Создатель автожира Хуан де ла Сьерва (1895-1936)

Катышев Геннадий Иванович

Орнитоптер — это летательная машина тяжелее воздуха, которая получает подъемную силу за счет машущих крыльев. В течение всей своей истории человек хотел уподобиться птице и подняться в небо, но никто этого сделать не сумел, если не считать героев легенды Дедала и Икара. Идея же геликоптера основана на получении подъемной силы за счет вращения винта на вертикальной оси, приводимого в движение двигателем. Многие развивали эту идею, но до практической машины было еще далеко. Первый геликоптер, который поднялся в воздух с человеком на борту, был построен братьями Бреге и профессором Рише. Это произошло 29 сентября 1907 г. в Дуа. Подъем, однако, был условным: четыре человека с шестами поддерживали устойчивость машины. Первый же «свободный» подъем осуществил Поль Корню, который 13 ноября того же года поднялся на своей двухроторной машине на несколько метров без какой-либо поддержки с земли. После первой мировой войны

работы в области геликоптеров велись почти во всех промышленно развитых странах. Здесь можно назвать имена Пескары (Испания), Ботезата и Бликера (США), Баумхауэра (Голландия), д’Асканио (Италия), Эмишена и Бреге (Франция), Фокке и Флеттнера (Германия). Результаты первых работ по геликоптерам в одной стране, как правило, были мало известны в других странах, и часто развитие новых идей в этой области шло параллельно и независимо друг от друга.

В России был также выполнен ряд интересных проектов. Еще в начале 1907 г. военный инженер К. А. Антонов начал разработку проекта геликоптера, который был построен три года спустя. Два винтовых колеса — несущие винты — состояли из отдельных алюминиевых треугольных пластин — лопастей. Лопасти могли поворачиваться вокруг продольных осей. Небольшой винт по замыслу автора должен был создавать горизонтальную тягу. На аппарате стоял 35-сильный двигатель. Испытания положительных результатов не дали.

Геликоптер, построенный в 1909 г. студентом Киевского политехнического института И. И. Сикорским, имел два соосных двухлопастных винта, которые приводились в движение двигателем мощностью 25 л. с. (двигатель был сильно изношен). К весне 1910 г. Сикорский построил второй геликоптер. Он имел два трехлопастных винта и новый двигатель мощностью 25 л. с. Аппарат весил 180 кг. Конструктор не довел своей работы до конца, направив в то время усилия на создание самолетов.

В 1911 г. студент Московского технического училища (впоследствии академик) Б. Н. Юрьев разработал проект оригинального геликоптера. В средней его части размещался двигатель «Гном» мощностью 70 л. с. Машина имела несущий и рулевой винты. Для обеспечения управляемости геликоптера в полете был предусмотрен автомат перекоса, который позволял менять направление тяги несущего винта, а следовательно, и направление полета. В конце 1911 г. Юрьев разработал второй вариант (построен он был только в начале 1912 г.) — одновинтовой геликоптер, у которого диаметр двухлопастного несущего винта составлял 8 м. Реактивный момент несущего винта компенсировался с помощью рулевого винта, установленного в конце хвостовой фермы. Оба винта приводились во вращение двигателем мощностью 32 л. с. через трансмиссию. Весной 1911 г. этот геликоптер демонстрировался на Второй Международной воздухоплавательной выставке в Москве. Конструктору была присуждена золотая медаль за разработку принципиально новых конструктивных элементов геликоптера. Этот аппарат по ряду причин не смог подняться в воздух, но его схема и автомат перекоса дают полное право считать его прародителем современных вертолетов [3, с. 207].

В начале 20-х годов геликоптеры поднимались на высоту нескольких метров и совершали полеты на расстояние в несколько сот метров (мировой рекорд дальности полета по прямой геликоптера Эмишена 17 апреля 1924 г. составлял 736 м [4, vol. 6, р. 323]). Причинами такого медленного улучшения летных характеристик были сильные вибрации, плохая управляемость и устойчивость и невозможность планирования при остановке двигателя. Конструкторы настойчиво искали пути разрешения проблем, работали над устранением этих недостатков, но ничего революционного, принципиально нового пока никто предложить не мог.

Наряду с попытками создания нормального летающего геликоптера велась научно-исследовательская работа, в том числе в аэродинамических институтах, среди которых Николай Егорович Жуковский в 1910 г. отмечал три первых по значению: Римский, Институт Цама в США и Аэродинамический институт в Кучине [5, с. 123], созданный в 1904 г. и являвшийся первым в России учреждением такого рода. Создание этого института и начальный период его деятельности связаны с именем Н. Е. Жуковского. Научные результаты, полученные в Кучинском институте и опубликованные в его «Бюллетенях», получили положительную оценку не только в России, но благодаря их изданию на французском языке и за границей [4] .

4

Bulletin de l’lnstitut Aerodinamique de Koutchino. Moscou, 1906, N 1 (l^er ed.); 1909, N 2; 1909, N 3; 1912, N 4; 1914, N 5.

Теперь мы сделаем небольшое отступление, которое может иметь прямое отношение к изобретению де ла

Сьервы. Вот что пишет основатель и директор Кучинского института Д. П. Рябушинский в брошюре, посвященной десятилетию института: «Главные результаты, которые я получил в Аэродинамическом институте, состоят в следующем: я систематически исследовал гребные винты и нашел общие законы функционирования этого замечательного механизма. В этих исследованиях я не ограничился изучением области пропеллеров, но захватил также область ветряных мельниц и область, в которой винты бросают жидкость по направлению движения, — это дало мне возможность получить очень полную картину явления. Добытые результаты я выразил при помощи нескольких простых формул, которые в настоящее время используются на практике. Мною были указаны основания вихревой теории винта и графический метод, в котором по осям координат непосредственно отлагаются отношения нулевого размера. Я изучил также опытно и теоретически винты, гребущие на месте и при боковом ветре; нашел и объяснил несколько любопытных явлений, имеющих большой теоретический интерес, как самовра-щение (курсив мой. — Г. К.) тонких пластинок» [6, с. 5].

Будем снисходительны к стилю изложения автора и персонализации им всех институтских работ. Отметим только, что результаты исследования воздушных винтов и самовращения симметричной пластинки были опубликованы в 1909 г. в «Бюллетене» Кучинского института на французском языке. Учитывая тот факт, что ла Сьерва хорошо знал французский язык и в то время читал об авиации все, что могло попасть в его руки, не так уж невероятно, что он мог ознакомиться с «Бюллетенем». В этом случае зерно могло упасть на давно подготовленную почву, искра могла вызвать огонь мысли.

После анализа уже накопленного человечеством опыта по изучению проблем орнитоптера и геликоптера ла Сьерва посчитал их довольно сложными в механическом и аэродинамическом планах. Он пришел к выводу, что проблему безопасности в значительной степени можно решить, если удастся создать систему крыльев, которые двигались бы относительно аппарата, будучи с ним конструктивно связанными, и, кроме того, поддерживали бы это относительное движение без необходимости применять двигатель. По утверждению некоторых биографов ла Сьервы, и в частности Хосе Варлеты, первоначальная идея исходила от детской игрушки — так называемой «китайской вертушки». Наблюдая плавные снижения «вертушки», ла Сьерва пришел к мысли, что существуют режимы, на которых винт может самовращаться (авторотировать) [7].

На практике же проблема состояла в том, чтобы результирующая подъемной силы каждого крыла задуманной системы одновременно побуждала бы его к движению относительно аппарата. Ла Сьерва изучил различные варианты и остановил свой выбор на системе крыльев, которые вращались бы вокруг почти вертикальной оси. Он назвал ее ротором. Ротор был предназначен для выполнения тех же функций, что и несущий винт вертолета, но в отличие от последнего ротор аппарата не приводился в движение двигателем, он свободно вращался под действием набегающего потока воздуха — авторотировал. Для поддержания авторотации необходимо, чтобы набегающий поток подходил к диску с некоторой составляющей, направленной кверху, т. е. диск всегда должен иметь положительный угол атаки по отношению к набегающему потоку. Для поступательного движения аппарат должен иметь двигатель с тянущим (или толкающим) винтом, как у обычного самолета. В набегающем потоке ротор способен поддерживать режим авторотации на углах атаки до 90°, т. е. при вертикальном снижении аппарата.

Конструктор геликоптеров Пескара [5] за несколько лет до этого запатентовал самовращающийся ротор, но с отрицательным шагом лопастей, т. е. как у обычной ветряной мельницы. Особенность открытия ла Сьервы состояла в том, что ротор с положительным углом установки лопастей в несколько градусов, будучи раскрученным, при поступательном движении аппарата продолжал вращаться в набегающем потоке и создавал подъемную силу. Набегающий поток побуждал ротор к вращению, но при этом в отличие от ветряной мельницы ротор вращался в другом направлении. Эффект авторотации ла Сьерва открыл, когда ему было 25 лет. Он сразу же его запатентовал и приложил максимум усилий, чтобы использовать этот эффект на практике.

5

Итальянец Рауль Патерас Пескара Аусон (1886–1966) в начале 20-х годов работал в Барселоне над созданием геликоптера. Проблемами использования самовращающегося ротора с отрицательным шагом лопастей применительно к вертолету на случай аварийной ситуации еще ранее занимался соотечественник Пескары Крокко [4, vol. 6, р. 644–647; vol. 2, р. 1311–1314].