Наука, техника, изобретения

Техника

наука

История авиации

оглавление

Винтокрылые летательные аппараты

От игрушки к вертолету

Сегодня нашу жизнь трудно представить без вертолетов. Какую только работу они ни выполняют: перевозят грузы и людей, помогают сотрудникам скорой медицинской, поисковой и спасательной служб. Без винтокрылой техники не обходится контроль состояния линий электропередач, трубопроводов, развитие и обслуживание газовых и нефтяных месторождений, деятельность правоохранительных органов. И нет ни одного рода войск, где бы ни применялись вертолеты. Свою необходимость они показали во время вьетнамской, афганской и чеченской войн, операции в Персидском заливе.

Вертолеты широко применяются в сельскохозяйственных работах (для внесения удобрений и борьбы с вредителями), для перевозки людей и почты в районах, не имеющих транспортного сообщения.

Винтокрылые машины имеют ряд достоинств, благодаря которым стало возможным их столь широкое применение. Остановимся на самых важных из них.

Отличаясь от другой летной техники возможностью вертикального взлета и посадки, вертолет пригоден к применению в условиях сложного рельефа местности, где нет аэродромов со взлетно-посадочными полосами для самолетов. Аэродромом для винтокрылой машины могут быть небольшие лесные поляны, речные отмели, террасы в горах, палубы судов и даже крыши домов, специально для этого оборудованные.

Способность вертолета совершать полет, в котором как горизонтальная, так и вертикальная скорости относительно земли равны нулю (зависание), в сочетании с возможностью забирать или высаживать пассажиров не приземляясь дает этой машине дополнительные преимущества перед самолетом.

Известно, что самолет не может летать со скоростью меньше некоторой минимальной, определяемой типом самолета. Слишком малая скорость грозит потерей подъемной силы и управляемости летательного аппарата и, как следствие, катастрофой, если полет совершается на малой высоте. Вертолет же может летать с любой скоростью, начиная от нулевой и кончая заданной максимальной.

Свыше пятидесяти лет жужжат стальные стрекозы в небе почти всех стран мира. Но мало кто помнит, что идея полета на винтокрылой машине вертикального взлета возникла у людей более пятисот лет назад. Первые вертолеты-игрушки появились в XIV в. и раскручивались с помощью вытяжного шнура. Такая игрушка изображена на одной из страниц Флемишского манускрипта, датированного 1325 г.

По другим данным, более двух с половиной тысяч лет тому назад китайцы придумали летающую вертушку в виде палочки, к верхнему концу которой прикреплен воздушный винт. Палочку раскручивали в ладонях и отпускали (почти такими же вертушками играют современные дети).

А вот первые документальные сведения о том, что можно осуществлять вертикальный полет с помощью вращающихся плоскостей, обнаружены в рукописях гения эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. В 1475 г. он сделал наброски конструкции винтокрылой машины. Это был проект вертолета (геликоптера) со спиральным ротором из накрахмаленного (для прочности) льняного полотна.

Проект летательного аппарата — эскиз Леонардо да Винчи

По мысли изобретателя «воздушный винт» — вращающееся геликоидальное крыло — должен вкручивать аппарат в воздух в вертикальном положении. (И здесь можно простить великого Леонардо, так как он тогда ничего не знал о подъемных свойствах аэродинамических поверхностей, будучи увлечен концепцией машущих крыльев (т. е. орнитоптера) как средства горизонтального полета.) Двигателем этого вертолета должен быть... сам пилот: обмотанную вокруг мачты веревку следует рвануть, чтобы она привела в движение ротор, как у тех самых игрушек, о которых мы упоминали выше.

Кстати, Леонардо да Винчи был первым, кто употребил слово «геликоптер» (от греческого helix — «спираль» и pteron — «крыло»).

Более двух столетий многочисленные конструкторы пытались развить идею летательного аппарата. Существенную лепту в историю вертолетостроения внес наш ученый и изобретатель Михаиле Васильевич Ломоносов. В 1754 г. им была построена и запущена заводная модель вертолета с двумя несущими винтами, каждый из которых вращался в противоположные стороны. Этот принцип сегодня используют многие конструкторы новых летательных машин. Предполагается, что изобретение Ломоносова и было первой самодвижущейся моделью вертолета. Аналогичную машину построил в 1816 г. Якоб Деген.

В 1784 г. во Франции была продемонстрирована самодвижущаяся модель вертолета, созданная изобретателями Лонуа и Бьенвеню. Она представляла собой палку, к обоим концам которой крепились два двухлопастных воздушных винта. В действие вертолет приводился с помощью лучкового приспособления: шнур раскручивался, и воздушные винты начинали вращаться в противоположных направлениях.

Оригинальный рисунок модели вертолета Лонуа и Бьенвеню

Затем создавалось еще много разнообразных моделей. Например, в 1842 г. англичанин У. Г. Филиппе придумал вертолет, у которого использовался реактивный принцип вращения несущего винта: из концов лопастей вырывался находившийся под давлением пар, который и вращал ротор. А в следующем году другой англичанин — сэр Джордж Кейли — задумал летательный аппарат, способный выполнять вертикальный полет с помощью несущих винтов и горизонтальный — с помощью крыльев, создающих подъемную силу. Его «воздушный экипаж» имел четыре круглых крыла, попарно соединенных и вынесенных на кронштейнах в стороны от лодкообразного фюзеляжа с колесным шасси. Но это все были лишь модели.

Вообще в XIX в. многие работали над конструкцией вертолета. Появилось большое число различных проектов. В связи с этим стоит упомянуть такие имена, как Кэйли, д'Амекур, Пено, Форланини.

В 1905 г. француз М. Леже создал вертолет с двумя противоположно вращающимися винтами, приводимыми в движение электродвигателем. Этот аппарат мог на некоторое время отрываться от земли.

Среди пионеров вертолетостроения был и поляк — Чеслав Таньский, построивший в 1907 г. модель вертолета с двумя соосными винтами, которые приводились в движение руками.

1907 г. стал годом первого настоящего свободного полета человека на вертолете. Осуществил его француз Поль Корно вблизи Лизье. Он поднялся в воздух на двухвинтовой машине с 24-сильным двигателем «Антуанетт».

Поль Корно на своем двухвинтовом вертолете постройки 1907 г.

Исторический полет длился всего 20 сек. на высоте 0,3 м. До него в этом же году другая французская машина фирмы «Бреге-Рише» подняла в воздух человека. Но назвать этот подъем свободным полетом нельзя, так как на земле обеспечивали устойчивость летательного аппарата при помощи длинных деревянных жердей четыре человека. Это, естественно, не способствовало созданию подъемной силы. В движение многолопастные винты приводились мотором «Антуанетт» мощностью 50 л. с.

Всяким летательным аппаратом нужно управлять, чтобы можно было двигаться в заданном направлении. Вышеназванные вертолеты этим качеством не отличались. Потому поиски конструкторской мысли продолжались. Появилась идея создания вертолета с циклическим шагом винта. Первым такую идею высказал в 1906 г. итальянец Дж. А. Крокко. А воплотил ее в жизнь в 1912 г. датчанин Якоб Эллехаммер. Он продемонстрировал полет на такой машине, которая была снабжена радиальным двигателем мощностью 36 л. с., приводившим в действие вращающиеся в противоположных направлениях винты диаметром 7,5 м.

Вертолет Я. Эллехаммера

Попытки покорить воздушную среду при помощи винтокрылых летательных аппаратов осуществляются в различных странах мира. Делалось это как на оригинальных, так и на не очень удачных конструкциях. Проводились эксперименты с материалами, из которых изготавливались несущие винты (скажем, они делались из шелка и бамбука, вытачивались из вяза), испытывались различные двигатели, коробки передач, каркасы фюзеляжей, рули высоты и направления.

Полеты совершались с пассажирами и без оных. Например, в Будапеште был построен первый вертолет «PKZ-1». Авторы проекта — доктор-инженер Теодор фон Карман и Вильгельм Журовец. В основе конструкции — построенный ранее в натуральную величину летательный аппарат Стефана фон Петрочи. Историки утверждают, что в общей сложности на нем совершено четыре полета, причем во время трех из них на борту были три пассажира.

Вертолет использовался уже в годы Первой мировой войны. Это была машина подполковника воздухоплавательного корпуса австрийской армии Стефана фон Петрочи, о котором говорилось выше. Его аппарат представлял собой большую пилотируемую машину с тремя кронштейнами и цилиндрической кабиной в центре для пилота-наблюдателя и стрелка. На каждом кронштейне были установлены 120-сильные моторы «Ле Рон». Они заставляли вращаться по паре раскручивающихся в противоположных направлениях винтов, которые располагались под кабиной и достигали 6 м в диаметре.

Австрийский военный летательный аппарат поднимали и опускали с помощью лебедки и привязывали к земле как аэростат наблюдения. Вертолет снабжался аварийным парашютом на случай, если скорость вращения винтов падала до опасного уровня. Когда геликоптер испытывали, он пробыл в воздухе около часа и показал себя довольно устойчиво при скорости ветра 33 км/ч.

А вот французы Папен и Руйя свой вертолет испытывали на водной глади. Их машина отличалась необычной компоновкой 80-сильного мотора «Ле Рон». Двигатель приводил в действие вентилятор. Воздушный поток, выходя из отверстия в единственной полой лопасти несущего винта, заставлял ее вращаться. Остаточный воздух, по замыслу изобретателей, должен был обеспечить путевое управление. В 1915 г. во время испытаний, проводившихся на озере Серсей, вертолет оказался неустойчивым и затонул.

С 1921 по 1925 г. Роберт Грэхем совершил около 70 свободных полетов на первом английском вертолете, построенном в натуральную величину Луисом Бреннаром. Винтокрылая машина имела большой двухлопастный несущий винт, приводившийся в действие установленными на его концах четырех-лопастными пропеллерами, работавшими от общего двигателя. Максимальная высота, которую могла достичь эта машина, составляла 3 м.

В ноябре 1922 г. во Франции был осуществлен первый полет многовинтового вертолета «Омишан № 2», а спустя два года на нем же Этьен Омишан установил первый вертолетный рекорд скорости. Но, в сравнении с другими летательными винтокрылыми аппаратами, эта машина была огромной и непрактичной. Представьте себе крестообразную конструкцию, на концах которой стоят примитивные несущие винты и восемь пропеллеров, обеспечивающих путевое управление. В качестве силовой установки на ней использовался двигатель «Гном» мощностью 180 л. с.

Первый мировой рекорд дальности полетов для вертолетов был установлен уже в апреле 1924 г. аргентинцем маркизом де Патерас Пескара. На своем аппарате № 3 с двигателем «Испано-Сюиза» мощностью 180 л. с., приводившим в действие соосные винты, вращавшиеся в противоположных направлениях (при этом каждый несущий винт имел четыре двойные лопасти, шаг которых регулировался с помощью перекоса, что позволяло управлять ими), аргентинец пролетел над аэродромом Иссиле-Мулино (Франция) 736 м! И уже в конце этого же года был совершен первый в мире перелет на винтокрылом летательном аппарате с одного аэродрома на другой испанцем Хуаном де ла Сьерва. Расстояние, разделявшее аэродром Куатро Вьентос и Гетафе, составляло 12 км. Пилот преодолел его на своем вертолете «Аутожиро» за 8 мин. 12 сек.

В 30-е гг. мировое лидерство в вертолетостроении начала занимать Германия. На вертолете «FW-61» (создатель — профессор Генрих Фокке), построенном в 1933—1934 гг., были установлены новые мировые рекорды. Машина достигла высоты 2439 м, скорости 123 км/ч и дальности полета 109 км. Таким образом, в 1937 г. была создана первая надежная конструкция вертолета.

Уже в конце 30-х гг. началось мелкосерийное производство вертолетов. И это, как ни странно, не был «FW-61», так как конструктивно он оказался чересчур тяжел и не мог нести дополнительной полезной нагрузки. Немецкие конструкторы создали «Фокке-Ахгелис Fa-223». В 1939 г. появилась модификация «Fa-266 Хорнис» — прототипа шестиместного гражданского транспортного вертолета. «Fa-266» совершил свободный полет в августе 1940 г., после чего получил новое обозначение — «Фокке-Ахгелис Fa-223 Драхе» — и вместе с этим превратился в военный вертолет. Эти вертолеты использовались в качестве транспортных средств 40-й воздушно-транспортной эскадрильи.

Военный вертолет «Фокке-Ахгелис Fa-223 Драхе»

Во время Второй мировой войны работы над вертолетами проводились в основном в Советском Союзе (Братухин, Камов, Миль) и Соединенных Штатах (Пясецкий, Сикорский).