Журнал «Вокруг Света» №04 за 2006 год
Шрифт:
Компоновка и конструкция геликоптеров разрабатывались в 60—80-х годах XIX века по аналогии с существующими механическими конструкциями и транспортными средствами. Наибольшее внимание помимо силовых установок уделялось конструкции несущих винтов. Теории их проектирования тогда не существовало. Поэтому разработка часто сопровождалась экспериментальными исследованиями винтов с целью подбора их наиболее выгодных параметров. Изобретатели предлагали винтокрылые летательные аппараты всевозможных схем, в том числе преобразуемые аппараты-конвертопланы. Правда, приверженцы идеи несущего винта в основном ограничивались в своих проектах только разработкой механизма обеспечения поступательного полета и органов путевого управления. Проблема устойчивости всерьез не рассматривалась, так как считалось,
Об одном из мускулолетов стоит упомянуть отдельно. Кустарь-игрушечник из Сергиева Посада Никита Минович Митрейкин построил в 1899 году велосипед с четырехлопастным несущим винтом диаметром 4 м, хвостовым оперением и двумя боковыми «маховыми» балансировочными крыльями. В необходимости установки последних он убедился в результате опытов: при подскоках с трамплина и отрыве колес от земли нарушалась путевая балансировка. Митрейкин считал, что его «воздухоплавательный велосипед» окажется исключительно полезным для военных целей: «…с поля битв раненых можно буде увозить скоро, не тряся и не качая. Это, по-моему, главное…». Таким образом, кустарь-игрушечник из Сергиева Посада первым в мире предсказал одну из важнейших областей применения вертолета — в качестве медико-эвакуационного средства.
Так как к концу XIX века конструкторы уже отчетливо осознавали трудность обеспечения вертолетов достаточным запасом подъемной силы, они перестали вводить в свои разработки какие бы то ни было лишние части и агрегаты, в том числе и вооружение. На время эти идеи оставались «воплощенными» лишь в фантастических романах, таких, например, как «Робур-завоеватель» Жюля Верна, в котором вертолет «Альбатрос» был оснащен двухдюймовой пушкой, митральезой и другим стрелковым вооружением, а также бомбами, спасательной лодкой и разным спецоснащением. Несколько позже, в романе «Необыкновенные приключения экспедиции Барсака», Жюль Верн дал описание вооруженного картечницей дистанционно-пилотируемого вертолета «Оса».
Геликоптерные формы
В 90-х годах XIX века начался последний период «героического» этапа, непосредственно предшествовавшего появлению первых вертолетов, способных подняться в воздух с летчиком на борту. Создание паровых двигателей с малым удельным весом, результаты экспериментальных исследований и испытаний летающих моделей позволили создать первые самолеты, способные оторваться от земли. Самолет французского инженера Клемана Адера 9 октября 1890 года совершил небольшой «скачок», а в 1894 году аналогичного результата добился и англичанин Х. Максим. Возросший интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха стимулировали и успехи «летающего человека» О. Лилиенталя. К концу XIX века у энтузиастов авиации появилась уверенность в том, что мир находится накануне первого управляемого полета на летательном аппарате тяжелее воздуха.
В работах пионеров вертолетостроения особое внимание на переломе XIX—XX веков стало уделяться различным проблемам аэродинамики и динамики, развитию принципов проектирования вертолетов. Началось становление вертолетной науки. Ее основой послужили экспериментальные исследования несущих винтов, позволившие накопить изрядный опыт подбора оптимальных параметров. Ученые стали предпринимать попытки создания теоретических основ расчета несущих винтов. Существенно расширились представления о характерных режимах работы вращающегося винта, в том числе в режиме авторотации. В начале XX века появились работы француза Шарля Ренара, австрийца Георгия Вельнера, русских Николая Егоровича Жуковского и Дмитрия Павловича Рябушинского и других ученых, положившие начало теории проектирования вертолетов. Тогда были заложены основы весового и аэродинамического расчетов винтокрылых летательных аппаратов, методов оптимизации их параметров.
Среди разрабатываемых схем вертолетов все большее распространение получали простые одновинтовые и двухвинтовые соосные. Профессор Московского университета Федор Алексеевич Слудский предложил в 1887 году русскому военному ведомству целую программу создания боевых «воздушных волчков» для нанесения бомбовых ударов по врагу или перенесения почты через голову противника. Модели аналогичных, летающих на режиме авторотации «воздушных торпед» для переноски бомб или освещения местности демонстрировал в 1895-м петербургский чиновник Виктор Викторович Котов.
Представления о компоновке и общем виде вертолетов эволюционировали от примитивного подражания другим летательным аппаратам и транспортным средствам до выработки специфических «геликоптерных» форм. Некоторые проекты содержали упрощенные прочностные расчеты частей и деталей. Мнение о несущем винте как о точке подвеса было признано ошибочным, возникла необходимость обеспечения вертолета средствами управления, позволяющими осуществлять балансировку сил и моментов относительно всех трех осей, и эффективными не только при поступательном движении, но и при режиме висения. При этом конструкторы использовали как давно известные органы управления, так и разрабатывали новые, в том числе и прототипы автомата перекоса.
На переломе XIX—XX веков завершили постройку вертолетов собственной конструкции и приступили к их натурным испытаниям англичанин Г. Филипс, француз А. Филиппи, немцы К. Зенкер и Г. Гансвиндт, австриец В. Порак де Варна, американец Дж. Давидсон, канадец Л. Гэгнон, бельгиец А. Виллар. Предпринял попытку построить вертолет и россиянин Иосиф Иосифович Липковский (главный инженер Путиловского завода). По проекту его машина должна была иметь два соосных несущих винта диаметром по 16 м, тянущий воздушный винт, а также рулевые винты и аэродинамические поверхности для балансировки и управления по всем трем осям. Несущие винты приводились двигателем внутреннего сгорания мощностью 80 л. с., а воздушный — вторым мотором в 24 л. с. В 1904-м, в самый разгар Русско-японской войны, инженер приступил к постройке вертолета, на котором обещал лично отправиться на театр военных действий. Инженер оценивал взлетную массу вертолета в 5 320 кг. При этом полезная нагрузка должна была составить 1 440 кг, из которых 490 кг приходилось на бомбы. Однако ввиду архаичной формы лопастей подъемная сила оказалась крайне мала, несмотря на большой диаметр винта и площадь лопастей. Проект подвергся жесткой критике Н.Е. Жуковского, и военное ведомство отказалось от его дальнейшей поддержки.
Значительно более впечатляющими были успехи в 1903—1905 годах крупноразмерных моделей, а точнее говоря, малоразмерных вертолетов американца У. Пиккеринга и французов Ш. Ренара, Г. Дейч-де-ла-Мерта, П. Корню и братьев Дюфо. Воздержавшись от амбициозных планов, они оснастили свои маленькие вертолеты только самым необходимым — несущей системой, легким мотоциклетным двигателем внутреннего сгорания мощностью 3 л. с., соединяющей их трансмиссией и легкой простой фермой-фюзеляжем. Придерживаемые от опрокидывания привязью вертолеты уверенно отрывались от земли и зависали в воздухе. В 1903 году модель Пиккеринга подняла в воздух живое существо — кролика.
Первые неудачи ХХ века не обескуражили вертолетостроителей. Они продолжили постройку аппаратов в натуральную величину. В определенной мере их подстегивал успех коллег-самолетостроителей. В 1903-м братьям У. и О. Райт удалось впервые осуществить на своем «Флайере-1» управляемый полет. Самолет начал уверенно завоевывать воздушное пространство, вселяя большие надежды в ряды сторонников механического полета. Строительство винтокрылых машин развернулось во всех развитых странах мира.