Автожир — винтокрылый летательный аппарат¶
Автожир (от греч. αὐτός — «сам» и γύρος — «вращение») — винтокрылый летательный аппарат (ЛА), в котором подъёмная сила создаётся свободно вращающимся несущим винтом (авторотационным), а винт малой мощности, расположенный в носу фюзеляжа, обеспечивает горизонтальное движение. В отличие от вертолёта, несущий винт автожира не связан с двигателем и раскручивается набегающим потоком воздуха при движении вперёд.
¶Принцип работы
Автожир занимает промежуточное положение между самолётом и вертолётом. Несущий винт свободно вращается на оси, установленной под небольшим углом к горизонту (угол атаки). При разбеге по земле или при наборе скорости поток воздуха, проходящий сквозь диск винта снизу вверх, раскручивает его в режиме авторотации, создавая подъёмную силу. Для старта аппарату, как правило, требуется разбег по земле длиной от нескольких десятков до нескольких сотен метров; существуют также конвертопланы, способные вертикально взлетать и садиться.
После набора скорости полёт автожира по аэродинамике близок к полёту самолёта: элероны и рули направления работают аналогично. Управление на малых скоростях осуществляется наклоном диска несущего винта с помощью системы перекоса. Благодаря тому, что винт вращается в режиме авторотации, автожир практически не подвержен эффекту «вала переворота» — резкой потере подъёмной силы при остановке двигателя, характерной для вертолётов.
¶История
Идею аппарата с авторотационным несущим винтом впервые реализовал испанский инженер Хуан де ла Сиерва, который в 1920-х годах построил серию летательных аппаратов, получивших название «autogiro». Первый полёт его C.4 (Cierva C.4) состоялся в 1921 году. Ключевой проблемой, которую решил де ла Сиерва, стал перекос лопастей — шарнирное соединение лопастей с втулкой, позволившее компенсировать разницу подъёмных сил на «уходящей» и «набегающей» сторонах диска и обеспечить устойчивость аппарата. Эта конструкция стала основой для последующих вертолётных несущих винтов.
В 1928 году американский предприниматель Harold F. Pitcairn приобрёл лицензию у де ла Сиерва и начал серийное производство автожиров в США. В 1929 году Pitcairn Autogiro совершил первый беспосадочный перелёт через Атлантику (экипаж А. Хьюэлла и Дж. Кимбола). Автожиры привлекали внимание как потенциально безопасные аппараты: считалось, что они смогут использоваться в качестве «воздушного такси» и для почтовых перевозок. Однако в 1930-е годы развитие скоростных самолётов и появление в 1939 году первого практического вертолёта (авиаконструктор И. И. Сикорский, VS-300) вытеснили автожиры из массового применения.
В СССР работы по автожирам вёл в 1930-е годы конструктор А. М. Ильин. Его аппараты А-7 и А-14 строились серийно и применялись в народном хозяйстве и в армии для разведки и корректировки огня артиллерии. А-7 участвовал в параде на Красной площади 1 мая 1938 года.
¶Классификация
По способу старта и посадки автожиры делятся на:
- Классические — с разбегом и пробегом по земле (как у самолёта);
- Конвертопланы — способные вертикально взлетать и садиться (например, японский Focke-Achgelis Fa 223, немецкий проект 1940-х годов);
- Автожиры с рулевым винтом — рулевой винт в носу обеспечивает как горизонтальное движение, так и управление по курсу.
По конструкции несущего винта различают автожиры с двумя, тремя и более лопастями; для компенсации аэродинамического неравновесия применяются шарнирные и пружинные соединения лопастей.
¶Применение
В современном мире автожиры применяются в основном в спортивной и любительской авиации, а также в задачах, где требуются низкая стоимость, простота конструкции и возможность полёта на малых высотах с малой скоростью:
- аэрофотосъёмка и патрулирование;
- сельскохозяйственные работы;
- воздушный мониторинг лесных пожаров;
- обучение пилотов основам винтокрылой авиации;
- спортивные соревнования и авиашоу.
Автожиры выпускаются рядом зарубежных фирм (Pitcairn, Gyrocopter, AutoGyro, Magni). В России производством и популяризацией автожиров занимается ряд малых авиапредприятий; любительские автожиры строятся и собираются энтузиастами.
¶Отличия от вертолёта
| Признак | Автожир | Вертолёт |
|---|---|---|
| Привод несущего винта | Свободное вращение (авторотация) | Механическая связь с двигателем |
| Старт | Разбег (у большинства типов) | Вертикальный взлёт |
| Остановка двигателя | Продолжение безопасной авторотации | Риск «вала переворота» |
| Мощность двигателя | Относительно небольшая | Существенно большая |
| Сложность конструкции | Простая | Высокая |
¶Интересные факты
- Несмотря на внешнее сходство с вертолётом, автожир не может зависать в воздухе: для этого требуется набегающий поток, раскручивающий винт.
- В 1930-е годы в США и Великобритании всерьёз обсуждалось массовое использование автожиров как «воздушных автомобилей»; в 1936 году в Британии было выдано около 100 лицензий пилотам-любителям на автожиры.
- Перекос лопастей, изобретённый Хуаном де ла Сьервой, стал ключевым техническим решением, позволившим создать не только автожиры, но и все современные вертолёты.
¶Источники
- Косинский Н. М. «Вертолёты» — М.: Наука, 1986.
- Савельев В. И. «Конвертопланы» — М.: Машиностроение, 1990.
- Энциклопедия «Кругосвет»: раздел «Авиация».
- Leishman J. G. «Principles of Helicopter Aerodynamics» — Cambridge University Press, 2006.