Создатель автожира Хуан де ла Сьерва (1895-1936)

Катышев Геннадий Иванович

18 апреля 1922 г. ла Сьерва подал заявку на патент "Шарнирное соединение, обеспечивающее маховое движение лопастей в вертикальной плоскости". Патент "Улучшение аэропланов с вращающимися крыльями" № 81406 был выдан 15 ноября того же года. Теперь шарнирное сочленение позволяло лопасти при вращении образовывать конус, определяемый равновесием аэродинамических и центробежных сил. Маховое движение демпфировалось аэродинамически. Лопасть, которая поднималась, автоматически уменьшала угол атаки и, следовательно, подъемную силу, что заставляло ее уменьшить скорость взмаха и затем опуститься и, наоборот, при опускании лопасти угол атаки увеличивался.

На первых автожирах с горизонтальными шарнирами ла Сьерва использовал для подвески лопастей резиновые шнуры, которые даже при остановленном роторе держали лопасть почти горизонтально. В движении же

центробежная сила примерно в 10 раз больше, чем подъемная, и лопастям подвеска не нужна. Необходимость в подвеске появляется в состоянии покоя или на малых оборотах ротора, когда подъемная сила еще недостаточна.

Патент содержал и другой пункт: лонжерон лопасти вблизи корневой части был отогнут вниз и таким образом шарниры оказывались ниже центра тяжести лопасти. Конструктор полагал, что во время полета лопасти будут занимать почти горизонтальное положение. Такая форма лонжерона лопасти использовалась только на С-4 (о котором речь пойдет ниже).

Хуан де ла Сьерва считал, что с вводом шарнирного ротора он получил шесть преимуществ: 1) сцентрированную аэродинамическую результирующую; 2) присущую аппарату устойчивость, так как результирующая подъемной силы всегда приложена к точке, расположенной выше центра тяжести [10] ; 3) возможность использования оптимальных профилей, которые нельзя применить на "компенсированном" роторе;

4) устранение изгибающих моментов оси ротора;

5) устранение гироскопического эффекта; 6) легкость и простоту конструкции.

10

В дальнейшем при исследовании проблем винтокрылых аппаратов была установлена иная физическая картина устойчивости. Точка приложения подъемной силы не является жестко закрепленной и перемещается вместе с автожиром. При случайном отклонении центра тяжести автожир не вернется в прежнее положение, а начнет двигаться в сторону, противоположную отклонению, и будет так "скользить", пока демпфирующие силы, если таковые имеются, не остановят это движение. Аппарат будет иметь устойчивость, если демпфирующие силы будут больше возмущающих.

С-4 и первые полеты

Первый автожир с лопастями на шарнирах С-4 имел также и другое новшество: ось ротора по желанию пилота могла отклоняться влево и вправо. Как мы уже знаем, для управления в поперечной плоскости С-1 располагал одним-единственным элероном над роторами. На С-3 было приспособление для общего одновременного закручивания лопастей, а на С-2 — дифференциальный руль высоты. Теперь же было применено поперечное управление посредством ротора.

Для постройки С-4 ла Сьерва использовал фюзеляж С-3, но при этом значительно его модифицировал. Установил двигатель "Рон" мощностью 80 л. с. На автожире использовался четырехлопастный ротор. Лопасти имели по одному трубчатому лонжерону и деревянные нервюры.

Испытания начались в июне 1922 г. Первые рулежки и пробежки выполнил Гомес Спенсер, но вскоре он был отозван в действующую армию, и испытания продолжил Хосе Мария Эспиноса. Испытания опять не дали ожидаемого результата: летчик не мог отклонить ось ротора — потребное усилие превышало человеческие возможности. Нужно было возвращаться к самолетной схеме управления. Ла Сьерва понимал, что это шаг назад, но в тот момент надо было в первую очередь доказать действенность принципа автожира на практике, а потом уже последовательно вести отработку наиболее оптимальной схемы управления. Управление посредством ротора было упразднено и на С-4 поставили поперечную балку с элеронами. К тому времени вернулся Гомес Спенсер, который и продолжил испытания.

Автожир С-4. Первый автожир с шарнирным ротором (вариант с наклоняемой втулкой). 1922 г.

Автожир С-4 (вариант с элеронами на балке). 1922 г.

В январе 1923 г. наконец были совершены первые успешные полеты. В литературе по истории автожира по-разному даются

даты первых полетов, и, чтобы дать точную картину, приведем выдержки из послания ла Сьервы Королевской академии наук, датированного 15 февраля 1923 г.: "Этот аппарат, испытанный в июне 1922 г., продемонстрировал с самого начала присущую ему автоматическую центровку и был уже готов летать, но произошла поломка, заставившая приостановить испытания, которые затем из-за отсутствия пилота и по другим причинам не могли быть возобновлены до января текущего года. В настоящее время аппарат снабжен двумя маленькими элеронами, т. е. небольшими крылышками для поперечного управления. Пилотируемый господином Гомес Спенсером автожир впервые взлетел 10-го числа. После компенсации реактивного момента мотора 17 числа выполнил несколько полетов по прямой на высоте двух метров, подтвердив при этом все расчетные данные, за исключением посадки, которую он осуществил по-самолетному. 20 числа из-за дефекта в системе управления мотором, который не дал возможности пилоту выключить его при посадке, аппарат поднялся на высоту 8 м, что при потери скорости грозило бы катастрофой, будь то аэроплан. Пилот, вспомнив о теоретическом свойстве аппарата быть нечувствительным к потере скорости и его способности совершать посадку вертикально, сделал нужный маневр, аппарат медленно опустился и сел почти без скорости, подтвердив окончательно все свои теоретические свойства.

Первый полет автожира С-4. Январь 1923 г.

25-го числа были проведены официальные испытания, а 31-го выполнен полет длительностью в три с половиной минуты по замкнутому четырехкилометровому маршруту на высоте более 25 м, о чем свидетельствует сертификат, копию которого прилагаю" [7, р. 45].

Так, 10 января 1923 г. Гомес Спенсер впервые взлетел на С-4. Подлет был непродолжительном. Автожир накренился влево и упал.

Алехандро Гомес Спенсер — первый в мире пилот, совершивший полет по кругуна винтокрылом аппарате 31 января 1923 г.

Причиной этого был реактивный момент от тянущего винта. Его устранили смещением оси ротора в сторону. А 17 января Гомес Спенсер выполнил первый полет по прямой на высоте 2 м дальностью 183 м. Итак, шарнирно сочлененный ротор позволил автожиру летать.

20 же января при полете на малой высоте вдруг перестал повиноваться двигатель и вышел на максимальные обороты. Автожир начал резко набирать высоту. Однако летчик догадался выключить зажигание, энергично взял ручку на себя и автожир с небольшой вертикальной скоростью приземлился. Этот полет начальник аэродрома в Хетафе капитан Хосе Гонсалес так описывает: "Во время проведения испытания, которое осуществлял лейтенант Алехандро Гомес Спенсер на летательной машине, изобретенной дорожным инженером Хуаном де ла Сьервой и названной изобретателем "автожиром", по причине неисправности в цепи ручного контакта аппарат вдруг поднялся примерно на восемь метров и на этой высоте оказался без поступательной скорости, т. е. в ситуации, аналогичной полной потере скорости аэропланом. Однако при снижении отмечалось все время наличие подъемной силы благодаря быстрому вращению крыльев-лопастей, что привело к негрубой, мягкой посадке" [7, р. 47].

Несомненно, этот случай Гонсалес описал по просьбе ла Сьервы. Изобретателю было важно иметь подтверждение официального лица об основном преимуществе автожира перед самолетом. Ведь самолет жив только скоростью. Не будет скорости, он не сможет держаться в воздухе. На заре развития авиации скорости самолетов были соизмеримы со скоростями перемещения воздушных масс и в некоторых случаях (если исключить из рассмотрения степень опытности пилота) могли создаваться условия, при которых самолетное крыло выходило на закритические углы атаки, что вело к сваливанию в штопор. Потеря скорости на большой высоте еще не так страшна. При срыве в штопор машину можно из него вывести и, набрав скорость, снова выйти в нормальный полет. На малой же высоте шансов спасти машину, а часто и жизнь почти не было. Поэтому ла Сьерва и хотел подчеркнуть преимущества своего нового аппарата, который оказался в такой критической ситуации.