ПРЯМОЛИНЕЙНЫЙ ПОЛЕТ И ВИРАЖИ
Если летчик, поднявшись на некоторую высоту, немного сбавит обороты мотора, т. е. уничтожит избыток тяги, то автожир полетит горизонтально. Но автожир может лететь горизонтально и при избытке тяги, если летчик будет удерживать машину в режиме горизонтального полета с помощью руля высоты. Таким образом, изменяя число оборотов мотора, летчик может менять и скорость полета, причем, как уже указывалось раньше, диапазон скоростей автожира больше, чем самолета.
Напомним, что диапазоном скоростей называется отношение наибольшей скорости к наименьшей, при которой полет еще возможен. Если, например, самолет имеет наибольшую скорость 200 км/час, а наименьшая скорость, при которой он еще может
200 лететь 80 км /час, то диапазон его скоростей равен 2 1
/2Это значит, что летчик, изменяя обороты мотора и угол атаки крыльев, может лететь с любой скоростью в пределах от 80 до 200 км/час.
Диапазон скоростей автожира, как сказано, значительно больше, чем самолета, и у хороших автожиров не меньше 5. Следовательно, если наибольшая скорость автожира 200 км/час,
то наименьшая, с которой он еще может лететь горизонтально, будет всего около 40 км/час. Это значит, что летчик, изменяя обороты мотора и угол атаки ротора, может лететь с любой скоростью в пределах от 40 до 20
0 км/час.Диапазон скоростей имеет большое практическое значение. Чем больше диапазон скоростей, тем совершеннее летательная машина. Поэтому большой диапазон скоростей автожира — одно из главных его достоинств.
Фиг. 110. При увеличении угла атаки выше критического
подъемная сила крыльев самолета резко уменьшается, и он
начинает падать; самолет, как говорят, теряет скорость
Но почему же автожир может лететь на очень малой скорости, а самолет не может?
Дело в том, что полет на малой скорости возможен лишь при больших углах атаки. Но угол атаки крыла самолета нельзя сильно увеличивать, так как в противном случае быстро наступает момент, когда подъемная сила крыльев резко уменьшается и самолёт начинает падать (фиг. 110). Угол, больше которого нельзя увеличивать угол атаки крыла, называется критическим углом атаки и равен примерно 16°.
На угле атаки выше критического происходит резкое уменьшение подъемной силы крыла, и самолет теряет скорость.
Совсем иначе ведет себя автожир.
Дело в том, что подъемная сила ротора непрерывно и постепенно увеличивается при увеличении угла атаки до 40°. При дальнейшем увеличении угла атаки, т. е. за 40° подъемная сила ротора, хотя и начинает уменьшаться, но это уменьшение происходит не резко, как у крыла, а постепенно. Иными словами, у ротора нет критического угла атаки, следовательно автожиру не грозит внезапная потеря скорости.
На фиг. 111 показано, как ведет себя автожир в случае уменьшения скорости ниже допустимого предела. Если летчик увеличит угол атаки ротора (“задерет” машину, “взяв ручку на
себя”) настолько, что машина не сможет лететь горизонтально, то автожир не упадет, как это было бы в подобном случае с самолетом, т. е. не потеряет совсем скорости, а начнет парашютировать под большим углом к горизонту.
Итак, автожир может лететь на значительно меньшей скорости, чем самолет, и, главное, не подвержен потере скорости.
Теперь посмотрим, как летчик управляет автожиром в полете и как достигается устойчивость автожира.
Фиг. 111. При увеличении угла атаки ротора выше некоторого предела автожир не теряет скорость, а начинает парашютировать
В полете летчик управляет автожиром так же, как самолетом. Действуя элеронами и рулями, он, как и на самолете, не только управляет машиной, но и одновременно сохраняет ее устойчивость — продольную, поперечную и путевую.
Но как достигается на автожире автоматическая устойчивость, т. е. способность самой машины сохранять до некоторой степени устойчивость?
Продольная автоматическая устойчивость автожира, как и самолета, достигается отчасти при помощи стабилизатора, действие которого уже известно читателю. Кроме того, большое значение имеет правильная центровка автожира, т. е. правильное расположение его центра тяжести. Дело в том, что продольная устойчивость может быть достигнута лишь в том случае, если тяга ротора при различных режимах полета всегда будет проходить через центр тяжести или хотя бы вблизи него.
Но почему изменяется в полете направление силы тяги ротора?
Из предыдущей главы мы знаем, что в полете тюльпан ротора наклонен несколько назад; следовательно, несколько назад от оси ротора отклонена и сила тяги ротора. При увеличении скорости полета наклон тюльпана ротора назад увеличивается, т. е. увеличивается и наклон назад силы тяги ротора. Вот для того чтобы это отклонение силы тяги ротора на больших скоро-
стях не нарушало продольной устойчивости автожира, его балансируют так, что центр тяжести располагается немного впереди оси ротора (точнее: впереди направления оси ротора). В этом случае, как это видно из фиг. 112, тяга ротора Т, несмотря
Фиг. 112. На большой скорости полета сила тяги ротора вследствие его наклона назад отклонена тоже назад, но это не нарушает продольной устойчивости автожира, так как сила тяги проходит через центр тяжести
на наклон назад, будет проходить через центр тяжести. Этим и достигается продольная автоматическая устойчивость автожира. При значительном уменьшении скорости полета наклон тюльпана назад уменьшится и сила тяги ротора Т пройдет уже не через центр тяжести, а между ним и осью ротора (фиг. 113),
Фиг. 113. При уменьшении скорости полета автожир сам переходит на планирование
т. е. сзади центра тяжести. Нетрудно видеть, что вследствие этого создается вращающий момент, который заставит нос автожира опуститься. Иными словами, при уменьшении скорости
полета автожир сам перейдёт на планирование, т. е. и на малой скорости автожир будет обладать продольной устойчивостью. Поперечная автоматическая устойчивость автожира достигается, как мы знаем из предыдущей главы, во-первых, маховым движением лопастей ротора, а во-вторых, наклоном оси ротора в сторону, обратную лопасти, идущей вперед. Кроме того, сохранению поперечной устойчивости способствуют и несколько отогнутые вверх концы неподвижного крыла. Из фиг. 114 хорошо видно, что при крене автожира на конце опустившегося крыла возникает сила давления воздуха р, которая стремится вернуть машину в положение равновесия.
Фиг. 114. Если порыв ветра нарушит поперечное равновесие автожира, то на отогнутом конце опустившегося крыла возникает сила р, которая стремится вернуть машину в положение поперечного равновесия
Автоматическая устойчивость пути автожира достигается, как и у самолета, при помощи киля, причем относительные размеры киля автожира значительно больше, чем киля самолета. Это объясняется тем, что автожир допускает полет и на очень малых скоростях и, следовательно, для устойчивости пути на таких скоростях киль должен быть достаточно мощным.
В общем автожир является очень устойчивой машиной. Особенно интересно то, что так называемая “болтанка” (воздушная качка) сказывается на автожире значительно меньше, чем на самолете. Дело в том, что ротор автожира представляет собой, как мы знаем, нежесткую систему, и поэтому всякие внезапные нагрузки на него (порывы ветра, вертикальные воздушные толчки) погашаются (благодаря шарнирам) в самом
роторе и не доходят до фюзеляжа. Таким образом, летчик и пассажиры автожира почти не испытывают воздушной качки, которая порою бывает так утомительна на самолете.Ротор автожира вообще как бы приспособляется к обстановке и режиму полета. Так, например, скорость его вращения изменяется в зависимости от скорости и от высоты полета. На больших скоростях обороты ротора слегка увеличиваются (вследствие увеличения воздушного давления), на малых уменьшаются. С подъемом на высоту скорость вращения ротора увеличивается вследствие большой разреженности воздуха, т. е. вследствие уменьшения лобового сопротивления.
Виражи на автожире (повороты) выполняются в общем так же, как на самолете. Виражи делаются с креном в сторону поворота. Таким образом, ввод машины в вираж и вывод из него производится одновременным отклонением руля поворотов и элеронов: при правом вираже летчик одновременно (точнее: почти одновременно) “дает правую ногу и ручку вправо”, при левом — “левую ногу и ручку влево”. Практика показывает, что на виражах ротор очень послушно следует за фюзеляжем и совершенно, не затрудняет управления автожиром. Ротор оказывает поворотам машины даже меньшее сопротивление, чем крылья самолета, хотя на первый взгляд представляется, что должно было бы происходить обратное;
казалось бы, что вращающийся ротор, стремясь сохранить плоскость своего вращения, должен был бы оказывать поворотам фюзеляжа сопротивление, т. е. затруднять управление. На самом же деле этого нет.Почему?
Для того чтобы сделать вираж на самолете, приходится преодолевать значительную инерцию крыльев, особенно если они имеют большой размах. Инерция же ротора, несмотря на вращение, значительно меньше по той простой причине, что ротор не представляет собой жесткой системы. При поворотах автожира плоскость вращения ротора изменяется очень плавно благодаря шарнирному креплению лопастей. На вираже, т. е. при наклоне . оси ротора шарниры плавно поворачиваются вместе с втулкой и заставляют повернуться также и лопасти. Таким образом, при изменении наклона оси ротора изменяются и углы атаки лопастей, вследствие чего лопасти начинают вращаться в другой плоскости, соответствующей новому наклону оси ротора.
Итак, на виражах ротор мягко следует за фюзеляжем, причем заметного отставания не получается.
Скорость вращения ротора на виражах несколько меняется. При плавном вводе машины в вираж ротор под действием воздушных перегрузок, т. е. под действием временного увеличения давления воздуха на лопасти, несколько ускоряет свое вращение. Но после выхода машины из виража обороты ротора уменьшаются до нормальных.
На автожире можно делать и более сложные фигуры в воздухе, чем виражи, например петли (первая петля на автожире была сделана в США в 1931 г.). Но вообще говоря, автожир не рассчитан на фигуры. Кроме того, не совсем правильное выполнение петли или какой-либо другой фигуры может повести к складыванию и поломке лопастей. Поэтому, как правило, высший пилотаж на автожире не практикуется.
