграло злую роль с автожирами. Они стали активно продаваться в виде китов (наборов для самостоятельной сборки), делаться "умельцами" в гаражах, активно облетываться без какого-нибудь инструктажа. Результат понятен.
Смертность на автожирах достигла небывалых отметок (примерно в 400 раз выше, чем на самолетах - даю по английской статистике нулевых годов, в нее как раз попали ТОЛЬКО автожиры бенсеновского типа, различного рода самоделки).
При этом особенности управления и аэродинамики автожира толком изучены не были, они оставались экспериментальными аппаратами в самом худшем смысле этого слова.
В результате при их конструировании часто допускались серьезные ошибки.
Посмотрите на этот аппарат:
Вроде бы, внешне похож на современные автожиры, фотографии которых я приводил в первом посте. Вроде бы, да не похож.
Во-первых, у RAF-2000 не было горизонтального оперения. Во-вторых, линия тяги двигателя проходила значительно выше вертикального центра тяжести. Двух этих факторов хватало, чтобы сделать этот автожир "смертельной ловушкой",
Позже, во многом благодаря катастрофам RAF, люди изучили аэродинамику автожира и нашли "подводные камни" этого, казалось бы. совершенного летательного аппарата.
1. Разгрузка ротора
. Автожир летает благодаря свободно вращающемуся ротору. Что произойдет, если автожир попадет в состояние временной невесомости (восходящий поток воздуха, верхняя точка "бочки", турбулентность и т.д.)? Обороты ротора упадут, вместе с ними упадет подъемная сила... Казалось бы, ничего страшного, ибо такие состояния длятся недолго - доли секунды, секунду максимум.
2. Да, ничего страшного, если бы не высокая линия тяги, которая может привести к силовому кувырку
(PPO - power push-over).
Да, это опять рисовал я;)) На рисунке видно, что центр тяжести (CG) расположен значительно ниже линии тяги (thrust) и что сопротивление воздуха (drag) тоже приложено ниже линии тяги. В результате возникает, как говорят в авиации, пикирующий момент. Т.е., автожир норовит кувыркнуться вперед. В обычной ситуации ничего страшного - пилот не даст. Но в ситуации разгрузки ротора пилот уже не управляет аппаратом, и тот остается игрушкой в руках могучих сил. И кувыркается. Причем происходит это зачастую очень быстро и неожиданно. Только что летел и наслаждался видами, и вдруг БАЦ! и ты уже в неуправляемой жестяной банке с палками падаешь вниз. Без шансов восстановить управляемый полет - это тебе не самолет или дельталет.
3. Кроме того, у автожиров есть еще диковинные штуки. Это PIO (pilot induced oscillations - спровоцированная летчиком продольная раскачка
). В случае с нестабильными автожирами это очень вероятно. Дело в том, что автожир реагирует несколько замедленно. Поэтому может случиться ситуация, в которой пилот устроит этакую "раскачку" - пытаясь погасить колебания автожира, он на самом деле их усиливает. В результате колебания "вверх-вниз" нарастают, и аппарат переворачивается. Впрочем, на самолете тоже возможна PIO - простейшим примером будет известная привычка начинающих пилотов бороться с "козлом" резкими движениями ручки. В результате амплитуда "козла" только увеличивается. На нестабильных автожирах эта самая раскачка очень опасна. На стабильных лечится очень просто - нужно бросить "ручку" и расслабиться. Автожир сам вернется в спокойное состояние.
RAF-2000 был автожиром с очень высокой линией тяги (HTL, high thrust line gyro - автожир с высоким прохождением линии тяги), бенсеновские - с низкой линией тяги (LTL, low thrust line gyro - автожир с низким прохождением линии тяги). И поубивали на пару очень, очень, очень много пилотов.
4. Но даже на этих автожирах можно было бы летать, если бы не другая обнаруженная штука - оказывается, автожиры управляются совсем не как самолеты
! В комментах к прошлому посту я описывал реакцию на отказ двигателя (ручку от себя). Так вот, в нескольких статьях я прочитал о прямо противоположном!!! В автожире при отказе двигателя нужно срочно подгрузить ротор, дав ручку НА СЕБЯ и УБРАВ ГАЗ. Надо ли говорить, что чем опытнее пилот самолета, тем мощнее в его подкорке сидит рефлекс: при отказе ручку от себя и газ на максимум. В автожире, особенно нестабильном (с высокой линией тяги), такое поведение может привести к тому самому силовому кувырку.
Но это не все - у автожиров очень много разных особенностей. Все из них я не знаю, ибо сам еще не прошел курс обучения. Но многие известны - автожиры не так любят "педальки" на посадке (скольжение, с помощью которого "самолетчики" часто "травят высоту"), не переносят "бочки" и много чего еще.
Т.е., на автожире жизненно важно учиться у грамотного и опытного инструктора
! Любые попытки самостоятельно освоить автожир смертельно опасны! Что не мешает огромному количеству людей по всему миру строить и строить свои табуретки с винтом, самостоятельно их осваивать и регулярно на них биться.
5. Обманчивая простота
. Ну и крайний подводный камень. Автожиры очень просто и приятно управляются. Многие совершают самостоятельные вылеты на них через 4 часа обучения (я на планере вылетел на 12-м часу, раньше 10-ти это вообще редко бывает). Посадка гораздо проще, чем на самолете, трясет несравнимо меньше - вот и теряют люди чувство опасности. Думаю, эта обманчивая простота убила не меньше народу, чем кувырки с раскачками.
У автожира есть свой "flying envelope" (летные ограничения), которые необходимо соблюдать. Ровно как и в случае с любым другим летательным аппаратом.
Игры до добра не доводят:
Ну вот и все ужасы. На каком-то этапе развития автожиров казалось, что все кончено, и автожиры так и останутся уделом энтузиастов. Но случилось совершенно обратное. Нулевые годы стали временем колоссального бума автожиростроения. Причем бума ФАБРИЧНЫХ автожиров, а не самодельных и полусамодельных китов.. Бума настолько сильного, что в 2011 году в Германии было зарегистрировано 117 автожиров и 174 ультралегких самолета/дельталета (соотношение, немыслимое еще в 90-е). Что особенно приятно, лшидеры этого рынка, возникшего лишь недавно, демонстрируют отличную статистику безопасности.
Кто эти новые герои-автожиростроители? Что они такого придумали, чтобы компенсировать, казалось бы, огромные недостатки автожиров? Об этом в следующей серии;)
Автожир «КАСКР» был первым отечественным винтокрылым аппаратом, поднявшимся в воздух. С него началось советское автожиростроение, ставшее технической школой для последующего развития вертолетов.
Следующим летательным аппаратом Н.И. Камова стал автожир, получивший шифр А-7. Его разработка была начата в 1931 году в секции особых конструкций ЦАГИ. В этой уникальной машине были воплощены как идеи использования автожира, так и новые конструктивные решения. А-7 разрабатывался в первую очередь для использования в военных целях, по техническому заданию ВВС РККА в качестве корректировщика артиллерийского огня, связной машины и ближнего разведчика. Предусматривалось также его использование с кораблей ВМФ.
Для начала давайте разберемся, что такое автожир. Необычное какое то слово, да?
На самом деле ничего странного в этом слове нет. Просто оно имеет нерусское происхождение и образовано от греческих слов αύτός - сам и γύρος - круг. Название автожир чаще применяется в России. На западе более распространены названия гироплан, гирокоптер иротаплан
Но, вообщем-то, все эти названия достаточно близки и характеризуют принцип полета или точнее будет сказать принцип, с помощью которого этот интересный аппарат успешно держится в воздухе. Это принцип авторотации.
Вы о нем наверное знаете применительно к вертолету. Но для вертолета авторотация – режим аварийный. Вертолет может только снижаться на этом режиме с целью совершить по возможности безопасную посадку. А для автожира - это основной (и единственно возможный) режим полета.
Способный летать самостоятельно автожир кроме свободного несущего винта имеет двигатель с толкающим или тянущим винтом, который обеспечивает аппарату горизонтальную тягу. При движении вперед как раз и создается встречный воздушный поток, обтекающий несущий винт определенным образом и заставляющий его авторотировать, то есть вращаться, создавая при этом подъемную силу. И именно поэтому зависать на месте (за исключением особых условий большого встречного ветра) или же подниматься строго вертикально подобно вертолету автожир, увы, не может.
Считается, таким образом, что автожир занимает промежуточное положение между самолетом и вертолетом. Для того, чтобы держаться в воздухе ему нужно движение вперед, но саму подъемную силу создает несущий винт, подобный вертолетному (только без двигателя).
Картина обтекания несущего винта у этих аппаратов отличается. Если у вертолета встречный воздушный поток поступает сверху, то у автожира снизу. Плоскость вращения винта при горизонтальном полете у автожира наклонена назад (у вертолета вперед). Картина обтекания лопастей при этом следующая….
Как уже было неоднократно (:-)) сказано при обтекании лопасти (или для простоты ее единичного профиля) образуется аэродинамическая сила, которую можно разложить на силу подъемную (нужную нам) и силу сопротивления (которая, конечно, мешает). Углы атаки (установки лопастей) для существования устойчивой авторотации должны быть в примерном диапазоне 0° - 6° градусов.
В этом диапазоне полная аэродинамическая сила немного наклонена к плоскости вращения лопасти, и ее проекция на эту плоскость как раз и дает нам силу F, которая действует на лопасть, заставляя ее двигаться (вращаться). То есть винт сохраняет устойчивое вращение, создавая при этом подъемную силу, удерживающую аппарат в воздухе.
Из рисунка видно, что чем меньше сопротивление Х, тем больше сила F, вращающая лопасть. То есть поверхность лопасти для хорошего результата должна быть достаточно чистой, или говоря аэродинамическим языком ламинарной
А-7 - крылатый автожир с механической раскруткой несущего винта перед взлетом. Фюзеляж представлял собой ферменную конструкцию и имел две отдельные кабины, для летчика и наблюдателя. С целью улучшения обзора и углов обстрела задней нижней полусферы хвостовая часть фюзеляжа была сильно заужена, практически превращена в хвостовую балку, типичную для современных конструкций винтокрылых летательных аппаратов.
Низкорасположенное крыло складывалось вверх по разъему с центропланом, что в сочетании со складывающимися лопастями создавало удобство для перевозки и размещения в ангарах и на кораблях. Для улучшения управляемости на малых скоростях полета применили щелевые элероны и обратную щель на горизонтальном оперении. Трехопорное шасси с носовым колесом и дополнительной хвостовой опорой обеспечивало устойчивость разбега и горизонтальное положение несущего винта в момент его раскрутки и торможении, что уменьшало колебания лопастей относительно вертикальных шарниров. Шасси с носовой стойкой способствовало уменьшению разбега из-за меньшего сопротивления винта. Все опоры имели гидравлические амортизационные стойки. Была предусмотрена установка летательного аппарата на лыжи. Трехлопастный несущий винт автожира имел втулку с горизонтальными и вертикальными шарнирами.
Удачная компоновка автожира в части обеспечения приемлемой частотной характеристики и установка шасси с носовым колесом позволили в конструкции втулки обойтись без демпферов вертикальных шарниров, используя лишь небольшое подпружинивание лопастей в горизонтальной плоскости. В целом, втулка отличалась простотой, и в отчетах по испытаниям не было замечаний по ее работе. Лопасти автожира отличались тщательностью изготовления и балансировки. Механическая раскрутка несущего винта производилась с помощью трансмиссии, состоящей из двух валов - горизонтального и наклонного - и промежуточного редуктора.
При разработке автожира особое внимание уделялось аэродинамической форме планера. Применение обтекателей на стойках крепления кабана и самом кабане, капота для двигателя, обтекателей шасси предвосхитило достижение совершенных аэродинамических форм на современных вертолетах. Все это способствовало уменьшению общего сопротивления автожира, имеющего массу 2230 кг на А-7 был смонтирован мотор воздушного охлаждения М-22 мощностью 480 л.с. с тянущим винтом фиксированного шага.
Военный по назначению автожир имел необходимое вооружение, которое состояло из синхронного пулемета ПВ-1 и пулемета системы Дегтярева с 12 магазинами на задней турельной установке. Предусматривалась на этой турели установка также спарки пулеметов. Четыре точки подвески бомбового вооружения на А-7 были оборудованы механической и электрической системами сбрасывания. Впоследствии на автожире применялось и реактивное оружие. На А-7 устанавливались приемно-передающая станция 13СК-3, замененная в дальнейшем на РСИ-3. Для аэрофотосъемки монтировался фотоаппарат ПОТТЭ 1Б.
Построили три модификации автожира: А-7 - опытная машина; А-7бис опытная машина после доработок, отличающаяся от предшественницы увеличенным кабаном, улучшенной аэродинамикой и измененным оперением; А-7-3а - серийная машина, отличающаяся от А-7бис сниженной массой. Максимальная скорость ее составляла 219 км/ч, а длина разбега на взлете - 28 м.
Летные испытания винтокрыла А-7 начались летом 1934 года, а весной 1937 года они были продолжены уже на А-7бис. Проведенные испытания и последующая доводка автожира стали фундаментальной основой для последующего развития винтокрылых машин.
Зимой 1939 года началась война с Финляндией. Два автожира А-7 и А-7бис направлены на фронт для обеспечения корректировки стрельбы советской артиллерии. Пилотировали эти машины летчики-испытатели А. Ивановский и Д. Кошиц.
Во время подготовки материальной части и при пробных полетах на автожирах случались неполадки. На одном винтокрыле при вынужденной посадке повредили переднюю лыжу, на другой - в бортовой радиостанции пробило конденсатор. Инженер И. Карпун и механик А.Каганский устранили неисправности и подготовили машины к выполнению боевого задания. До завершения войны, когда прорвали линию Маннергейма и штурмом взяли Выборг, автожиры выполнили несколько разведывательных вылетов.
В начале 1939 года на заводе №156 заложили серию из пяти А-7бис. Четыре машины быстро облетали и предъявили заказчику. Но из-за отсутствия наземной радиостанции невозможно было оценить качество радиосвязи. Тогда заказчик проверил радиосвязь одновременно на всех автожирах, из которых один летал над аэродромом, другой уходил за его пределы, а два стояли на земле. Связь между всеми машинами была отличная, и они прошли приемку.
Пятый автожир значительно задержался в доработке, так как несколько раз при включении двигателя выходил из строя механизм раскрутки несущего винта. Причину нашли с трудом. Ею оказалось смещение на 0,2 мм направляющего стержня одной из 18 отжимных пружин. Автожир взлетел и был принят заказчиком.
С первого дня войны на заводе срочно начали готовить отряд из пяти А-7бис. Вскоре с Ухтомского аэродрома они поднялись и строем улетели на фронт. Далее они были направлены в Первую корректировочную эскадрилью ВВС. Эти машины участвовали в Великой Отечественной войне, выполняя возложенные задачи на Западном фронте под Смоленском.
В первом боевом вылете на фронте автожиры не были обстреляны немцами, так как те еще не знали, что это за машина (об этом рассказал взятый в плен немец). В следующий раз один из автожиров попал под обстрел, но противник бил с большим упреждением, неправильно оценивая скорость, а когда скорректировал огонь, автожир уже скрылся в облаках.
В ночных вылетах автожиры без звука планировали над гитлеровскими позициями, разбрасывая листовки. Сложность использования винтокрылых аппаратов на фронте состояла в их маскировке. Маскировать несущий винт было весьма проблематично. Положительным качеством же А-7бис была высокая живучесть. Один из автожиров попал под очередь крупнокалиберного пулемета. Машина была пробита во множестве мест. Пострадали фюзеляж, оперение, лопасти несущего винта. Наблюдатель был ранен в ноги, а летчик получил ранение в руку, но автожир сохранил управление и благополучно прилетел в расположение части.
В годы войны на автожирах А-7 велась корректировка огня артиллерии, а также был осуществлен ряд ночных вылетов за линию фронта в места дислокации отрядов партизан.
Имея временный перевес в технике, враг продвигался вглубь страны. На одном из участков наши воинские части попали в окружение - и план-приказ о выходе из окружения был доставлен им на автожире. Руководство завода автожира получило приказ срочно эвакуироваться из подмосковной Ухтомской на Урал, в поселок Билимбай. Там в здании церкви разместился сборочный цех и другие мастерские, а механический цех был оборудован в церковной пристройке. Там быстро приступили к ремонту А-7бис, вернувшихся после сражения под городом Ельней.
Машины вскоре были отремонтированы, и военные пилоты начали летные тренировки, соорудив посадочную площадку на льду пруда. Но однажды утром летчики обнаружили, что поверхность площадки вся покрыта прорубями. Выяснилось, что сотрудники ОКБ В.Ф. Болховитинова ночью рыбачили и испортили площадку.
Полеты продолжили с полянки, которую расчистили на сопке. Интересно, что заводской летчик хотел произвести посадку на новую площадку на своем По-2, но, изучив ее и подходы к ней, передумал, так как площадка даже для такого самолета оказалась слишком мала. Он был удивлен, что автожиры садятся на нее.
По окончанию тренировочных полетов, отряд в составе трех машин отправился в Москву. Винтокрылы загрузили на две платформы, а экипажи расположились в двух теплушках. Свыше двух недель машины добирались до станции назначения в город Люберцы. Когда эшелон доехал, то летно-технический состав не узнал свою территорию, так она была захламлена. Часть ее вскопали под огороды, другую заняли авторемонтные мастерские. Однако тренировочные полеты были продолжены.
Позднее два автожира отправили в Оренбург, в школу для подготовки летчиков-корректировщиков. Однако наладить эксплуатацию автожиров в школе не получилось из-за отсутствия пилотов-инструкторов, освоивших эти машины.
В довоенные годы решались также вопросы использования автожиров в народном хозяйстве. Зимой 1938 года винтокрыл А-7 на ледоколе «Ермак» участвовал в спасении группы И.Д. Папанина с дрейфующей арктической льдины. А весной 1941 года была отправлена экспедиция в предгорья Тянь-Шаня, там летчик-инженер В.А. Карпов на автожире успешно произвел опыление массивов плодовых деревьев.
В развитии винтокрылых летательных аппаратов автожиры А-7 сыграли важную роль. В частности, на них впервые, и именно в Советском Союзе, была доказана возможность и целесообразность использования автожиров в военных целях для осуществления разведки, связи, корректировки артиллерийского огня и т.п. Также полностью оправдало себя их применение в сельском хозяйстве. Накопленный опыт практической эксплуатации А-7 включал в себя обучение летного состава, техническое обслуживание, эксплуатацию в боевом подразделении и проведение ремонтно-восстановительных работ.
Автожир А-7 так и остался самым крупным и скоростным из всех серийных автожиров в мире. В 1940 году камовцы начали проектирование автожира АК. Он разрабатывался по тактико-техническим требованиям ВВС РККА как мобильный артиллерийский наблюдательный пункт для установления координат местоположения невидимых с поверхности земли целей и корректировки артиллерийского огня различными методами. Предусматривалась транспортировка автожира на прицепе грузовика вслед за боевыми колонами. Перевод из транспортного положения в боевое не должен был превышать 15 мин.
Летательный аппарат прорабатывался в двух вариантах: автожира-геликоптера и автожира с прыжковым взлетом. Первый вариант представлял собой одновинтовой вертолет с компенсацией реактивного момента несущего винта с помощью рулевых поверхностей, использующих энергию струи воздуха, отбрасываемой толкающим винтом и частично несущим. Конструктивно это предполагалось выполнить в виде вертикального хвостового оперения, имеющего три руля поворота с закрылками и предкрылками. Совершать вертикальный взлет, висение и разгон этот аппарат должен был по вертолетному, и переходить в горизонтальном полете на автожирный режим - путем уменьшения общего шага несущего винта и отключения его от моторного привода.
В ЦАГИ провели исследования различных схем хвостового оперения, включавших закрылки и предкрылки. При этом эффективность оценивалась при разных углах скольжения и в присутствии струи от несущего винта. В конце исследований, в июне 1940 года на режиме висения была получена боковая сила на вертикальном оперении, равная 0,7 от значения тяги несущего винта. Такая боковая сила на оперении позволяла создавать относительно центра тяжести аппарата управляющий момент, на 30% превышающий реактивный крутящий момент несущего винта. В варианте автожира-геликоптера распределение мощности двигателя между несущим и толкающим винтами обеспечивало статический потолок 2000 м.
Однако краткие сроки правительственного задания и отсутствие уверенности в том, что данный 30-процентный запас управляющего момента окажется достаточным для путевой управляемости, заставили отказаться от этого очень интересного варианта винтокрылого аппарата и выбрать более простой второй вариант автожира, взлетающего без разбега. Прыжковый взлет такого автожира выполнялся за счет использования кинетической энергии несущего винта путем увеличения общего шага винта, раскрученного до больших оборотов.
Аппарат АК представлял собой бескрылый двухместный автожир с двигателем АВ-6, имеющим взлетную мощность 240 л.с. Кабина экипажа с сиденьями летчика и наблюдателя, расположенными рядом, находилась в носовой части фюзеляжа, а двигатель с толкающим винтом - позади нее. Такая компоновка обеспечивала компактность конструкции, хороший обзор, удобства экипажу и лучшую центровку. Шасси - трехопорное, с носовым колесом, отлично зарекомендовавшее себя на автожирах А-7. Амортизационные стойки опор и тормоза - гидравлические. Развитое хвостовое оперение крепилось на легких подкосах из труб к стойкам шасси и кабану.
На автожире устанавливался трехлопастный толкающий винт изменяемого шага с металлическими лопастями. Наличие регулятора оборотов позволяло выполнять раскрутку несущего винта при высоких оборотах двигателя и малой тяге пропеллера. Малая тяга позволяла надежно удерживать машину на тормозах. Двигатель имел принудительное охлаждение от вентилятора.
Система механической раскрутки несущего винта включала в себя одноступенчатый редуктор на моторе из двух цилиндрических шестерен с упругой муфтой на выходе, короткий горизонтальный валик, центральный редуктор с двумя коническими шестернями и гидрофрикционной муфтой включения, вертикальный валик с двумя шарнирами Гука и верхний редуктор с двумя цилиндрическими шестернями. Общее передаточное число было 6,33:1. В большой шестерне верхнего редуктора располагался демпфер крутильных колебаний трансмиссии.
В пояснительной записке к эскизному проекту новый автожир давался в сравнении с наиболее выдающимся в тот период немецким двухместным самолетом короткого взлета Физелер Fi-156 «Шторх». Этот самолет использовался для аналогичных целей и имел также, как и АК, мотор мощностью 240 л.с. В таблице приведены некоторые сравнительные данные. Как видно из этих данных, автожир АК превосходил лучший мировой самолет, аналогичный по назначению, количеству экипажа и взлетной массе. В конструировании автожира АК принимали участие Н.Г. Русанович, М.Л. Миль Е.И. Ошибкин, А.М. Зейгман, А.В. Новиков и многие другие. К сожалению, постройка автожира из-за трудностей военного времени не была завершена.
Именно с этих неказистых и грубоватых внешне аппаратов начиналось наше вертолетостроение. Очевидно, что без полетов А-7 не было бы и таких известных боевых машин как Ми-24, Ка-28 и Ка-52.
Историко- исследовательская работа «Какие преимущества имеют автожиры по сравнению с другими летательными аппаратами?» Выполнил: Алиев Рафаэль ученик 9А класса Авторского лицея Эдвардса №90 г.УльяновскСодержание: Введение. Основная часть: 1 Истори ческая справка. 2 Свойства автожиров. 3.Преимущества автожиров. 4.Авторитетное мнение.
Заключение.
Источники.
Приходилось ли вам летать? Многие из нас, утвердительно ответят на этот вопрос. В наше время, пассажирские авиаперелеты давно перестали быть экзотикой. А лично пилотировать какой-нибудь летательный аппарат? Ответ - "Да" дадут лишь единицы. Тем не менее, сейчас это стало доступно, как никогда!
Те, кто знаком с авиацией не понаслышке, знают, что сейчас наступил переломный момент, на подобии появления массового автомобиля Генри Форда сто лет назад. Настало время легких и недорогих летательных аппаратов, способных стать персональным транспортом. Многочасовые пробки в современных городах давно уже стали нормой, наземный транспорт достиг пика своей насыщенности. Но выход есть! Спасти нас от всепланетной пробки могут сверхлегкие летательные аппараты - автожиры!
Истори ческая справка .Автожир - моторный, летательный аппарат, который с помощью несущего винта, приводимого во вращение встречным потоком, удерживается в воздухе. Такой принцип использования самовращающегося несущего винта называется «авторотирующим». Дополнительный винт с горизонтальной продольной осью сообщает автожиру горизонтальную скорость.
История автожиров начинает свой отсчет с того времени, когда молодой изобретатель из Испании Хуан де ла Сиерва в 1919 году претерпев серию неудач в испытании самолетов-бомбардировщиков, всерьез задумался о создании летательного аппарата, который бы не сваливался в штопор при отказе двигателя. Не зная с чего начать строить автожир, он внимательно изучил явления авторотации. Хуану де ла Сиерве пришла в голову гениальная мысль заменить крыло самолета на самовращающийся винт. Так, впервые появился самолет со срезанными крыльями и тянущим пропеллером, к фюзеляжу которого был прикреплен несущий винт, вращающийся под действием встречных потоков воздуха. Несколько лет испанскому авиаконструктору пришлось усердно трудиться над совершенствованием модели, прежде чем 10 января 1923 года полноразмерный автожир совершил свой первый полет. Хуан де ла Сиерва продолжал начатое дело и уже в декабре 1924 года испанскому пилоту Хоакину Лориге удалось, управляя автожиром пролететь 10 км по воздуху и благополучно приземлиться на другой площадке аэродрома. Это был настоящий прорыв в истории винтокрылой авиации. В дальнейшем, именно наработки Сиервы проложили путь к созданию
вертолета. Позаимствованные у автожира эффект авторотации и шарнирная подвеска лопастей не позволяли машине стремительно падать при отключенном двигателе.
В СССР в 1929 году советскими инженерами Камовым и Скржинским был создан первый винтокрылый аппарат КАСКР-1, который позднее получил название «вертолет». Внешне автожир имел сходство с ранней моделью Сиерва С-8 Мк-III. При разработке был использован двигатель М-2 в 120 л.с. и фюзеляж самолета У-1 с хвостовым оперением. Крылья сделали подносными, а шасси переделали под очень широкую колею. На четырехгранной пирамиде был установлен несущий винт, лопасти которого имели горизонтальные и вертикальные шарниры, соединенные между собой тросами с грузами, что позволяло демпфировать колебания в плоскости вращения. Лопасти автожира не имели ограничителей снизу и в состоянии покоя держались в горизонтальном положении на подвесках с резиновой шнуровой амортизацией сверху.
Николай Кириллович Скржинский Николай Ильич Камов
Автожир КАСКР-1
После этого на протяжении десяти лет в СССР было создано 15 типов и модификаций автожиров, строившихся большей частью в ЦАГИ в основном теми же инженерами, которые работали над вертолетами.
В первоначальных типах автожира несущий винт перед взлетом приводился во вращение вручную путем раскрутки или от тянущего винта, и число оборотов его увеличивалось уже при рулении и разбеге. Позднее были оборудованы специальные приводы к несущему винту от двигателя автожира.
В порядке конструктивного решения автожиров были последовательно разработаны три принципиальные схемы:
1) крылатый - с неуправляемым несущим винтом и с органами управления, как в самолете; элеронами и хвостовым оперением; эффективность органов управления зависела от поступательной скорости аппарата;
2) бескрылый - с управлением несущим винтом без элеронов и без горизонтального оперения, но с вертикальным оперением, где управление осуществляется наклоном оси несущего винта, связанной с ручкой управления аппаратом посредством рычажной передачи;
3) автожир с непосредственным («прыжковым») взлетом без разбега, где лопасти несущего винта, приводимого от двигателя, меняют угол последовательно, начиная от угла нулевой подъемной силы при максимальном числе оборотов (1,5-1,6 от полетного числа оборотов), по достижении которых угол установки лопастей переводится особым механизмом на полетный. Аппарат, получив избыточную тягу вверх, «подпрыгивает» на высоту нескольких метров, после чего под действием тяги тянущего винта и горизонтальной составляющей тяги несущего винта получает поступательное движение и переходит на режим набора высоты.
Свойства автожиров.
Автожир - летательный аппарат внеаэродромного базирования, сочетающий в себе свойства самолета и вертолета. У него, как и у вертолета есть несущий винт, но он приводится в действие не двигателем, а набегающим потоком воздуха и выполняет функции крыла, создавая подъемную силу. Несущий винт (ротор) заставляют вращаться аэродинамические силы. Это явление известно как авторотация.
Подъемная сила автожира осуществляется за счет набегающего воздушного потока, заставляющего вращаться лопасти несущего винта, выполняющих одновременно роль крыла. Эффект авторотации позволяющий посадить аппарат без использования двигателя, можно сравнить с управлением парашютом.
Большинство автожиров не могут взлетать вертикально, но им требуется гораздо более короткий разбег для взлёта (10-50 м, с системой предраскрутки ротора), чем самолётам. Почти все автожиры способны к посадке без пробега или с пробегом всего несколько метров, к тому же эти аппараты способны висеть при сильном встречном ветре. Таким образом, по маневренности они находятся между самолётами и вертолётами, несколько уступая вертолётам и абсолютно превосходя самолёты.
Автожиры, в некотором отношении, превосходят самолёты и вертолёты по безопасности полёта. Самолёту опасна потеря скорости, поскольку он сваливается при этом в штопор. Автожир при потере скорости начинает снижаться. При отказе мотора автожир не падает, вместо этого он снижается (планирует), используя эффект авторотации (несущий винт вертолёта при отказе двигателя также переводится в режим авторотации, но на это теряется несколько секунд, важных при вынужденной посадке). Пилот может в полной степени управлять направлением снижения, используя все системы управления автожиром. При посадке автожиру не требуется посадочная полоса, что тоже важно для безопасности полёта, особенно при вынужденной посадке в незнакомом месте.
В отличие от вертолётов автожир зависит от двигателя намного меньше благодаря тому, что ротор – «большой винт сверху» – играет в его конструкции роль крыла, а не движителя. Если для вертолёта авторотация – аварийный режим и возможное спасение, то для автожира – штатный режим полёта, и отказ двигателя не смертелен. Случись он – аппарат просто спланирует. При перегреве двигатель можно выключить и, пока не остынет, лететь на авторотации, чего не позволяют вертолёты, у которых размер ротора относительно планера заметно меньше. Единственный способ совершить авиапроисшествие на правильно спроектированном автожире – грубое нарушение правил полёта и эксплуатации, и совсем уж «кавалерийские» взлёт или посадка.
Некоторые автожиры способны к прыжковому взлёту. При этом лопасти несущего винта ставятся горизонтально (в малый общий шаг), винт раскручивается до оборотов, превышающих номинальные полётные, затем его лопасти поворачиваются в полётный шаг. Взлёт происходит по вертикали за счет накопленной энергии винта. Осуществление такой схемы требует значительного усложнения конструкции втулки ротора, поэтому автожиры с прыжковым взлётом мало распространены.
Многие автожиры оснащены предварительной раскруткой ротора. В этом случае ротор раскручивается до начала разбега автожира (через передачу от маршевого двигателя или от отдельного привода). Предварительная раскрутка значительно сокращает длину взлётного разбега автожира, а при встречном ветре взлёт происходит почти «с места».
Ротор, вал и двигатель автожира VPM M-16
Автожиры также отличаются от гиродинов и винтокрылов (конвертопланов), которые обычно имеют дополнительный привод от двигателя к роторному винту, позволяющий им использовать как режим авторотации, так и режим вертолётного полёта. На больших скоростях их роторная система действует сходным с автожиром образом (в режиме авторотации шага), обеспечивая только подъёмную силу, но не тягу. Можно сказать, что винтокрылы занимают промежуточное положение, сочетая в себе качества автожиров и вертолётов.
Преимущества автожиров .
На сегодняшний день автожир является наиболее безопасным средством передвижения по воздуху. Он легко управляется на всех режимах полета, в том числе и на нулевой скорости. Даже при отказе двигателя, аппаратом можно полностью управлять, спланировав на подходящее место для посадки без дополнительного пробега. Взлет автожира возможен даже в безветренную погоду, с площадки, диаметр которой всего лишь в два раза превышает диаметр самого ротора. Маневренность при полете и на разворотах, отсутствие вибраций и сваливания, наличие широкого диапазона скоростей горизонтального полета (от 25 до 185 км/час), короткий разбег (до 50 м.), все эти показатели свидетельствуют о значительном преимуществе автожира перед другими летательными аппаратами. Для самолетов и вертолетов полеты на малых высотах 3-30 метров в диапазоне скоростей 30-120 км/ч и скорости встречного ветра до 20 м/с считаются опасными, тогда как автожир в аналогичном режиме полета полностью безопасен. При умелом и разумном управлении автожиром, риск во время полета сводится к минимуму.
Для того,чтобы лучше понять и оценить преимущества автожиров рассмотрим летно-технические характеристики летательных аппаратов различного класса. Автожиры MTO Sport и Calidus.
Преимущества автожиров MTO Sport и Calidus над обычными летательными аппаратами с фиксированным крылом:
-минимальное воздействие турбулентности при полете; -минимальная дистанция разбега (обычно от 10 до 70 м); -очень короткая дистанция пробега;
Широкий диапазон скоростей (25-200 км/час).
Летно-технические характеристики автожиров Calidus 09 MTO Sport
Длина автожира, м
5,08 4,80
Емкость топливного бака, л 34 (68) 45 (90)
Двигатель Rotax912 ULS/914 Rotax 912 ULS/914S
Мощность, л. с. 100/115 100/115 Топливо A-95 A-95 Скорость, км/ч - максимальная 185 185 - крейсерская 110-165 110-165 - минимальная 30 30 Скороподъемность, м/с 5 5 Разбег, м 10-70 10-70 Пробег, м 0-15 0-15 Дальность полета, км 560 750Вертолет Robinson R44 Raven.
Robinson R44 Raven - простой и надежный вертолет с поршневым карбюраторным двигателем. Летные характеристики сравнимы с характеристиками дорогих вертолетов оборудованных газотурбинными двигателями.
Летные данные
V макс., км/час 240
V крейс., км/час 210
Силовая установка Кол-во двигателей 1 Модель двигателя Lycoming O-540 Тип двигателя поршневой оппозитный (6 цилиндров) Система питания один карбюратор Топливо бензин Б 91/115 (100 LL) Мощность крейсерская, л.с. 195 Мощность взлетная, л.с. 210 Мощность макс., л.с. 220 Расход топлива, л/час 50
Габариты Длина фюзеляжа, м 9,07 Длина с винтом, м 11,76 Диаметр несущего винта, м 10,06 Диаметр хвостового винта, м 1,47 Высота, м 3,28 Колея шасси, м 2,16
Вес, масса Полный взлетный вес, кг 1089
Заправочные емкости Емкость топливного бака, л 185 Емкость маслянного картера, л 5,7
Автодельталёт "ЖУК-42"
Лётно-технические характеристики
Модель: Учебный прогулочный автодельталёт "ЖУК-42"
Вместимость 2 человека
общим весом до 220 кг Дальность полёта 200 км Максимальная скорость 100 км/час Крейсерская скорость 85 км/час Взлётная скорость 60 км/час Топливо бензин АИ-95 Двигатель ROTAX или ВАЗ 2124 Размах крыла 10,5 м Макс. взлётный вес 495 кгИзучив летно-технические характеристики данных летательных аппаратов, сразу можно понять какие преимущества имеют автожиры и чем они привлекательны.
Ещё одним преимуществом автожиров является широкий обзор и гораздо меньшая, чем в вертолётах, вибрация, что делает их очень удобными для аэрофотосъёмок, видеосъёмок и наблюдения.
Сравнительный анализ характеристик современных лёгких летательных аппаратов (самолётов, вертолётов, дельталётов, автожиров, парапланов) позволяет выделить следующий ряд достоинств автожиров:
· укороченный взлёт и посадка;
· конструктивная простота, малая трудоёмкость в изготовлении и эксплуатации;
· возможность выполнения аппарата в классе сверхлегких, легких или средних ЛА с закрытой кабиной;
· высокая весовая отдача (0,4...0,65);
· безопасность полёта - в случае остановки двигателя в полёте, а также при потере скорости автожир не входит в штопор;
· экономичность - часовые расходы топлива сопоставимы с таковыми у легких самолётов и дельталётов, причём существенно ниже, чем у вертолётов. Средняя стоимость автожиров в ~10 (!) раз ниже стоимости вертолётов, примерно в 2 раза ниже стоимости самолётов и соизмерима со стоимостью дельталётов. Стоимость одного лётного часа эксплуатации автожира не превышают таковой у легкого самолёта и дельталета
Автожир является самым безопасным воздушным транспортным средством. Благодаря этому он имеет огромную популярность сейчас и огромные перспективы в будущем.
Автожиры являются самыми безопасными летательными аппаратами :
-им не страшны отказы двигателей, как, например, вертолётам (у автожиров несущий винт находится в постоянном режиме авторотации)
-симуляция отказа двигателя практикуется в процессе обучения, входит в экзамен и не представляет опасности
-при отказе двигателя, автожир может пролететь ещё четыре - пять высот, т.е. с высоты 1 км. автожир может пролететь 4 - 5 км. и совершить посадку в удобном месте
-им не нужны посадочные полосы для аварийных посадок, как, например, самолётам (автожир способен садиться на площадку соизмеримую со своим размером)
-им не страшен ветер, как большинству летательных аппаратов (ЛА). Автожир способен летать при порывах ветра до 45 м/с. Например, скорость ветра от 20 м/с, это уже шторм. Ни один другой вид ЛА не может летать при таком ветре
-порывистый боковой ветер, вынуждающий пилота прервать посадку и зайти на второй круг, ни в коем случае не повлияет на безопасную посадку автожира
-внезапное одностороннее обрывание воздушного потока (штопор) которое чаще всего вызывает крушения самолетов, не заставит машину выйти из под контроля
-пилоты порадуются отсутствию «провалов» в турбулентных зонах, которая также обусловлено принципом полёта автожира.
Автожиры не нуждаются в аэродромах, или специально подготовленных площадках. Они способны взлетать с малых площадок. Так же не требуется специальное оборудование для их обслуживания. Для заправки используется обычный бензин АИ-95, или АИ-98.
Для обслуживания автожиров не нужны специально обученные специалисты, т.к. обслуживание автожиров схоже с обслуживанием автомобилей и не требует специальных знаний.
Автожиры способны совершать взлёт и посадку с неподготовленных площадок.
Автожир относится к сверхлёгким (СЛА) и лёгким летательным аппаратам. Для управления им не требуется профессиональный пилот. Достаточно иметь свидетельство пилота.
В последние годы стоит острая проблема с пробками и заторами на дорогах находящихся не только в городах но и на междугородних трассах. Особой проблемой остаётся аварийность автотранспорта. Единственным решением проблем является уход от использования дорог и переход на использование летательных аппаратов. Лучшим вариантом могут быть автожиры. Использование автожиров даёт как выгоду во времени (полёт по прямой значительно сокращает расстояние и, как следствие, значительно сокращается время полёта и расход бензина), так и экономическую выгоду (расход бензина как у среднего автомобиля).
По мнению специалистов и владельцев автожиров, автожир, это единственная альтернатива автомобилю для частных поездок, путешествий и командировок. Благодаря своей безопасности, неприхотливости и обширным сферам применения, автожиры всё больше и больше завоёвывают популярность.
Автожиры экономически значительно выгоднее вертолётов (геликоптеров), благодаря низкой стоимости самого аппарата и не дорогим его содержанием, сравнимым со стоимостью содержания обычного автомобиля. Это ставит автожиры вне конкуренции по отношению к другим видам летательных аппаратов.
Автожиры являются надежным видом транспорта для быстрого передвижения в воздухе. Во всем мире автожиры применяются для экспедиций, охоты, рыбалки, экскурсионных полетов, рекламы. Отапливаемая и вентилируемая кабина позволяет совершать комфортные полеты даже при температуре -20 °С на земле, а аппаратура ночного видения (опция), позволяет ориентироваться в пространстве ночью без использования посадочных фар. Возможно размещение дополнительного оборудования для ведения репортажей с воздуха в режиме реального времени
Прекрасно зарекомендовали себя при использовании для патрулирования силами полиции и службами безопасности различных ведомств. Во многих странах стоит на вооружении полиции, служб спасения и другими силовыми структурами.
Основным минусом автожиров является более низкий КПД использования силовой установки, из-за чего при равном полетном весе и скорости автожиру требуется более мощный двигатель, чем самолету, дельталету или вертолету. У автожира есть несколько специфичных опасных режимов полета (разгрузка ротора, кувырок), которые нельзя допускать при полете во избежание падения. Кувырок характерен в основном для аппаратов с неправильно расположенными относительно друг друга центром тяжести и вектором тяги маршевого винта, а также с недостаточно развитым хвостовым оперением.
Называть автожир спортивной машиной можно только с натяжкой, ведь основное качество спортивной машины – маневренность. Самолет может свечкой уйти в небо, перевернуться, сделать бочку, показать другие пилотажные фигуры, причем все это он делает на высоких скоростях. Вертолет может остановиться в любой точке полета, повисеть и, как муха, изменить траекторию, начать двигаться вверх, вниз, назад, вправо или влево. Кстати, начать движение в новом направлении он может, не меняя положения корпуса. Особенно наглядно движение хвостом вперед. Возможности автожира на этом фоне очень скромны. Горка в 30 градусов для него предел, он не может перевернуться, сделать бочку, показать еще какую-нибудь пилотажную фигуру. Он не может зависнуть, лететь хвостом вперед или боком. Правда, он не чувствителен к экрану земли и его легко пилотировать на малых высотах, он может пролетать под мостом. Цельноповоротный киль позволяет ему развернуться на месте, но, все же, следует признать, что по маневренности он значительно уступает самолету и вертолету.
И тем не менее, на мой взгляд, автожиры являются очень привлекательным и необходимым средством воздушного передвижения среди всех летательных аппаратов. Эти миниатюрные помощники могут быть полезны там, где нет возможности или целесообразности использования их крупногабаритных собратьев.
Авторитетное мнение
Мкртич Титоян имеет громадный опыт полетов на подобных аппаратах - он работает старшим инструктором-пилотом СЛА (сверхлегкой авиации) МГС РОСТО с 1997 года. Вот что он сказал «Труду» на сей счет:
- Российские энтузиасты на изготовленных ими мини-автожирах неоднократно участвовали ли в групповых перелетах из Москвы в Смоленск, в Орел и Белгород. И я сам пробовал пилотировать эту машину, и делал это с удовольствием. Она очень проста в управлении и эксплуатации. Новичку обучиться на ней летать проще, чем на самолете или вертолете. Слово «автожир» в России пока вообще довольно непривычно звучит, а на Западе у любителей сверхлегкой авиации этот аппарат довольно популярен. Но теперь вполне логично, что у нас будет все больше летать этих аппаратов, причем, массового промышленного производства. Электроника стала очень легкой, компактной и достаточно дешевой. За 500-600 евро можно купить набор аппаратуры, которая поможет даже пилоту невысокого класса чувствовать себя уверенно и довольно безопасно при дальних перелетах и непростых погодных условиях. А сам летательный аппарат - довольно надежный - можно купить по цене автомобиля. Я уверен: в России в ближайшие годы парк сверхлегкой авиации увеличится в разы.
Летчик Константин Ланге имеет большой опыт полетов на сверхлегких аппаратах как в Европе, так и в Южной Америке:
- В Германии еще лет 10 назад летало много гирокоптеров (немцы именно так обычно называют автожиры) - как кустарного, так и промышленного производства. В Европе к этому виду аппаратов относятся пока все-таки больше как к развлечению. Хотя и мне самому доводилось их пилотировать. Даже фотографировать сверху природу и опрыскивать виноградники. Если объективно сравнивать с самолетами и вертолетами, то гирокоптеры намного проще управляются при взлете и посадке. Новички на них себя чувствуют более уверенно. Некоторая сложность появляется при дальних перелетах, когда открытые пространства часто меняют участки леса, суша чередуется с водной гладью, а горы - с равниной. На границах этих территорий из-за неравномерно восходящих потоков возникают зоны турбулентности. Не скажу, что это смертельно опасно, но при малых скоростях требует хороших навыков пилотирования. И сложности увеличиваются с ростом температуры воздуха. Впрочем, Россия - преимущественно холодная страна. А на морозе гирокоптер как раз ведет себя очень надежно, даже при температурах до -30. Кроме того, сам принцип гирокоптера основан на том, что роль подъемной силы вместо крыла выполняет свободно вращающийся винт. Так что в случае аварии этот аппарат не камнем падает вниз, а медленно снижается в режиме авторотации. Примерно, как пушистое перо из гусиного брюха.
Заключение.
В мире авиации всегда происходили большие изменения. Появлялись новые летательные аппараты, которые своими качествами были лучше прежних, и поэтому прекращалось проектирование и создание последних. Но старые идеи по-прежнему могут иметь немалые перспективы. К ним и относятся автожиры, у которых интересная и достаточно длинная история. Значение этих аппаратов не стоит недооценивать. С автожиров началась история всех винтокрылов в нашей стране, они - важная часть истории отечественной авиации и являются одним из возможных вариантов перспективного транспорта будущего.
АВТОЖИР , летательный аппарат тяжелее воздуха, в котором в отличие от самолета подъемная сила создается с помощью вращающегося на вертикальной оси винта-ротора. За все время полета ротор вращается свободно от встречного потока воздуха. Поступательное перемещение получается с помощью мотора с обычным для самолета пропеллером. Основные части автожира за исключением ротора, т. е. его фюзеляж, шасси, оперение и управление, мало чем отличаются от самолетных. На фиг. 1 дана схема автожира А-4, где а - мотор, б - винт, в - механический запуск ротора, г - втулка ротора, д - лопасти ротора, е - междулопастные расчалки, ж - поддерживающие расчалки, з - киль, и - руль поворота, к - руль высоты, л - стабилизатор, м - крыло с элероном, н - шасси. При косой обдувке винта окружная скорость допасти, идущей по движению, складывается со скоростью полета, а скорость лопасти, идущей против движения, равняется разности этих скоростей. Благодаря возникающей при этом разнице в подъемных силах лопастей, находящихся в различных угловых положениях, появляется поперечный момент, стремящийся опрокинуть винт. Этот момент возникает на всех винтах, имеющих жесткое крепление лопастей ко втулке (большинство геликоптерных винтов). У автожира для ликвидации этого момента лопасти ротора прикреплены ко втулке шарнирно т. о., что они могут под действием внешних сил свободно взмахивать вверх и вниз около шарнира с горизонтальной осью.
Для уничтожения напряжений в лонжероне лопасти от изгиба в плоскости вращения в крепление лопасти ко втулке введен еще шарнир с вертикальной осью, относительно которого лопасть может свободно повертываться в плоскости вращения. В каждый данный момент при полете лопасти устанавливаются по равнодействующей подъемных и центробежных сил. Шарнирное крепление лопастей исключает также возникновение на роторе жироскопических моментов. Небольшое крыло автожира берет на себя на малых скоростях 7-8%, а на больших до 30% общей подъемной силы. Основным его назначением является нести на себе элероны, с помощью которых осуществляется поперечное управление аппаратом. Новейшие автожиры, у которых в отличие от изображенного на фиг. 1 управление осуществляется не обычными для самолета органами, а наклонением в продольном и поперечном направлении оси вращения ротора (т. н. непосредственное управление), совсем не имеют крыла.
История . Автожир был изобретен испанским инженером Жуаном де-ла Сиерва в 1920 г. Основной идеей изобретателей было создать летательный аппарат, для которого не была бы страшна потеря скорости и следующий за ней штопор. Им было построено несколько неудачных аппаратов, роторы некоторых имели разное число лопастей и конструкций, пока в 1923 г. не было введено шарнирное крепление лопастей ротора ко втулке, обеспечившее успешные полеты автожира. Построив еще ряд автожиров, Сиерва в 1928 г. на автожир С-8 совершил перелет из Парижа в Лондон и круговой перелет по Англии. В конце 1928 г. компанией Сиерва был построен автожир С-19 М- II имевший приспособление для раскрутки ротора перед полетом, требовавший в предыдущих конструкциях длительной рулежки перед разбегом. Это приспособление состояло в особом устройстве бипланного хвостового оперения. При отклонении вверх руля и стабилизатора образуется коробка - «дефлектор», отражающая отбрасываемую винтом струю вверх на лопасти ротора. Следующая машина С-19 M-IV имеет уже механический запуск ротора перед взлетом от мотора, в дальнейшем целиком вытеснивший дефлекторный. К 1933 г., т. е. за 10 лет существования, было построено 130 автожиров, которые налетали около 30000 час., перевезя десятки тыс. пассажиров и покрыв более 4000000 км. В 1933 г. компанией Сиерва построен и испытан бескрылый двухместный автожир с непосредственным управлением С-30, который в 1934 году строился заводом де-Хавиланд (Англия) серийно под маркой С-30Р (фиг. 2). В Советском Союзе первый автожир был построен в 1929 г. инженерами Н. И. Камовым и Н. К. Скржинским на средства Осоавиахима. Этот аппарат с мотором «Титан» 230 л. с. совершил ряд удачных полетов, показав скорость до 110 км/ч на высоте 450 м.
После ряда теоретических и экспериментальных работ в 1931 г. ЦАГИ был построен автожир 2-ЭА, показавший данные, не уступающие заграничным: максимальная скорость 160 км/ч, минимальная - 55 км/ч, потолок 4200 м. В конце 1932 г. Отделом особых конструкций ЦАГИ был выпущен двухместный автожир А-4 с мотором М-26 300 л. с., который в 1933 г. выпускался небольшой серией (фиг. 3).
В том же году был выпущен двухместный автожир А-6 с мотором 100 л. с., имеющий свободнонесущий З-лопастный ротор. Автожир А-6 очень портативен, крылья его и ротор легко складываются (фиг. 4).
Этот автожир, как и А-4, снабжен механическим запуском и тормозом ротора. В 1933 г. выпущены автожиры А-7 с мотором 100 л. с. и А-8 - экспериментальный аппарат с мотором 100 л. с., имеющий кроме обычных органов управления еще и управление с помощью наклона головки ротора. Ниже мы приводим конструктивные данные наиболее характерных автожиров (см. таблицу).
Конструкция автожира . На фиг. 5, А, Б, В даны основные детали автожира С-30; на фиг. 5, А дан вид автожира, где а - вал запуска, б - бензиновый бак, в - муфта и редуктор, г - дроссель, д - совместное выключение запуска и тормозного колеса, е - замок ручки управления, ж и з - регулировка поперечного и продольного управлений, и - колесный тормоз, включение и тормоз ротора, к - регулировка угла заклинения; на фиг. 5, Б изображена управляемая втулка, где а и б - вертикальный и горизонтальный шарниры лопасти, в - ручка управления, г и д - пружины продольной и поперечной регулировки, е - зубчатое колесо, ж - управление тормозом, з - поперечный шарнир, и - втулка механического запуска, к - валик механического запуска, л - фрикционный демпфер; на фиг. 5, В показаны: муфта включения а, редуктор б, включающий валик в, пружина включения г и рычаг включения д.
Лопасти ротора (фиг. 5, А) имеют обычно трубчатый лонжерон из хромомолибденовой закаленной стали с надетыми на него деревянными или металлическими нервюрами. Передняя кромка обшита фанерой или дюралем, задняя образуется металлическим стрингером. Сверху лопасти обшиваются полотном и лакируются. В Англии делаются также лопасти сплошные из легкого дерева «бальза», причем лонжероны остаются в виде трубы. Лопасти расчаленного ротора (фиг. 1) поддерживаются при стоянке на земле с помощью тросов, крепящихся к пилону, установленному на втулке, имея при этом угол свеса вниз 5-7°. Между собой они связаны «межлопастными тросами», включающими в себя резиновые амортизаторы и прикрепленными к лопастям с помощью фрикционных демпферов.
Межлопастные тросы имеют назначение обеспечить равномерную раздачу крутящего момента на все лопасти при механическом запуске и других неустановившихся режимах работы. В отличие от расчаленного ротора свободнонесущий ротор (фиг. 5) [напр. А-6 (фиг. 4), С-30Р (фиг. 2)] не имеет поддерживающих тросов, которые заменены ограничителем у корня лопасти, а также межлопастных тросов, замененных фрикционными л или иными демпферами у вертикального шарнира а , ограничивающими и смягчающими движения лопастей в плоскости вращения (фиг. 5, Б). Надлежащая работа этих демпферов, а также положение вертикального шарнира относительно оси вращения играют очень большую роль в обеспечении плавной работы ротора. Благодаря шарнирному креплению основной действующей на лопасть силой является центробежная сила (примерно в 10 раз превышающая подъемную силу лопасти), которая и является расчетной для нервюр и стрингеров. Расчетным для лонжеронов лопасти является случай изгиба при падении и ударе об ограничитель после случайного поддува ветром на земле и случай кручения от инерционных сил в полете. Недостаточная жесткость лопасти на кручение кроме нежелательного увеличения угла закручивания вызывает вибрации и биение ротора в полете. Для обеспечения плавной работы ротора необходимо соблюдение полного подобия в расположении массы не только вдоль, но и поперек лопастей. Втулка ротора, вращающаяся на прикрепленной к кабану оси, имеет уши с шариковыми или обычными подшипниками , куда вставляются пальцы горизонтальных шарниров наконечников лопастей. Втулка имеет обычно два радиальных и один опорный подшипник, несущие на себе всю нагрузку. Материал втулки - высококачественная сталь. На фиг. 6 изображена втулка советского автожира А-7, а на фиг. 5, Б - управляемая втулка автожира С-30Р.
Последняя имеет 2 взаимно перпендикулярных шарнира а и б, относительно которых она может поворачиваться. Положение втулки при нейтральном положении ручки управления в регулируется специальными пружинами г и д , которые также облегчают и упрощают управление аппаратом. Схема управления показана на фиг. 7.
Шасси имеют широкую колею для придания аппарату большей устойчивости против поддува боковым ветром при посадке. Применяются масляная амортизация с большим ходом (120-150 мм) и баллонные колеса. Угол выноса шасси, особенно у автожиров с непосредственным управлением, очень велик (до 30°). Посадочный угол желателен не меньше 13°. Костыль, воспринимающий при крутой посадке большие нагрузки, выполняется обычно в виде колеса на стойке с масляной амортизацией. Для улучшения маневренности на земле, что важно в условиях неподготовленных посадочных площадок, он делается управляемым.
Оперение . Благодаря наличию ротора вертикальное оперение автожира имеет малую высоту, а вместе с тем и небольшую эффективность в смысле устойчивости пути. Этот вопрос решается часто постановкой маленьких боковых килей на стабилизатор или же установкой бипланного вертикального оперения. Горизонтальное оперение автожира отличается от самолетного лишь процентным соотношением между рулями и общей площадью оперения. Для автожира этот процент доходит до 55. У бескрылого автожира общая площадь горизонтального оперения несколько больше для создания достаточной поперечной статической устойчивости.
Крыло . Площадь его подбирается из условий постоянства оборотов ротора в полете и не должна превосходить 0,8 от действительной площади лопастей. В целях обеспечения надлежащей продольной устойчивости автожира крыло должно иметь центровку в пределах 25-85% средней аэродинамической хорды. Отгибы на концах крыльев (фиг. 1), служившие для увеличения поперечной статической устойчивости и противодействия боковому скольжению, на последних автожирах устранены, причем их действие компенсировано увеличением поперечного V крыльев до 8-10°. Стреловидность крыла назад в плане, выгодная конструктивно, м. б. полезна из соображений продольной и поперечной устойчивости. Все остальные агрегаты автожира (фюзеляж, винтомоторная группа) ничем существенно не отличаются от таковых у самолета.
Аэродинамика . На всех режимах полета обороты ротора остаются почти постоянными (для обычных конструкций 150- 160 об/мин.). Благодаря вращению ротора даже при больших углах атаки его, измеряемых между потоком и плоскостью, перпендикулярной к оси вращения, сечения лопастей работают на малых углах атаки. Отношение поступательной скорости к окружной скорости конца лопасти λ меняется от 0 при вертикальном спуске до значения 0,5-0,7 при максимальных скоростях. Так. обр. даже при максимальной скорости полета внешняя половина лопасти, движущейся назад, находится в условиях нормального обтекания. Устанавливаясь в каждый данный момент по равнодействующей всех сил, лопасти совершают маховое движение относительно оси горизонтального шарнира. Описываемый лопастями конус, так называемый «тюльпан», симметричен лишь при вертикальном спуске. При поступательном движении автожира несимметрия скоростей в плоскости вращения (у лопасти, которая идет по движению аппарата, относительная скорость больше, чем у идущей против движения) вызывает несимметрию сил. Ось конуса наклоняется назад и в сторону. Т. о. полная аэродинамическая реакция ротора имеет 3 компонента: тягу, направленную по оси вращения, продольную силу, перпендикулярную к ней и лежащую в направлении движения, и боковую силу, направленную в сторону лопасти, идущей вперед. Для компенсации этой последней в конструкциях автожиров ось ротора наклоняется несколько в противоположную сторону (на 1-2,5°). Для выявления причины авторотации ротора рассмотрим силы, действующие на элемент лопасти (фиг. 8) при вертикальном спуске автожира.
Истинная скорость, подходящая к элементу под углом атаки α, является равнодействующей окружной скорости и скорости протекания воздуха сквозь диск ротора. Полная аэродинамическая реакция R, как известно, будет отклонена назад от перпендикуляра к истинной скорости на угол γ = агс tg (Q/P) т. е. на угол обратного качества профиля. Как видим из фиг. 8, сила R при проектировании на ось вращения дает силу Р 1 - элементарную тягу, а в плоскости вращения - силу L, которая вызывает вращение лопасти носком вперед. Установившееся вращение имеется тогда, когда сила R направлена по оси вращения. Однако при установившейся авторотации ротора, это положение имеется только в одном сечении лопасти, находящемся примерно на 2R/3. На сечениях внутренней части лопасти равнодействующая наклонена вперед и создает крутящий момент, который поглощается внешней частью лопасти, где равнодействующая отклонена назад. Если находящийся в состоянии установившейся авторотации элемент притормозить, то благодаря уменьшению окружной скорости угол атаки возрастает, равнодействующая наклонится вперед, и возникает компонент, восстанавливающий вращение. Точно так же при ускорении вращения возникает затормаживающая сила, восстанавливающая состояние установившейся авторотации. Угол установки лопасти определяет собой угол атаки данного профиля для условий установившейся авторотации. Авторотация возможна лишь при узком диапазоне положительных углов установки лопасти, верхнее теоретическое значение которого для профиля Геттинген 429 Ɵ = 7°. На фиг. 9 изображена аэродинамическая характеристика ротора; для сравнения нанесена характеристика крыла.
Все коэффициенты для ротора отнесены не к действительной площади лопастей, а к площади ометаемого ими диска. Между тем мы видим, что максимальное значение коэффициента подъемной силы С у ротора близко к таковому для крыла. Если же С у отнесем к действительной площади лопастей, то его максимальное значение будет в 8-10 раз больше, чем таковое у крыла. Ротор не имеет режима срыва, наступающего у крыла при углах атаки 15-17° и обусловливающего штопор. Коэффициент суммарной силы ротора с увеличением угла атаки постоянно возрастает. Переходя на большие углы атаки (20-30°), автожир спокойно переходит в крутое снижение с малой скоростью.
Максимальное качество ротора около 8-10 (в зависимости от угла установки и коэффициента заполнения k, т. е. отношения действительной площади лопастей к ометаемой площади), причем качество прямо пропорционально первому и обратно пропорционально второму. Максимальное качество приходится на малые углы атаки, а, следовательно, и на малые значения С у, т. е. на условия максимальной скорости (фиг. 10).
При размахе крыла, равном диаметру ротора, мощности, затрачиваемые на преодоление индуктивного сопротивления того и другого, а также на вредное сопротивление автожира и самолета, могут считаться равными. Мощность же, затрачиваемая на преодоление профильного сопротивления крыла, как известно, пропорциональна кубу скорости (N p = C p ϱSV 3), а на преодоление профильного сопротивления ротора благодаря почти полному постоянству числа его оборотов на всех скоростях - только первой степени скорости. Т. о. надо полагать, что при небольшой нагрузке на лошадиную силу мотора, т. е. при скоростном аппарате, автожир при равном весе и мощности мотора будет иметь большую максимальную скорость, чем самолет. Это положение иллюстрируют приведенные на фиг. 11. кривые Пэно автожира и самолета.
Летные характеристики автожира вытекают из его аэродинамических характеристик: высокий коэффициент подъемной силы делает возможным горизонтальный полет с очень малыми скоростями порядка 30-40 км/ч., в то же время автожир при небольшой нагрузке на 1 л. с. не уступает самолету в максимальной скорости. Диапазон скоростей автожира достигает значений 5-6 вместо 2,5-3 для самолета. Возможна очень крутая траектория снижения вплоть до вертикального спуска, скорость которого, замеренная в летных испытаниях, составляет 10 м/сек. Кроме того, автожир имеет возможность планировать полого, по самолетному. При соответствующей раскрутке ротора перед стартом автожир имеет очень короткий разбег (порядка 25-40 м и меньше), разбег автожира С-30 с непосредственным управлением равен 11 м. Это условие вместе с возможностью посадки без пробега чрезвычайно сокращает размеры потребного аэродрома, позволяя автожиру работать в условиях неподготовленных посадочных площадок. Так как качество ротора ниже качества крыла, автожир обладает худшей (примерно на 15%) скороподъемностью и более низким потолком, чем самолет. Однако в угле взлета он не уступает, а иногда и превосходит самолет, т. к. у автожира скорость по траектории значительно меньше. Безопасность автожира характеризуется гл. обр. невозможностью штопора, отсутствием явления потери скорости, нулевой посадочной скоростью. В неспокойном воздухе он более устойчив, чем самолет, благодаря инерции вращающихся лопастей. Управление автожиром проще управления самолета; это качество особенно ярко проявляется у бескрылого автожира с непосредственным управлением. Хорошая маневренность автожира определяется гл. образом широким диапазоном скоростей, более плавной передачей перегрузки на корпус и малым моментом инерции аппарата относительно вертикальной оси. Необходимо отметить, что все специфические характеристики автожира нашли свое наиболее яркое выражение в автожире с непосредственным управлением. Этот последний имеет: более короткий разбег за счет увеличения угла атаки ротора при подрыве; большую безопасность от опрокидывания боковым ветром при посадке благодаря возможности быстро погасить подъемную силу ротора, соответственно наклонив его; полную управляемость на малых скоростях, где обычное самолетное управление мало эффективно; возможность чисто вертикального спуска, доступного обычному автожиру далеко не при всякой центровке, и целый ряд других преимуществ. Именно этому типу автожиров принадлежит будущее.
Применение . Не конкурируя с самолетом во всех областях применения, автожир найдет себе целый ряд новых областей, недоступных обыкновенному самолету. Широкий диапазон скоростей и исключительные взлетно-посадочные качества позволяют автожирам хорошо работать в условиях сильно пересеченной местности. Возможность посадки на пахоту, взлета с небольшой лужайки, простота в управлении сделают его ценным аппаратом для исполкомовской авиации. Для аэрофотосъемки автожир открывает новые перспективы благодаря возможности полета на малых скоростях. Он м. б. также с успехом использован для аэросева и борьбы с вредителями сельского хозяйства. В США автожиры используются для борьбы с лесными пожарами, для туризма и для несения полицейской службы. Военное применение автожиров также имеет весьма широкие перспективы: замена автожирами змейковых аэростатов для наблюдения и корректировки стрельбы, для целей сопровождения самолетов и ближней разведки, для сопровождения военных судов и борьбы с подводными лодками. Помимо этого, имеется вероятная возможность применения автожира как скоростной и маневренной машины в роли истребителя.
