Глава IV
ПРОСТЕЙШАЯ ТЕОРИЯ АВТОЖИРА
ДИСК РОТОРА КАК НЕСУЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ
В главе II мы познакомились с аэродинамическими основами автожира, в частности с особенностями возникновения подъемной силы при движении лопастей ротора.
В данной главе мы продолжим рассмотрение движения лопастей ротора, но предварительно рассмотрим, что представляет собой ротор как несущая поверхность.
В конструкции любого автожира обращает на себя внимание площадь лопастей ротора; эта площадь на первый взгляд представляется слишком малой для той подъемной силы, которую должен развить ротор. Площадь эта кажется особенно недостаточной по сравнению с крыльями самолета. Ведь ротор автожира, подобно крыльям самолета, “несет” всю машину, т. е. поддерживает в воздухе тяжесть в несколько сот килограммов. Почему же, спрашивается, для этого достаточно небольших по площади лопастей ротора?
Пусть, например, площадь крыльев самолета весом в 1200кг равна 40 м
2, а площадь всех лопастей ротора автожира такого же веса, как и самолет, равна только 10 м2 (эти цифры близки к средним в действительности). Отсюда следует как будто, что у самолета нагрузка на 1 м2 равна 1200 : 40 = 30 кг, а у автожира 1200 : 10 = 120 кг. На самом же деле картина совсем иная. И мы сейчас увидим, что нагрузка на 1 м2 у автожира, наоборот, много меньше, чем у самолета.Из главы II мы знаем, что подъемная сила крыла (сила поддержания) есть часть силы давления или сопротивления воздуха, возникающей при движении крыла. Следовательно, для того чтобы определить действительную величину подъемной силы или силы поддержания ротора, необходимо прежде всего выяснить встречаемое им сопротивление воздуха.
Пусть мы имеем модель ротора, насаженного на горизонтальную ось (фиг. 94). Закрепим ось таким образом, чтобы ротор не мог вращаться, и поместим модель в аэродинамическую трубу поперек воздушного потока (фиг. 94, слева). Наш неподвижный ротор будет, разумеется, встречать некоторое сопротивление воздуха. Измерив это сопротивление с помощью аэродинамических весов, запишем результат опыта.
Теперь отпустим тормоз нашего маленького ротора и, следовательно, позволим ему свободно вращаться под действием воздушного потока (фиг. 94, справа). Естественно, что и вращающийся ротор будет испытывать какое-то сопротивление воздуха. Измерив его, запишем результат и этого опыта.
Фиг. 94. Сопротивление вращающегося ротора в 10 раз больше сопротивления ротора неподвижного
Сделаем, наконец, и третий опыт. Поместим в трубу опять перпендикулярно к потоку круглую пластинку, т. е. диск, диаметр которого равен диаметру ротора нашей модели. Измерив сопротивление диска, запишем результат.
Если сравнить теперь результаты всех трех опытов, то окажется, что сопротивление вращающегося ротора в 8 — 10 раз больше сопротивления неподвижного ротора и равно сопротивлению диска (фактически даже немного больше его). Вот это интересное аэродинамическое явление и объясняет свойства ротора как несущей поверхности.
Учитывая, что подъемная сила есть составляющая силы полного сопротивления воздуха, легко понять, что подъемная сила вращающегося ротора будет в 8 — 10 раз больше, чем в том случае, если бы лопасти ротора работали как неподвижные крылья. Иными словами, ротор автожира в полете по площади как бы равносилен огромному круглому крылу, диаметр которого равен диаметру ротора.
Таким образом, за несущую поверхность автожира принимается не просто площадь лопастей ротора, а вся ометаемая ротором поверхность или диск ротора (фиг. 95). Следовательно, автожир по сравнению с самолетом равного веса имеет по существу значительно большую несущую поверхность. Другими словами, нагрузка на 1 м
2 у автожира не только не больше, чем у самолета, а наоборот, много меньше. Ометаемая ротором площадь у большинства рассмотренных нами автожиров достигает 100 — 120 мг при полном весе машины в 1000 — 1200 кг, и нагрузка на 1 м2 сметаемой ротором площади составляет, следовательно, всего лишь 1000 : 100 = 10 кг (в среднем).
Фиг. 95. Несущей поверхностью автожира является
не просто площадь лопастей ротора, а вся ометаемая
ротором поверхность, т. е. диск ротора
