Автожир что это летательный аппарат
Вертолет, да не тот! История советских автожиров
Сегодня слово «вертолет» прочно ассоциируется с летательными аппаратами, способными подниматься и опускаться строго вертикально, зависать на месте и даже летать задом наперед. Но еще в 1930-х годах это слово, придуманное знаменитым конструктором советских вертолетов Николаем Камовым, обозначало совсем другую машину — автожир, представлявшую собой гибрид самолета и вертолета.
Кто придумал автожир
Слово «автожир» в качестве названия нового типа летательного аппарата предложил испанец Хуан де ля Сиерва, создатель первых автожиров. Испанский инженер хотел обеспечить аэроплан своего рода «спасательным кругом» — вертикальным винтом, который вращался бы в режиме авторотации, то есть самораскручивания под действием набегающего потока воздуха, и срабатывал наподобие парашюта, замедляя падение. Но оказалось, что он способен еще и создавать подъемную силу, заменяя традиционные крылья. Этот самовращающийся круг и определил имя новой конструкции: создатель назвал ее «autogyro», от греческих корней «auto», то есть «сам, самостоятельно», и «gyros» («жирос», как транслитерировали в довоенном СССР), то есть «круг».
У автожира КАСКР-1 (справа налево): Николай Камов, летчик Иван Михеев, Николай Стржинский
Первый в Советском Союзе автожир построили энтузиасты. Это были сотрудники занимавшегося гидропланами конструкторского бюро Дмитрия Григоровича — инженеры Николай Камов и Николай Скржинский. Несмотря на строгий и авторитарный стиль управления конструктора Григоровича, а может быть, и благодаря ему, молодые люди мечтали заняться созданием собственных летательных аппаратов, а не корпеть над воплощением идей начальства. И в начале 1928 года Камов и Скржинский взялись за проектирование автожира, опираясь в основном на информацию из авиажурналов и популярных книг, поскольку всерьез этой темой в СССР тогда еще никто не занимался.
Молодые авиаконструкторы не могли рассчитывать на то, что в КБ Григоровича их поддержат, в том числе и финансово, и обратились за помощью в Осоавиахим, который в то время охотно спонсировал подобные начинания. 1 ноября 1928 года они представили свой проект на рассмотрение ячейки Осоавиахима при заводе №22, при котором оба работали. К чести ее председателя, кавалера ордена Красного знамени Якова Лукандина, он с ходу оценил перспективы разработки, и уже 5 ноября направил в Центральный совет Осоавиахима СССР письмо о том, что членам ячейки Осоавиахима, инженерам-конструкторам Николаю Камову и Николаю Скржинскому «поручается детальная разработка проекта опытного автожира» В том же письме содержалась и просьба «оказать поддержку в отпуске средств, получении необходимых авиаматериалов и самолета АВРО с мотором».
Автожиры 2-ЭА и А-4 разработки конструкторского бюро ЦАГИ на поле Центрального аэродрома имени Фрунзе во время первого авиационного праздника 18 августа 1933 года
Первый советский «вертолет»
Получив от Центрального совета Осоавиахима серьезную сумму в 150 рублей, Камов и Скржинский принялись за доводку проекта и подготовку чертежей. Хотя работать им приходилось вечерами, после окончания основной работы, уже к 8 февраля 1929 года вся необходимая для постройки документация была представлена на рассмотрение технической комиссии авиационной секции Осоавиахима. В этот день, как гласит легенда, Николай Камов и придумал русскую замену слову «автожир», назвав сконструированный им с товарищем аппарат «вертолетом» — по явной аналогии с «самолетом», но летающим за счет того, что над ним вертится винт.
Проект «вертолета» был одобрен, конструкторам выделили необходимый для постройки корпус самолета — правда, не АВРО, как они просили, а первого советского учебного аэроплана У-1, и началась постройка автожира. Впервые он поднялся в воздух 25 сентября 1929 года, получив к этому времени не только собственный индекс КАСКР-1 (по первым буквам фамилий своих создателей), но и собственное имя — «Красный инженер». Испытания проходили неплохо, а по их результатам решено было построить усовершенствованную модель автожира, получившую более мощный мотор и индекс КАСКР-2. Этой машине выпала честь стать первым отечественным автожиром, который был представлен вниманию руководства СССР на показе новейшей техники 21 мая 1931 года. Как вспоминали позднее участники той демонстрации, автожир КАСКР-2 стоял в самом конце строя новинок, но благодаря необычному виду, грамотным пояснениям Николая Камова и блестящему демонстрационному полету, который провел пилот Дмитрий Кошиц, вызвал неподдельный интерес самого Иосифа Сталина.
Автожир А-4 взлетает во время испытаний
С этого и начался бум автожиростроения в СССР. Николая Камова и Николая Скжинского перевели на работу в Отдел особых конструкций при Центральном аэрогидродинамическом институте, где к ним присоединился Михаил Миль — недавний выпускник Донского политехнического института и давний знакомый Камова. И все довоенные модели советских автожиров, в том числе и самая «боевая» из них — А-7, были разработаны и построены уже под эгидой ЦАГИ.
От опытов до серийного выпуска
К этому времени у специалистов ЦАГИ уже имелся собственный опыт постройки автожира. Эта машина, которой руководил один из пионеров советского вертолетостроения Борис Юрьев и работа над которой началась во второй половине 1930 года, отправилась в первый полет осенью 1931 года под индексом 2-ЭА, то есть «экспериментальный аппарат». С приходом создателей КАСКРов работа пошла интенсивнее, и уже в начале 1932 года родились два новых проекта автожиров — А-4 и А-6. Главным конструктором первого стал Николай Скржинский, а общее руководство проектированием второго осуществлял Вячеслав Кузнецов.
Автожир А-6, ставший одним из предшественников знаменитого автожира А-7-3а
«Шестерка» так и осталась в единственном экземпляре, а вот «четверка» стала первым советским серийным автожиром. Впрочем, опытными машинами остались подавляющее большинство созданных Отделом особых конструкций ЦАГИ автожиров. Например, автожир А-8 построили всего в двух экземплярах, А-12, который проектировали Вячеслав Кузнецов и Михаил Миль, — в единственном, как и А-13, и А-15. Но без всех этих автожиров невозможно было бы появление знаменитой «семерки» — автожира А-7, созданного конструкторской бригадой под руководством Николая Камова и ставшего единственным боевым автожиром в истории советской авиации.
Работа над А-7 началась во второй половине 1933 года, и при проектировании этого автожира конструкторы и инженеры учитывали технические особенности и результаты испытаний двух его предшественников — А-4 и А-6. Скажем, «семерка» унаследовала от «шестерки» такую характерную особенность, как складывающиеся консоли — своего рода небольшие крылья, которые служили не для создания подъемной силы, а для управления аппаратом и подвески оборудования. С учетом того, что и лопасти вертикального винта А-7 тоже можно было складывать, это обеспечивало машине возможность транспортировки хоть по железной дороге, хоть на кораблях. А это сразу делало ее более привлекательной и для Красной Армии, и для Красного Флота, который мог использовать «семерку», например, для поиска подводных лодок.
Группа конструкторов и представителей ВВС Красной Армии у автожира А-7. В центре в белой рубашке — авиаконструктор Николай Камов
Первый экземпляр А-7 построили в апреле 1934 года, а 20 сентября эта машина, которой суждено было стать самой долгоживущей из всех советских автожиров, поднялась в воздух. 18 августа 1935 года на третьем воздушном празднике в честь Дня авиации аппарат произвел большое впечатление и на зрителей, и на советских руководителей. Но самое главное, к нему очень быстро прониклись доверием летчики: машина получилась надежной и довольно легко управляемой.
Как воюют автожиры
Головной автожир А-7-3а на площадке авизавода №290 в подмосковном Ухтомском, заводские испытания, сентябрь 1940 года
Участие в боевых действиях под Ельней поставило точку в истории боевых автожиров Советского Союза. По предвоенным планам, к 1942 году, когда планировалось наладить массовый выпуск машин, в строю должно было быть не менее 40 машин. Но эвакуация завода №290 в поселок Билимбай под Свердловском привела к тому, что на первой партии в пять аппаратов так и закончился счет. Наладить выпуск автожиров в военных условиях, когда все мощности требовались для производства более важной продукции, уже не удалось. В итоге и Николай Камов, и его заместитель Михаил Миль переключились на разработку и выпуск классических вертолетов, став руководителями двух главных вертолетных фирм СССР.
Группа летчиков, обучающихся летать на автожире А-7-3а, лето 1941 года
Между самолетом и вертолетом: как устроен и сколько стоит автожир
Эра летающих автомобилей пока не наступила, но своеобразным аналогом им может выступать автожир — своеобразный гибрид самолета и вертолета.
Автожиром (а также гиропланом или гирокоптером) называется транспортное средство, которое приводится в движение двумя винтами — для взлета необходим тянущий или толкающий винт как у самолета, который разгоняет до необходимой скорости, а уже после взлета в дело вступает несущий винт как у вертолета. С единственным отличием, что несущий винт в движение приводится не мотором, а потоком набегающего воздуха.
Подобная схема не лишена своих недостатков, поскольку автожиру необходимо хоть и минимальное, но место для разгона, а кроме того гирокоптер не в состоянии зависать в полете на месте. Впрочем, эти недостатки оборачиваются преимуществом, поскольку в случае отказа техники автожир безопасно сможет приземлиться в режиме авторотации.
В эксплуатации гирокоптеры дешевле самолетов и вертолетов, хотя и уступают им по своим скоростным возможностям и грузоподъемности, но имеют ряд преимуществ — меньший расход топлива, хороший обзор, меньший уровень вибраций и шума в полете и возможность летать даже при сильном ветре.
Обучиться пилотированию: сколько это стоит?
Как и любое транспортное средство, автожир требует специальной подготовки пилота, прежде чем он сможет самостоятельно отправляться в полет. Как и в автошколе, где отменили самостоятельную подготовку, своими силами отучиться на пилота сверхлегкого воздушного судна (именно так российское законодательство классифицирует гирокоптер) невозможно — необходимо проходить теоретическое и практическое обучение в школах, имеющих лицензию Министерства образования и Министерства транспорта, а учебные программы должны соответствовать требованиям Федерального агентства воздушного транспорта (Росавиация) и Международной организации гражданской авиации (ИКАО).
Учиться на пилота автожира можно, как и на автомобиль, с 18 лет. Предварительно необходимо пройти медицинскую комиссию, но не такую, как на автомобильные права, а специальную — речь идет о врачебно-летной экспертной комиссии пилота сверхлегких воздушных судов. Если медики дадут добро на полеты, можно начинать обучение.
Курс включает в себя теоретическую и практическую части, последняя из которых называется учебно-летной подготовкой и подразумевает работу на тренажерах, полеты с инструктором и самостоятельный пилотаж гирокоптеров. Длится весь процесс подготовки пилота сверхлегкого воздушного судна более двух месяцев, а может даже и больше, если погода помешает проведению практических занятий. Прежде чем получить удостоверение, придется налетать не менее 35 часов.
Покупка и регистрация автожира: какие нюансы?
В отличие от колесных транспортных средств, каждое из которых требует регистрации и постановки на учет, автожиры массой до 115 кг не требуют государственной регистрации и регистрации прав собственности на воздушное судно, но все более серьезные гирокоптеры уже необходимо пройти все бюрократические процедуры в Росавиации.
Среди современных летающих аппаратов особой популярностью пользуется бескрылая техника. Что такое автожир (autogyro) или, как еще его именуют, вертоплан, жироплан? Все эти термины относятся к одному и тому же бескрылому летательному аппарату с двумя винтами (горизонтальным и вертикальным оперением). На Западе легкий винтокрылый агрегат принято называть гироплан, ротоплан, гирокоптер. Все названия отражают принцип, благодаря которому эта уникальная техника успешно удерживается в воздушном пространстве.
Изобретатель автожиров
Этот летательный аппарат был изобретен в 1919 году испанским инженером Хуаном де ла Сиерва. Его автожир впервые увидел небо весной 1923 года. Возобновился интерес к ротопланам с конца 1950 гг благодаря Игорю Бенсену, который продавал винтокрылые летательные аппараты собственного производства. Его изобретения были простейшими одноместными жиропланами облегченной конструкции и продавались комплектами для самостоятельной сборки. Единственная модель гироплана, переименованная на pegasus, которая сохранилась до наших дней, находится у жителя Калифорнии.
Принцип работы
Конструктивные особенности и принцип действия жироплана похожи с планером, самолетом, дельталетом или мотодельтапланом. Подъемная мощность обеспечивается встречным воздушным потоком, а роль крыльев исполняет несущий свободновращающийся винт (ротор). Эта особенность обеспечивает горизонтальный полет автожира, за счет чего он держится на воздухе. Общий шаг винта регулируется производителем, при эксплуатации изменению не подлежит.
Поступательное движение осуществляется тянущим усилием маршевого двигателя гироплана, если он расположен спереди, и толкающим действием, когда мотор находится сзади. Чтобы запустить движение лопастей ротора, то есть для вращения винта, требуется только воздушный поток, что и называется режимом авторотации. Сопротивление винта в воздухе раскручивает пропеллер, благодаря чему срабатывает аэродинамический принцип, запускающий трансмиссию, и гироплан начинает свободно планировать.
Управление
Стандартные автожиры с вертикальным взлетом могут управляться и перемещаться относительно трех пространственных осей: продольной, поперечной, вертикальной. Путевое управление винтокрылого аппарата осуществляется рулем направления, который закреплен на хвостовой части фюзеляжа. Наклон плоскости вращения несущего винта, за счет чего выполняется требуемый угол тангажа, достигается отклонением ручки управления жироплана.
Принцип движения педалей и ручки гироплана подчинен инстинктивным манипуляциям человека для сохранения равновесия во время полета, как и при управлении самолетом. Перемещение ручки в какую-либо сторону влечет за собой отклонение оси несущего винта в том же направлении, за счет чего осуществляется поворот жироплана. В механизме управления гироплана задействованы еще вилки с наконечниками.
Скорость полета
Классические автожиры передвигаются в воздушном пространстве со скоростью в среднем 120 км/ч при расходе топлива около 15 л на 100 км. Развивать быстроту полета жиропланы способны от 25 до 180 км/ч, рекордная отметка темпа перемещения в воздухе была зафиксирована в 207 км/ч. В связи с этими характеристиками, автожир можно сравнить с автомобилем по экономичности расхода топлива и скорости с той лишь разницей, что передвигается он по воздуху.
Режимы полета
В основном аэродинамический полет на автожире проходит в штатном режиме. Не зря жироплан причисляется к самым безопасным, промежуточным между вертолетом и самолетом, летательным аппаратам. Однако случаются и с автожиром нештатные ситуации, такие как разгрузка ротора, обледенение, мертвая зона авторотации, кувырок. Главным достоинством жироплана является то, что при потере скорости, отказе двигателя или любых сбоях в управлении он способен совершить безопасную посадку.
Использование
Жиропланы используют для быстрого перемещения вместо автомобилей. Преимуществом автожира перед наземными транспортными средствами выступает полная свобода при совершении маневров и отсутствие пробок. Жироплан идеально подходит для кратковременных развлекательных и туристических воздушных прогулок. Для этих целей предпочтительней модели, рассчитанные на двух или трех пассажиров.
Гиропланы применяют для военных и деловых полетов с целью осмотра определенной территории, контролирования нефтепроводов, охраны пограничных зон, мониторинга возгорания в лесных массивах. Современный гирокоптер с камерой применяют для аэрофотосъемок либо воздушных видеосъемок, благодаря широкому обзору и низкой вибрации в отличие от вертолетов.
Разработка в СССР и России
Стремительное развитие авиации в начале XX века привело к появлению самых разнообразных летательных агрегатов. Советский жироплан был разработан и сконструирован Н.И. Камовым. Первый полет на этом автожире под названием КАСКР-1 «Красный инженер» был совершен в 1929 году пилотом-испытателем в компании самого конструктора. В настоящий период в России разработка автожиров производится несколькими ведущими компаниями: «За облака», «Аэро-Астра», «АвиаМастер».
Современные автожиры
По прошествии нескольких десятков лет после создания первых жиропланов философия постоянного совершенствования повлекла за собой изобретение автожира с закрытой кабиной. Современные гиропланы, кроме элегантного дизайна, отличает усовершенствованная конструкция механизмов взлета, приземления и управления винтокрылым летательным аппаратом во время полета, обеспечивающая ему безопасность.
Классификация
По принципу размещения маршевого винта гиропланы классифицируются на два типа: с тянущим и толкающим винтом. Первый вариант летательных агрегатов имеет лучшую возможность охлаждения двигателя, благодаря винтовому обдуву. Преимуществом моделей автожиров с тянущим винтом является их безопасность при механическом воздействии на носовую часть во время аварии. Достоинством конструкции жиропланов с толкающим винтом выступает лучший обзор из кабины.
Специальные свойства
Большинство современных автожиров оборудованы механизмом предварительной раскрутки втулки ротора. При подобном варианте конструкции ротор раскручивается до разбега винтокрылого летательного аппарата. Предварительная раскрутка винта жироплана существенно укорачивает его разбег и при встречном потоке ветра подъем возможен с места. Короткий взлет гироплана является самым приемлемым вариантом при отсутствии в России легкодоступных аэродромов. Модели с прыжковым взлетом, к примеру, как жироплан Cartercopter, универсальны.
Автожир или гироплан, сегодня.
Возникновение вращающей силы на лопасти винта.
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. Этим условиям соответствует специальный ламинарный аэродинамический профиль для автожиров разработанный NACA еще в 1949 году NACA 8-H-12. Сейчас он успешно применяется на современных аппаратах.
Поэтому управление автожиром производится с помощью непосредственного изменения положения втулки несущего винта, благо, что в этом случае нет ни двигателя, ни массивного редуктора и ротора. Обычно присутствуют уже знакомые вам по этой статье два канала управления: по крену и по тангажу.
Кроме того дополнительно управление автожиром может осуществляться ( и так происходит на самом деле при помощи аэродинамических рулей. Это обычно руль направления и может быть еще руль высоты.
Как уже было сказано, для подъема в воздух и устойчивого полета несущий винт автожира должен раскрутиться. Это можно осуществить либо за счет предварительного разгона на земле, либо за счет предварительной раскрутки ротора с последующим быстрым (очень коротким) взлетом.
На современных аппаратах достаточно широко (то есть практически всегда применяются системы предварительной раскрутки, так как это существенно ускоряет взлет, уменьшая разбег автожира до 10-15, а в некоторых случаях и до 5 метров.
По конструктивной сути они возможны следующих типов.
Электрическая раскрутка. Это что-то типа стартера двигателя на автомашине. Система достаточно эффективная, но маломощная и тяжеловатая. Один аккамулятор чего стоит.
Сейчас достаточно большое распространение получила гидравлическая система раскрутки ротора. В этой системе присутствуют два шестеренчатых гидронасоса. Один установлен на двигателе, второй на втулке ротора несущего винта. Второй получает давление от первого и выполняет роль гидромотора, вращая ротор. Такого рода система проста и довольна легка, а крутящие моменты передает большие.
Теоретически вобщем-то можно сказать, что при достаточно больших оборотах раскрутки автожир даже может взлететь с места (по «вертолетному»). Это, конечно, не совсем целесообразно, но в связи с этим нужно сказать, что существует еще один способ взлета. Это так называемый «прыгающий» старт. Он требует усложнение втулки ротора введением устройства управления общим шагом винта. При этом винт с нулевыми углами установки лопастей раскручивается до взлетных оборотов, а потом углы установки резко увеличивают и аппарат «подпрыгивает» вверх, после чего включается в действие маршевый двигатель, а углы установки уменьшаются. Такие аппараты изготавливались в основном в 30-40-х годах прошлого века, но сейчас применения не находят.
Первое, это достаточно низкий коэффициент полезного действия для двигателя. Поэтому при прочих равных условиях ему нужен более мощный двигатель, чем, например, самолету.
Второе – это полет в специфичных условиях атмосферы. Конкретно это касается обледенения. В случае, если эта неприятность случается с лопастями ротора несущего винта, винт быстро теряет свои аэродинамические свойства и авторотация становится невозможной. Это очень опасно, ведь средств спасения на этом аппарате нет.
Ну и третье, самое главное. У самого безопасного летательного аппарата все же существуют опасные режимы полета. Это такие, как, например, разгрузка ротора и следующий за ним силовой кувырок. Два эти явления могут привести к печальным последствиям в случае, если линия действия тяги находится выше центра тяжести автожира.
Тут стоит заметить, что автожиры могут быть двух схем. Первая «классическая» с тянущим винтом, когда двигатель расположен впереди пилота и вторая с толкающим винтом. Двигатель здесь, соответственно, сзади. Первая схема сейчас мало применяется, так сказать незаслуженно забыта. А зря!
Для нее явление силового кувырка практически невозможно. Это очень хорошо видно из представленного рисунка. Кроме того расположенный впереди двигатель всегда служит защитой пилоту при неудачной посадке,, что нельзя сказать о движке, расположенном сзади. Может и придавить 🙂 …
