Создатель автожира Хуан де ла Сьерва (1895-1936)
Шрифт:
Взлет автожира С-ЗОР с палубы "Дедала". 1934 г.
Учитывая результаты рекламы С-30, фирма АВРО запустила в серию 30 автожиров, которые должны были называться С-30А. Как только серия была начата, стали поступать заявки. Кроме английских заказчиков, интерес проявили Франция и Испания, а впоследствии Германия и Швеция. Общее число заявок составило около 80. Поэтому серию пришлось увеличить до 100.
Еще в 1926 г. в своем выступлении в Мадридском университете ла Сьерва говорил о возможности взлета автожира без разбега. Первый отрыв от земли за счет инерции вращающегося ротора был осуществлен ла Сьервой в августе 1933 г. Однако первый полет, начатый прыжком, был выполнен только через год. Все это время изобретатель напряженно
Для испытаний использовался С-30. На нем в июле 1934 г. была установлена втулка со специальными шарнирами. Внутренний шарнир с горизонтальной осью оставался без изменения. Внешний же, ось которого на прежних роторах была вертикальной, на этой втулке имел значительный наклон наружу. Этот шарнир, предназначенный для обеспечения взлета прыжком, был выполнен в виде детали, напоминающей колокол.
Схема изменения угла атаки при забегании и отставании лопасти при наличии наклонного вертикального шарнира
В докладе в Королевском авиационном обществе в Лондоне 15 марта 1935 г. ла Сьерва так охарактеризовал свою разработку: "Общий процесс развития техники автожира и относительное совершенствование ротора сделали возможным начиная с 1932 г. осуществление моего первоначального замысла непосредственного управления. Совершенствование последнего, в свою очередь, позволило думать начиная с конца того же года о реализации другой старой идеи. Если каким-либо образом уменьшить до нуля угол установки лопастей во время раскрутки ротора путем приложения крутящего момента, момент сопротивления значительно уменьшится, а подъемная сила исчезнет. Оба этих фактора позволят ротору достигнуть первоначальной угловой скорости значительно большей, чем при нормальном полете. Если в то же самое время отключить механический привод, угол установки лопастей увеличится до своих нормальных значений, возникнет подъемная сила и, когда она окажется больше веса аппарата, последний оторвется от земли с большим углом (не обязательно по вертикальной траектории), на мгновение зависнет и начнет снижение, как только угловая скорость ротора начнет уменьшаться. Но если тяга винта дала импульс достаточного значения для движения аппарата во время набора высоты, по крайней мере на минимальной скорости, он не упадет снова на землю, а продолжит полет, начатый прыжком. Этот процесс может быть улучшен, если вектор подъемной силы ротора наклонить немного вперед, чтобы с самого начала его горизонтальная составляющая способствовала поступательному движению.
Таким образом, думается, возможен взлет без разбега, что даст автожиру то качество, которое в другом случае могло казаться исключительной принадлежностью геликоптера или подобных ему аппаратов.
Имею честь впервые публично изложить результаты, которые уже достигнуты. Фактически я смог подняться без разбега уже в августе 1933 г., но, как обычно, второстепенные трудности не позволили отработать систему настолько, чтобы дать абсолютно убедительные результаты" [7, р. 260].
Деталь в форме колокола крепилась к лонжерону лопасти и могла поворачиваться на угол, ограниченный упорами. Когда стартер раскручивал ротор, лопасть под действием сил сопротивления отставала, задерживаясь на заднем упоре колокола, и принимала практически нулевой угол (или угол нулевой подъемной силы при несимметричном профиле). При отключении трансмиссии лопасть уходила вперед, устанавливалась на передний упор колокола и принимала нормальный установочный угол. В тот момент за счет повышенной скорости вращения и возникала дополнительная подъемная сила.
В процессе отработки этой схемы была проделана большая работа по синхронизации установки лопастей на нужный в момент прыжка угол. В этих целях были сняты фрикционные демпферы колебаний, которые служили защитой от земного резонанса. Однако, несмотря на принятые меры, во время испытаний существовала определенная тенденция к этому явлению. Одновременно ла Сьерва проводил большую работу по совершенствованию наклонного шарнира для обеспечения более мягкой работы ротора. И вот венцом всех этих усилий был полет, начатый прыжком. 28 октября 1934 г. летчик-испытатель компании ла Сьервы (вно-следствии один из ведущих английских летчиков-испытателей вертолетов) Алан Марш на доработанном автожире С-30 подпрыгнул на высоту 25 см и полетел.
Фундаментальный принцип автожира — использование ротора с положительным углом установки лопастей — привлекал внимание многих изобретателей. Патент ла Сьервы 1922 г. охватывал только шарнирный ротор, поскольку изобретатель считал, что без него невозможно построить винтокрылый аппарат для практического использования. Возможности создания других схем, дающих эффект, аналогичный шарнирному ротору, тогда он не допускал. Этим в дальнейшем воспользовались его соперники. Еще в 1927 г. аэродинамик Локк доказал адекватность махового движения лопасти и циклического изменения шага в полете с поступательной скоростью. На этом принципе американский инженер
11
Так назывались все остальные летательные аппараты на принципе автожира, когда автожир ла Сьервы был уже зарегистрированной маркой.
Другой американец, Джерард Херрик, работал несколько лет над "конвертопланом", т. е. аппаратом, который мог в полете превращаться из самолета в автожир. Идея состояла в том, чтобы верхнее крыло биплана могло служить как самолетное крыло и как двухлопастный ротор. Конвертоплан был построен в 1931 г., однако первое преобразование в полете удалось выполнить только в 1937 г.
В Англии Дэвид Кей запатентовал в январе 1927 г. систему изменения шага лопастей ротора. Лопасти сочленялись с втулкой при помощи так называемого зет-шпинделя. Дополнительный шарнир мог быть использован для наклона головки ротора с эффектом непосредственного управления. Кей представил свое изобретение ла Сьерве, но тот, ревниво оберегавший простоту ротора, отклонил предложение молодого конструктора. По системе Кея был построен одноместный жироплан с мотором "Побджой" мощностью 75 л. с. Взлетный вес составлял 386 кг. Четырехлопастный ротор диаметром 6,71 м имел сочленения на зет-шпинделях, управляя которыми пилот мог изменять общий шаг. Это управление конструктор намеревался использовать для взлета прыжком. Дополнительный шпиндель служил для наклона втулки ротора в поперечной плоскости, поскольку жироплан не имел ни крыльев, ни элеронов. Ротор не мог наклоняться в продольном направлении, и аппарат имел нормальный руль высоты и нормальный руль направления. Испытания начались в 1935 г. и продолжались около двух лет. Результаты их не были убедительными, и Кей не получил дальнейшей финансовой поддержки.
Одним из самых интересных конкурентов автожира был жироплан Хафнера. Рауль Хафнер занимался проблемами винтокрылого летательного аппарата в Австрии, но в 1933 г. был вынужден переехать в Англию. Там он поступил в автожирную школу в Хейворте и после непродолжительного обучения получил удостоверение пилота. Хафнер считал, что автожир является промежуточным этапом к геликоптеру, и поэтому решил отработать на нем управление циклическим и общим шагом. Получив финансовую помощь, он организовал свою фирму и построил жироплан AR-III. Это был маленький одноместный аппарат с трехлопастным ротором и двигателем "Побджой" мощностью 75 л. с. Вместо наклоняемой втулки он имел автомат перекоса своеобразной конструкции. Циклический шаг изменялся ручкой управления, а общий — отдельной ручкой. Управление общим шагом позволяло выполнять взлеты без разбега, используя инерцию лопастей, как и на автожире ла Сьервы, а управление циклическим шагом служило для продольного и поперечного управления. Это был первый случай использования автомата перекоса для управления ротором с шарнирным креплением лопастей. Такая схема нашла в дальнейшем широкое применение в вертолетостроении. Первый полет AR-III состоялся в сентябре 1935 г. Жироплан имел хорошую управляемость. Однако катастрофа прервала испытания.
Новый аппарат был построен и начал летать только в феврале 1937 г. Отсутствие достаточной финансовой поддержки вынудило прекратить испытания (4, vol. 4, р. 617].
Другой конкурент автожира — геликоптер пока еще слабо заявлял о себе. Тем не менее ФАИ, признавая, но официально не засчитывая достижения автожиров и жиропланов, фиксировала более чем скромные рекорды геликоптеров. 15 апреля 1924 г. геликоптер Эмишена пролетел 360 м, 17 апреля того же года — 736 м. 4 мая 1924 г. его аппарат впервые в истории создания геликоптера совершил полет по замкнутому маршруту в 1 км, а 14 сентября поднялся с 200-килограммовой полезной нагрузкой [4, vol. 6, р. 323]. В октябре 1930 г. геликоптер итальянца д’Асканио установил новые рекорды продолжительности полета — 8 мин 42,2 с, дальности по прямой — 1078 м, высоты — 18 м. Геликоптер имел два соосных двухлопастных несущих винта, вращающихся в противоположных направлениях, которые имели шарнирное сочленение лопастей (европейский патент ла Сьервы не распространялся на вертолеты).
В 1932 г. французы Луи Бреге и Рене Доран закончили постройку геликоптера, который назвали жиропланом. Он также имел два соосных несущих винта. Путевое управление достигалось дифференциальным изменением шага лопастей двух несущих винтов, а продольное и поперечное — посредством изменения циклического шага. Диаметр винтов был 16,4 м, общий вес достигал 1950 кг. Первоначально на геликоптере был установлен двигатель "Бугатти" мощностью 250 л. с., позднее он был заменен на "Испано-Сюизу" 350 л. с. Осенью 1936 г. аппарат уже поднимался в воздух на высоту 158 м и держался в воздухе более часа.