Мифы и заблуждения насчет автожиров

Постулаты М.Твистера для этой статьи и всех других случаев:

1. Если в мире чего-то нет, до чего ты легко додумался, ищи подводные камни.

2. Чудес не бывает. Бывает неточная информация.

3. !,@**&%+/\/\$#^*$@#/… (только для опытных пользователей, посвящается самонадеянности)

Поскольку автожиры пока являются большой редкостью в стране, насчет них, как и полагается, существует довольно много слухов, сплетен и заблуждений. Ничего удивительного в этом нет, т.к. людей, живьем видевших хоть один автожир – тысячи, летавших на автожире пассажиром – несколько сотен, летавших самостоятельно – единицы. Очень мало и тех, кто действительно что-то понимает в автожирах. Зато очень много тех, кто с удовольствием пересказывает разные недостоверные сведения об АЖ.

Цель этой статьи – озвучить существующие заблуждения насчет АЖ с полным их, так сказать, разоблачением.

С самого начала давайте договоримся, что речь в этой статье будет идти о грамотно спроектированном и грамотно построенном автожире. Когда мы будем сравнивать их с самолетами, дельталетами и вертолетами, то тоже будем подразумевать не сомнительные модели, а хорошие машины. То же самое относится к уровню подготовки пилотов – мы будем рассматривать все случаи применительно к адекватно подготовленным пилотам. Здесь нужно сразу развеять одно из самых вредных заблуждений:

Миф об автожирах №1. На АЖ можно и нужно учиться летать самостоятельно.

Эта идея доктора Бенсена, увы, до сих пор клубится в умах. Даже на одном из русскоязычных сайтов взяли и выложили старое руководство по самостоятельному обучению полетам на АЖ, что на наш взгляд, совершенно недопустимо. Самостоятельно освоить АЖ может профессиональный летчик-испытатель, которому подробно рассказали об особенностях поведения АЖ и который знает главное – методику освоения незнакомой техники. Попытка самостоятельного обучения полетам на автожире начинающим пилотом-любителем или опытным пилотом другого летательного аппарата гарантированно приведет как минимум к поломке аппарата. В прошлом году один из довольно опытных пилотов, собрав АЖ, начал осваивать его самостоятельно, совершил несколько полетов. Вскоре ему представилась возможность полетать с опытным пилотом и послушать кое-что об особенностях пилотирования автожира, после чего он откровенно сказал: «Если бы я знал то, что узнал сейчас, то никогда не стал бы облетывать аппарат самостоятельно». К сожалению, такие случаи время от времени имеют место – мы хорошо знаем это, т.к. большинство таких попыток заканчиваются звонком в Твистер-клуб с вопросом типа: «Мы тут все про автожиры знаем, учить нас не надо, вы только расскажите, почему это у нас автожир на разбеге вдруг завалился на бок ?».

Второй частый вариант – после отрыва от земли аппарат упал на хвост. Спрашиваю - какие были обороты ротора. Ответ - классический - "откуда мы знаем, у нас указателя оборотов нет."  Практика показывает, что в подавляющем большинстве случаев жертвой такой самоуверенности становится ротор автожира, вещь недешевая независимо от того, куплен он в готовом виде или построен самостоятельно. Часто после такой аварии пилот/строитель уже не имеет возможности восстановить АЖ – просто денег жалко. Одновременно такой самоуверенный неудачник, что сохранить свое лицо, начнет всем рассказывать, что автожиры – это нечто совсем плохо управляемое, раз уж даже он не смог справиться с этим своенравным аппаратом. А нужно было совсем немного – просто полетать несколько часов с опытным пилотом. Случаи самостоятельного обучения (в том числе и на самолетах, и на дельталетах, и даже на вертолетах) известны, но также известно, что количество аварий у таких пилотов больше или равно количеству этих пилотов. Автожир – это вовсе не чудо света, а летательный аппарат, требующий к себе такого же уважения, как и любой другой. Только при наличии такого уважения он подарит вам массу удовольствия от полетов.

Этот безмоторный автожир строился в Белоруссии два года и...

...прожил две минуты. В руках счастливых строителей - остатки мечты и ротора. Причина - см. абзацем выше.

Мы не будем рассматривать здесь АЖ с прыжковым взлетом т.к. во-первых, на сегодня таких аппаратов – единицы, а во-вторых, мы считаем, что если у АЖ есть хорошая предварительная раскрутка, то она и так обеспечивает очень короткий разбег, достаточный для эксплуатации АЖ с неподготовленных площадок. Прыжковый взлет – штука заманчивая, но он гарантированно усложняет конструкцию машины и по стоимости приближает ее к вертолету. Часто можно слышать, что «прыжковый взлет на автожире – это каждый раз акробатический этюд». Придумали это, видимо, летчики-теоретики, не особо понимающие механизм прыжкового взлета. Второй вариант – это придумали те, кто пытался сочинить свою методику прыжкового взлета, вот она такая и получилась. Прыжковый взлет, конечно, требует от пилота дополнительной подготовки, но, например, на  АЖ Air&Space он выполняется легко и непринужденно. Также легко и непринужденно выглядит он со стороны. То же самое можно сказать про автожир GyRhino Дика ДеГро. А больше я прыгающих АЖ не знаю (из тех, что летают сейчас) J Зато знаю с чем это связано. Дело в том, что сегодня во всем мире автожиры – это хобби для их пилотов. Нам известны несколько мест на земле, где их используют для авиахимработ и патрулирования, но подавляющее большинство автожиров сегодня используется для получения удовольствия от полетов. И занимаются автожирами в основном те, кому нравится в воздухе созерцать окрестности больше, чем контролировать аппарат. Причем люди это в большинстве своем весьма рациональные, которые на вопрос «чего ты больше хочешь – долго строить или вкусно летать» выберут последнее. При этом одни собирают аппарат, не заботясь о его внешнем виде (см., например RF-150 Фрэнка Алена), другие тщательно отделывают каждую деталь (Catfish супругов Oxnam или Magni Манфреда Льютарда). Общее у них одно – никто не занимается сомнительными экспериментами, не имея для того веских оснований. К сожалению, у нас в стране чаще идут по другому пути: начиная строить свой первый аппарат, его сразу пытаются сделать самым-самым. Регулярно мы получаем примерно такие письма: «Начинаю строить автожир, поскольку все в нем просто и понятно, то строить буду на базе Gyrobee, только 4-местный, двухмоторный, с прыжковым взлетом, закрытой кабиной, на поплавках и с собственным ротором. Кстати, а какой диаметр ротора мне для этого нужен?»

Когда я перевел на русский язык чертежи и документацию для постройки автожира Gyrobee, то специально добавил (хотя у автора этой машины Ральфа Таггарта об этом тоже было сказано), что делать по этим чертежам более тяжелую машину – бесполезное занятие. Результат не замедлил сказаться – некоторые из тех, кто получал эту документацию, видимо, были в прошлом военными курсантами (помните: «Что нужно сделать, чтобы заставить курсанта прыгнуть с моста? – Сказать, что с этого моста прыгать категорически запрещается»).

Причина проста и кроется, в частности, в элементарном сопромате. При увеличении нагрузок потребная масса детали обычно увеличивается не линейно, следовательно, если деталь, рассчитанную на приложение силы в 100 Н, усилить вдвое, это вовсе не означает, что она будет выдерживать 200 Н. Обычно – меньше. Иногда – значительно меньше. Это зависит от конкретных условий. Опять же вспоминаем постулат № 1. Если бы это было так, сверхзвуковые самолеты давно делали бы размером с «Мрию». Да что-то не проходит такой номер, а значит – стоит задуматься, почему.

Конструкторские амбиции и кажущаяся простота АЖ еще 30-40 лет назад завела их строительство в стране в тупик. Когда в 70-80-е годы журнал «Моделист-конструктор» опубликовал чертежи и описание конструкции автожира Бенсена, а потом «Шмеля», сотни, если не тысячи энтузиастов авиации, привлеченные кажущейся простотой и дешевизной автожира, взялись за его постройку. В воздух же поднялись единицы. Еще меньше действительно летали, доставляя удовольствие своим строителям. Дурная слава об автожирах, как о неподдающихся дрессуре предметах, быстро расползлась по стране, на них махнули рукой (благо, расходы на постройку были действительно минимальны) и занялись привычным: самолетами и вертолетами.

Американцы, кстати, после громкого дебюта гирокоптеров Бенсена, тоже переживали период падения интереса к АЖ, связанный в основном с тем, что в АЖ Бенсена пилоты столкнулись с опасными и неизученными тогда явлениями: PIO и PPO. После нескольких лет анализа, проб и ошибок причины и способы борьбы с этими явлениями были установлены, и интерес к АЖ стал расти снова. За последние 20 лет теория и практика строительства АЖ продвинулась еще дальше. К сожалению, по современным АЖ практически нет литературы, причем ее нет (пока, надеюсь) не только на русском, но и на других интересных языках, поэтому знания об АЖ в основном передаются, как в старину – через общение.

Американам было проще – все, что требовалось, можно было купить, и было на что. У нас самодельщикам волей-неволей пришлось забросить казавшиеся безнадежными искания и вернуться к знакомым крыльям.

Одно из изречений гуру Шумейко гласит, что автожир внутри намного сложнее, чем снаружи. К сожалению, отсутствие хоть какой-нибудь литературы по устройству автожира на русском языке не позволяет большинству строителей заранее понять, что не все так просто, как кажется. Поэтому часто встречается

Миф об автожирах № 3. Чтобы сделать автожир, можно взять телегу мотодельтаплана и просто поставить на нее ротор.

 Заявки на это гениальное в своей простоте изобретение поступают с поразительной регулярностью. См. постулат № 1. Вопрос, что меняется при замене крыла на ротор, мало кого волнует, а зря. Меняются многие важные вещи, но для начала достаточно и одной: радикально меняются нагрузки на конструкцию телеги. Крыло не создает тех вибрационных нагрузок, которые дает любой ротор любого легкого АЖ. Конечно, в полете на крыле возникают знакопеременные нагрузки (при движении органами управления, например, или при полете в турбулентности), но эти же нагрузки есть и на роторе и их частота на порядок меньше дополнительных, которые создает ротор, вращаясь с частотой 300-400 об/мин. В случае двухлопастного полусвободного ротора (качельного типа) это 2 цикла за оборот, т.е. 600-800 циклов в минуту. Известно, что временная усталость материала (точнее, коэффициент усталостной прочности) приводится обычно к количеству циклов, равному 5х10⁷, т.е. 50 миллионов циклов. При расчете на прочность здесь учитывается не календарный возраст детали, а количество циклов, приложенное к ней. Несложный подсчет покажет, что деталь, рассчитанная на циклическую нагрузку для 500 часов полета с крылом, превысит отпущенный ей лимит всего через несколько часов, и ресурс аппарата будет израсходован через несколько летных дней. Это не все, а только для примера.

Заметьте, я вовсе не против собственных конструкций. Я против дилетантов. Нет ничего на свете страшнее дилетантов, даже несчастная любовь не так страшна. А в авиации дилетанты опасны. Смертельно опасны. Сам убедился.

Слухи об автожирах распространяют в основном две категории граждан: дилетанты, которым не удалось с наскока поразить мир своей гениальностью, и слабые аналитики.

Не так давно на форуме СЛА произошла оживленная дискуссия, некоторые моменты которой требуют нашего комментария.

В частности, там сообщалось о том, что разбег автожира без раскрутки намного больше, чем разбег легкого ЛА с крылом. На этом основании делался вывод, что по своим взлетным характеристикам АЖ явно проигрывает крылатым, т.к. длинный разбег делает невозможной эксплуатацию АЖ с неподготовленных площадок.

Действительно, многие видеозаписи  буржуйских АЖ демонстрируют разбег длиной 200-300 метров и больше. У нас такая роскошь никому не нужна, т.к. практически нет доступных аэродромов. Так это – у нас. В США аэродромы с покрытием – на каждом шагу, и если автожирщик знает, что у него под боком есть 500-метровая полоса, что она всегда доступна и что кроме как на ней (и иногда - на слетах, проводимых на таких же хороших полосах) он нигде летать не собирается, то он и не будет думать о коротком взлете – зачем? Некоторые вообще раскрутку не ставят, экономят до двух тысяч долларов на самой раскрутке, плюс уменьшают вес аппарата на ее вес. Это 5-15 кг, для легкой машины – заметная цифра, позволяющая еще и ротор ставить на фут короче (еще 100 баксов экономии).

Поскольку в России легко доступных аэродромов, можно считать, нет, то короткий взлет для АЖ – обязательное условие, а значит, предварительная раскрутка нужна и нужна хорошая.

В той же дискуссии на форуме СЛА упоминался питерский двухместный автожир AirCommand старой модели. Упоминался он как раз в том смысле, что раскрутка у аппарата вроде бы присутствует, но разбегается он ну очень долго и даже с одним пилотом летает как-то вяло. Здесь все просто, хотя причин несколько. Когда владельцы аппарата заказывали кит, они не очень понимали, что такое автожир и хотели сэкономить. Экономия выразилась в слабом двигателе (64-сильный Ротакс-582 для двухместного автожира слабоват, если хочется иметь динамичную машину). Плюс ко всему на этом аппарате стоит не самый лучший ротор SkyWheels, плюс не самая эффективная раскрутка – гибкий вал Wunderlich позволяет крутить ротор всего до 130 оборотов при полетных 300. А вот эта разница – между тем, что удается раскрутить и полетными оборотами, плюс тяга маршевого винта и обеспечивают короткий взлет.

Кстати, часто длина разбега зависит еще и от опыта пилота. Прошлой зимой на нашем «Твисте» курсант (опытный дельталетчик) так и не подружился с раскруткой, разбегаясь каждый раз по 50-70 метров, тогда как инструктор в тех же условиях взлетал с разбегом 10-15 метров. Опыт-с…

Длина разбега АЖ напрямую зависит от эффективности предварительной раскрутки, однако не стоит думать, что раскрутив ротор до 100% полетных оборотов, можно даже в штиль взлетать с места. Дело в том, что для полета автожиру необходимо, чтобы воздух протекал через ротор, вращая его и создавая подъемную силу. Если АЖ и оторвется от земли с раскрученным до полетных оборотов ротором, то обороты эти тут же быстро упадут из-за отсутствия поступательного движения, обеспечивающего прокачку воздуха через ротор. А раскрутка уже выключена – она выключается до отрыва от земли, иначе как только аппарат отделится от полосы, возникнет реактивный момент подобно вертолетному. Парировать его почти нечем – рулевого винта на АЖ нет. На аппаратах с прыжковым взлетом ротор перед прыжком крутят до 150 % полетных оборотов, чтобы после отрыва иметь пару секунд запаса вращения ротора для набора минимальной скорости горизонтального полета.

Следующий момент – потребная для полета мощность двигателя. Это, пожалуй, самое благодатное место для спекуляций. Наиболее распространенный афоризьм: в автожирах мощность от двигателя передается на ротор через упругую среду, а это плохо. Ну и что? Да, для хорошего полета автожиру требуется мощность несколько больше, чем самолету или дельталету. Однако преимущества, которые дает авторотирующий несущий винт, значительно перевешивают эту вынужденную жертву. Отсутствие режимов сваливания, возможность летать при сильном ветре (автожир безопасно летает при ветре 15-17 м/сек, тогда как для любого легкого самолета или мотодельты 6-7 м/сек уже превращают полет в борьбу за существование), посадка без пробега, маневренность и т.д. – ради этого стоит потратиться на более мощный движок!

Единственный момент, где АЖ явно и безоговорочно уступает остальным – это обледенение. Если обледеневшее крыло для сохранения каких-то несущих свойств требует увеличения скорости, а обороты вертолетного несущего винта можно при обледенении поддерживать двигателем, то при обледенении автожирного ротора он не только теряет несущие свойства, но в первую очередь перестает поддерживать режим самовращения. Происходит это быстро, пробовать не рекомендуется. При этом самое неприятное то, что теряющий обороты ротор увеличивает маховые движения лопастей (уменьшается центробежная сила), а этот процесс развивается очень быстро и заканчивается ударами лопастей по упорам. Поэтому в условиях опасности обледенения (мы это испытали, когда перегоняли прошлой зимой «Твист» в Муром) необходимо контролировать обороты ротора и при малейшей тенденции к снижению оборотов в горизонтальном полете с постоянной нагрузкой, немедленно идти на посадку – может быть у вас в запасе только секунды. Хорда у лопасти ротора маленькая, скорости обтекания - большие и искажение профиля льдом происходит гораздо быстрее, чем на крыле. Способ борьбы с этим на легких АЖ один – ни в коем случае не летать при опасности обледенения. До тех пор, пока не будет построен стойкий к обледенению ротор.

Самое время поговорить о безопасности. Здесь надо в основном рассматривать два вида безопасности: в полете и при вынужденной посадке из-за  отказа двигателя.

Безопасность в моторном полете на автожире выше по той причине, что он не подвержен сваливанию, т.е. не боится потери скорости, и, в силу большей нагрузки на крыло, меньше реагирует на турбулентность воздуха. Все без исключения дельталетчики, которым довелось летать на АЖ, согласятся, что АЖ летает в таких ветровых условиях, в которых ни дельталет, ни легкий самолет летать не могут. Напомню, что мы рассматриваем здесь «правильные» автожиры, а не сомнительные проекты, созданные на авось, без точного расчета управляемости машины. Надо еще добавить, что пилот автожира тратит гораздо меньше энергии на контроль за аппаратом, следовательно, меньше устает и имеет меньше шансов совершить ошибку. Меня, в частности, просто поразила устойчивость аппарата при полетах на малой высоте. Идти десятки километров на высоте 3-5 метров над землей со скоростью 90-100 км/час без всякого напряжения – на самолете или легком вертолете такое от хорошей жизни просто не делают. На АЖ такие полеты ничего, кроме удовольствия, не доставляют.

Даже отказ двигателя в таком полете для АЖ не опасен – плавно прибирая ручку на себя пилот просто ждет, пока погасится скорость и аппарат опустится на землю. А что будет с другими ЛА?

Так вот, о безопасности вынужденной посадки при отказе двигателя. Вертолетчику в таком случае нужно молниеносно выполнять необходимые телодвижения для перевода машины на авторотацию, и от его реакции зависит успешная посадка. Не зря вертолетчики говорят, что бросать ручку шаг-газ вниз нужно за секунду до отказа двигателя. У крылатых проблема другая – горизонтальная скорость в момент касания земли. Известно, что при управляемой вынужденной посадке самолета основным разрушающим фактором является именно горизонтальная скорость, а не скорость снижения. Автожир садится с нулевой или близкой к ней горизонтальной скоростью, как ворона. Следовательно, вероятность разрушения аппарата и/или повреждения экипажа в нем минимальна. Этим объясняется то, что соотношение аварий к катастрофам на автожирах наиболее благоприятное среди всех ЛА.

Здесь критики автожира часто используют наше обычное замечание о том, что при грубой управляемой посадке, скажем, дельталета, пилота часто ждет двухчасовой ремонт крыла, а автожирщика – замена дорогого ротора. Это действительно так, но это должно дополнительно дисциплинировать пилота, что на наш взгляд скорее плюс, чем минус. Фривольность обращения дельталетчиков с воздухом общеизвестна, а она часто оборачивается трагедией.

Вряд ли кто будет спорить, что посадка не должна предполагать касание крыльями посторонних предметов – надо летать аккуратно.

И, если уж на то пошло, посадка на АЖ технически проще, чем взлет. Чаще всего аварии АЖ случаются именно на разбеге, хотя страдает при этом только сам автожир, а экипаж страдает только материально, да и то обычно в том случае, если до того пилот сэкономил на собственном обучении. До сих пор вспоминаем недоуменный  возглас известного питерского дельталетчика, у которого автожир сразу после отрыва от земли упал на хвост: «Но ведь скорость-то у меня была!» (для автожира на разбеге важно в первую очередь набрать обороты ротора, а уж затем скорость).

На сладкое: кое-что для конструкторов. Те, кто не планирует строить аппарат собственной конструкции  и те, кто изучал конструкцию несущих винтов, могут это не читать:

О самостоятельном изготовлении ротора автожира.