ОТ ГЕЛИКОПТЕРА И САМОЛЕТА К АВТОЖИРУ
Автожир, как было уже сказано, есть летательная машин а, построенная одновременно на принципах и самолета и геликоптера; следовательно, для понимания идеи и развития автожира полезно взглянуть на пути, какими шло создание и развитие самолета и геликоптера.
С историей самолета читатель вероятно, уже знаком, поэтому мы остановимся главным образом на развитии идеи геликоптера — машины, которая пока еще не имеет практического значения, но которой, возможно, принадлежит будущее.
Когда человек впервые начал задумываться над проблемой летания, он, подражая природе, стремился создать машину с подвижными крыльями, т. е. с крыльями, которыми человек мог бы махать при помощи рук и ног. Это идея так называемого о р н и т о п т е р а, самая старая идея в летании, но осуществить ее не удалось и до сих пор. Геликоптер, идея которого возникла позже, имеет мало общего с орнитоптером, но его вращающиеся в виде винта крылья так же, как и у орнитоптера, подвижны. Идея же машины с неподвижными крыльями — самолета— возникла еще позже и лишь тогда, когда изобретатели летательных аппаратов путем теоретического и экспериментального изучения проблемы летания приобрели уже значительные опыт и знания. Первыми из дошедших до нас попыток научно подойти к разрешению проблемы летания являются работы знаменитого итальянского художника и всестороннего ученого Леонардо да Винчи, жившего в XV веке. В его рукописях был найден эскиз “механической птицы”, т. е. крыльев, которыми человек мог бы махать, как птица, с помощью своих рук и ног. Но еще больший интерес представляют эскиз и описание воздушного винта, обнаруженные в рукописях Леонардо да Винчи, относящихся к 1475 г.
В пояснительных словах, которые теперь звучат несколько наивно, Леонардо да Винчи гениально выразил идею изобретённого им винта и геликоптера (фиг. 5). Вот как он говорит:
Фиг. 5. Эскиз геликоптера Леонардо да Винчи (1475 г.)
“Остов винта должен быть
сделан из железной проволоки
толщиной в веревку; расстояние от
окружности до центра должно
равняться 12 м. Если прибор сделан как
следует,
т. е. из прочной парусины, поры которой
тщательно замазаны крахмалом, то я думаю,
что при вращении его с известной скоростью
такой винт как бы опишет в воздухе свою
нарезку и поднимется вверх. В этом
ты легко можешь убедиться, рассекая воздух
широкой, тонкой линейкой: тогда твоя рука
вынуждена
будет следовать направлению ребра линейки.
Парусина должна быть укреплена на каркасе
из длинного толстого камыша. Можно сделать
небольшую модель из бумаги с осью из туго
скрученной металлической пружины. Если
пружину предоставить самой себе, то она
заставит винт вращаться”.
Последние две фразы этой заметки
показывают, что Леонардо
да Винчи, видимо, не только теоретически
изучал проблему летания, но производил и
опыты с моделями своего геликоптера.
Однако точно установить это не удалось.
Первую известную нам летающую модель геликоптера построили в 1784 г., т. е. спустя три века после Леонардо да Винчи, французы Лонуа (натуралист) и Бьенвеню (инженер). Их модель
(фиг. 6) состояла из
четырехлопастных винтов, лопасти которых
были сделаны из птичьих перьев; двигателем
служил китовый ус, концы которого
стягивались шнурком, обвитым
вокруг оси верхнего
винта. Таким образом,
китовый ус играл роль
тетивы, под действием
натяжения которой винты вращались в
противоположные стороны.
Модель легко поднималась в воздух, а как
только китовый ус выпрямлялся и винты
переставали вращаться, падала обратно на
землю.
Изобретение Лонуа
и Бьенвеню было зарегистрировано
специальной комиссией, назначенной
Парижской академией наук, и сыграл”
большую роль в деле практического развития
идеи геликоптера.
Вслед за изобретением Лонуа и Бьенвеню появляются многочисленные проекты как моделей, так и настоящих летательных машин типа геликоптера, в большинстве случаев полуфантастических и совершенно не осуществимых для того времени. Но опыты с моделями принесли много пользы, ибо благодаря им постепенно накапливались и расширялись знания в этой области. Этому способствовало также и развитие в XIX веке науки и техники: открытие ряда важнейших физических законов, изобретение двигателя внутреннего сгорания и т. д.
В 1853— 1860 гг. во Франции Понтон д'Амекур разработал проект летательной машины, которую изобретатель назвал “аэронефом”. Аэронеф должен был подниматься вверх с помощью двух винтов, насаженных на одной вертикальной оси и вращающихся в противоположные стороны; для горизонтального передвижения машины должен был служить специальный винт, насаженный на горизонтальную ось. Винты предполагалось приводить во вращение специально сконструированным паровым двигателем.
Проект д'Амекура не был осуществлен, но изобретателем совместно с механиком Жозефом была построена интересная модель геликоптера (фиг. 7) с миниатюрным паровым двигателем, котлом которого служил змеевик, сделанный, как и топка, из алюминия. Модель эта, представлявшая для того времени чудо техники, все же не могла летать, но в опытах с ней было установлено, что при работе винтов модель теряла около 25% своего веса, т. е. винты развивали значительную подъемную силу.
Неудачи опытов с геликоптерами заставили некоторых изобретателей искать решения проблемы летания на машине тяжелее воздуха несколько иными путями. В конце XIX века зарождается идея летательной машины с неподвижными крыльями, т. е. аэроплана (самолета). Воздушному винту при этом отводится только вспомогательная роль: создавать лишь горизонтальную тягу для приобретения машиной поступательной скорости. Однако и эти идеи долго не получали удачного осуществления. Причины этого были те же, что и раньше: недостаток знаний о законах движения в воздухе и отсутствие легкого двигателя.
Но вот в начале XX века братья Райт в Америке, следуя по пути гениального Лилиенталя, создали самолет, и впервые в истории человечества летательная машина тяжелее воздуха самостоятельно поднялась с земли и полетела. Последовавшее затем бурное развитие самолета и замечательные его успехи, естественно, ослабили интерес к геликоптеру. Это обстоятельство, а также и то, что практическое осуществление идеи геликоптера оказалось очень трудным, сильно затормозило развитие этой машины. Тем не менее идея геликоптера не была заброшена, и отдельные изобретатели, пользуясь опытом, полученным в самолетостроении, продолжали работать и над геликоптерами. Так, например, во Франции в 1907 г. после ряда удачных опытов с моделями изобретатель Корню построил геликоптер.
Геликоптер Корню (фиг. 8) имел два двухлопастных винта, которые приводились во вращение бензиновым мотором в 24 л. с. Винты должны были только поднимать машину вертикально вверх, поступательное же движение предполагалось осуществить с помощью двух лопастей, находящихся в струе винтов спереди и сзади машины.
Геликоптер Корню успешно поднимался на высоту до 1,5 м, поднимая, кроме пилота, еще и его помощника. Однако горизонтальная скорость машины оказалась ничтожной. Еще то, что машина была недостаточно устойчива. Увлеченный начавшимся бурным развитием самолета Корню вскоре оставил свои опыты с геликоптером.
В период 1908— 1913 гг. интересные
опыты с геликоптером
велись в России студентом Московского
высшего технического
училища Б. Н. Юрьевым (ныне профессор
Московского авиационного института и
Военной воздушной академии им. Н. Е.
Жуковского).
Фиг. 8. Геликоптер Корню (1907 г.)
Б. Н. Юрьев одним из первых
разработал проект одновинтового
геликоптера (фиг. 9). Двухлопастный винт
диаметром в 9 м,
вращаемый мотором в 70 л. с. должен был
развивать подъемную
силу, необходимую для вертикального
подъема, а поступательное движение
предполагалось осуществлять с помощью
специального механизма, очень остроумно
разработанного изобретателем
и названного им автоматом-перекосом.
Автомат-
перекос позволял пилоту но желанию
симметрично перекашивать лопасти винта и
тем изменять направление равнодействую
щей силы тяги винта. Этот механизм, а также
специальный рулевой винт должны были
служить для сохранения устойчивости
машины в воздухе.
К сожалению, Б. Н. Юрьеву не удалось получить мотор в 70 л. с. Им был сделан поэтому аналогичный проект под мотор в 50 л. с. Но и этот мотор получить не удалось. Неутомимый изобретатель сделал тогда третий проект под мотор в 25 л. с. который и был, наконец, осуществлен. Геликоптер Б. Н. Юрьева (фиг. 10) был выставлен на Второй Международной выставке воздухоплавания в Москве в 1912 г.; конструктор его получил золотую медаль “За прекрасную теоретическую разработку геликоптера и его конструктивное осуществление”.
Фиг. 9. Проект геликоптера В. Н. Юрьева (1908 г.)
Проект Б.Н. Юрьева для того времени представлял выдающийся интерес, но, к сожалению, даже не был опубликован в печати; отсутствие общественной поддержки и внимания—
Фиг. 10. Геликоптер Б. Н. Юрьева (1912 г.)
характерная обстановка, в
которой приходилось работать
изобретателям в царской России. Опыты с
геликоптером Б. Н. Юрьева
т были доведены до конца и после одной
случайной поломки
были оставлены,
Во время первой мировой империалистической войны (1914 — 1918 гг.) были достигнуты огромные успехи в области летания на самолетах. Напомним, что за время этой войны всеми воюющими странами было построено около 200 000 самолетов и примерно столько же авиамоторов. К концу войны самолет был уже превосходной летательной машиной, с успехом применявшейся в боевых действиях. Естественно, что напряженная работа по совершенствованию самолета отодвинула на задний план работу над геликоптером и только в некоторых странах, например в Австрии, опыты с геликоптерами (с целью военного применения последних) продолжались.
Во время войны 1914— 1918 гг. самолет, как сказано, был доведен до значительного совершенства и играл в боевых операциях большую роль; но в то же время именно на войне особенно сильно дали себя знать недостатки самолета: необходимость разбега и пробега требовала значительных по величине аэродромов, неспособность самолета останавливаться в воздухе (“висеть”) затрудняла бомбометание и разведку с самолета, а “потеря скорости” в воздухе (вследствие ошибок пилотов или недостатков материальной части) вела часто к авариям и катастрофам.
Фиг. 11. Схема геликоптера (вид сбоку) Лакоэна и Дамбланка (1920 г.)
Естественно поэтому, что после окончания войны мысль многих изобретателей снова обратилась к геликоптеру в надежде создать летательную машину без указанных недостатков. Вот нечему в первые годы после окончания войны и появилось в ряде стран немало новых конструкций геликоптеров.
На некоторых из них, наиболее интересных, мы вкратце и остановимся.
Б 1920 г. во Франции профессор Лакоэн и инженер Дамбланк построили геликоптер, имевший обычный самолетный фюзеляж и самолетное хвостовое оперение, а вместо крыльев — два поддерживающих четырехлопастных винта (фиг. 11). Винты были расположены симметрично с обеих сторон фюзеляжа и двумя моторами вращались в противоположные стороны. Для выполнения горизонтального полета должен был служить механизм, с помощью которого можно было в полете перекашивать лопасти винтов (вспомните автомат-перекос Б. Н. Юрьева) и таким, об разом изменять направление силы тяги, отклоняя ее от вертикального направления в наклонное вперед (фиг. 12). Вследствие этого появлялась и некоторая горизонтальная тяга Т (горизонтальная составляющая силы Р). Изобретатели предусматривали также и возможность планирующего спуска в случае остановки моторов. Машина была хорошо продумана, но после первой же поломки опыты с ней были оставлены.
Фиг. 12. Схема геликоптера Лакоэна и Дамбланка в горизонтальном полете,
В Америке, в период с 1919 по 1922 г. велись продолжительные опыты с геликоптером инженера Берлинера. Его машина (фиг. 13) имела обычный самолетный фюзеляж, а вместо крыльев —
Фиг. 13. Геликоптер Берлинера (1920 г.)
два поддерживающих двухлопастных винта, вращавшихся от мотора в противоположные стороны. Горизонтальное передвижение предполагалось осуществлять наклоном продольной оси аппарата с помощью небольшого винта на заднем конце фюзеляжа. Для сохранения же поперечной устойчивости должны были служить особые направляющие плоскости по бокам фюзеляжа; они, следовательно, должны были играть роль самолетных элеронов.
Геликоптер Берлинера хорошо взлетал, достигал высоты почти 4 м и развивал горизонтальную скорость около 30 км/час.
однако устойчивость машины оказалась неудовлетворительной-В Испании в 1919— 1922 гг. ряд интересных конструкций геликоптера построил Пескара. В его машинах предусматривалась возможность вертикального подъема, горизонтального полета, “висения” на месте и планирующего спуска в случае остановки мотора.
Геликоптер Пескара (фиг. 14) имел два четырехлопастных винта, вращавшихся в противоположные стороны, причем каж дая лопасть
Фиг. 14. Геликоптер Пескара (1922 г.)
винтов представляла собой как бы полукрыло самолета-биплана. Для управления машиной служил механизм типа автомата-перекоса. Изобретатель совершил на своей машине много коротких взлетов, высота которых достигала 2 м, а продолжительность — нескольких минут. О дальнейших работах Пескара почти ничего неизвестно.
Можно упомянуть еще о геликоптерах Эмишена, Ботезата, Перри, Моргулиса и др., построенных в послевоенные годы, но мы не будем на них останавливаться, так как для нашей темы они особого интереса не представляют. Некоторые из них были не менее удачны, чем описанные, и держались даже по б — 7 мин. в воздухе, но все же они не удовлетворяли, даже в скромной степени тем требованиям, которые, можно предъявлять к геликоптеру.
Каким же требованиям должен
удовлетворять геликоптер,
годный для практического применения как в
мирной жизни,
так и на войне?
- Совершенно очевидно, что геликоптер
должен:
1) взлетать вертикально (без разбега);
2) быть способным, в случае надобности, держаться неподвижно в воздухе — “висеть”;
3) обладать достаточной горизонтальной скоростью;
4) обладать хорошей устойчивостью и управляемостью;
5) совершать вертикальную посадку (без пробега) при работающем моторе;
6) обладать способностью к
вертикальной посадке и в случае
остановки мотора,
Перечисленные нами геликоптеры удовлетворяли только двум-трем из этих требований и при том лишь в самой ничтожной степени.
Во всяком случае в послевоенные годы (1918— 1923), к которым относится начало более интересно работ над геликоптерами, совершенствование последних шло, чрезвычайно медленно, несмотря на то, что в эти годы к услугам изобретателей был уже богатейший опыт авиационной науки и техники.
Медленный темп развития геликоптера можно объяснить только трудностями, которых было очень много на пути его практического осуществления. Горизонтальная скорость геликоптера, его устойчивость и управляемость, спуск и посадка в случае остановки мотора — это труднейшие проблемы, для успешного развития которых требовались большие знания, талант и упорство.
Трудности, встретившиеся при осуществлении идеи геликоптера, и явились, вероятно, одной из причин появления автожира — летательной машины, которая по своей конструкции и по своим летным качествам является наполовину геликоптером, наполовину самолетом.
Изобретение автожира и его быстрое совершенствование оказали, как читатель увидит, весьма благотворное влияние на развитие геликоптера. Те технические мысли и конструктивные приемы, которые легли в основу автожира, оказались весьма пригодными и для геликоптера. В результате этого за последние годы созданы такие конструкции геликоптеров, полетные данные которых убедительно говорят за то, что и проблема геликоптера современной авиатехникой в основном решена.
