Страница 32 из 41
В этот период венгерские конструкторы Стефан Петроцци, Теодор Карман и Вильгельм Цуровец приступили к созданию «привязного» вертолета для замены аэростатов наблюдения. В марте 1918 года начались испытания PKZ-1. Четыре установленных в ряд вдоль длинного фюзеляжа четырехметровых несущих винта приводились во вращение электромотором мощностью 190 л. с. Взлетная масса достигала 1 100 кг. Ток подавался по проводам с земли. Мотор постоянно перегревался и при четвертом запуске сгорел вместе с вертолетом.
Аппарат PKZ-2 оказался более удачным. Карман и Цуровец отказались от многовинтовой схемы и электропривода. Вес тяжелого кабеля вместе с давлением на него ветра аннулировал все преимущества легкого электромотора. Построенный в марте 1918 года PKZ-2 имел два соосных шестиметровых несущих винта и ферменный корпус, сваренный из стальных труб в виде трехлучевой звезды. В корневой части каждого из трех «лучей звезды» стояло по ротативному стодвадцатисильному мотору «Рон». PKZ-2, как и его предшественник, не имел органов управления. Балансировка в воздухе должна была осуществляться натяжением трех тросов привязи, крепившихся к концам «лучей». Взлетная масса вертолета составляла 1 600 кг.
Испытания PKZ-2 продолжались со 2 апреля по 10 июня 1918 года. Всего было совершено 30 подъемов на высоту до 50 м. Такую высоту подъема удалось повторить только спустя 10 лет. Временами вертолет оставался в воздухе до получаса при натянутых тросах привязи, но стоило этим тросам ослабнуть, аппарат начинал раскачиваться. Во время одного из подъемов 10 июня 1918 года аэродромная команда не обеспечила нужного натяжения тросов и PKZ-2 опрокинулся.
Попытки построить вертолет в годы Первой мировой войны предпринимали не только в Австро-Венгрии. Командование французской армии поддержало в 1916—1918 годах разработки конструкторов Э. Дуэре, А. Туссена, Л. Лакоэна и Л. Дамбланка. Особенно интересным был вертолет Лакоэна и Дамбланка «Алерьон». Он имел двухвинтовую поперечную схему — несущие винты стояли на консолях по бокам самолетного фюзеляжа. Но, к сожалению, при первом же запуске моторов из-за динамической неустойчивости конструкции — банального резонанса — вертолет разрушился в одно мгновение. Причиной этого стало совпадение собственной частоты колебаний правой консоли конструкции с частотой вращения винта.
В Америке столь же безрезультатными оказались попытки поднять в воздух вертолет Кроккера и Хьюита, в Германии — Р. Рюба. Революция в России помешала завершить постройку машин Г.А. Ботезата, И.А. Эйды, Х.Г. Берланда.
Успехи ботезата
По окончании войны постройку вертолетов продолжил американец Эмиль Берлинер. Он соорудил в 1919 году маленький аппарат двухвинтовой соосной схемы. Для его управления использовались многочисленные поверхности, закрепленные в воздушном потоке несущих винтов. Эффективность их оказалась крайне низкой, но тем не менее достаточной для обеспечения наклона вертолета вперед. Таким образом, Берлинеру удалось осуществить первый в истории вертолетостроения управляемый полет с поступательной скоростью. В 1922 году конструктор построил новый вертолет: он отказался от соосной схемы в пользу поперечной, более сложной и тяжелой, но зато обещавшей лучшую поперечную устойчивость. Ротативный мотор «Бентли» мощностью 230 л. с. вращал несущие винты диаметром 6 м, установленные по концам крыла. Летно-технические характеристики вертолета заметно превзошли показатели предшественников: дальность полета была почти километровой, а достигнутая скорость (90 км/ч) оставалась непревзойденной до 1937 года.
Дальнейшее совершенствование теории расчета несущих винтов, развитие представлений об аэродинамике и динамике винтокрылых машин, а также появление в конце Первой мировой войны мощных и надежных ротативных двигателей «Рон» и «Бентли» с удельной массой 1 кг/л. с. позволили вертолетостроителям в начале 20-х годов оснастить свои аппараты всевозможными средствами управления и добиться на них серьезных успехов. Вертолеты стали перемещаться в любую сторону, выполнять виражи и развороты на месте.
Построенный по заказу американской армии в 1922 году аппарат русского эмигранта профессора Георгия Александровича Ботезата имел четыре несущих винта диаметром 8 м. В центре крестообразного ферменного корпуса располагались мотор «Бентли» мощностью 220 л. с. и кабина пилота. Продольно-поперечное управление обеспечивалось дифференциальным изменением общего шага несущих винтов, путевое — рулевыми винтами. Аварийная посадка при отказе силовой установки должна была обеспечиваться переводом винтов на режим авторотации. С декабря 1922 по апрель 1923 года вертолет Ботезата осуществил свыше сотни управляемых свободных полетов, продемонстрировал хорошие устойчивость и управляемость. 17 апреля 1923 года на нем были подняты в воздух последовательно два, три и четыре пассажира. Максимальный вес пассажиров вместе с пилотом составил 450 кг. Аналогичной грузоподъемности в истории вертолетостроения удалось достичь только через 20 лет. Взлетный вес аппарата Ботезата при испытаниях достигал 1 700—2 020 кг. Знаменитый изобретатель Томас Эдисон поздравил Ботезата с созданием «первого успешного вертолета».
Компоненты устойчивости
Первый одновинтовой вертолет, способный совершать управляемые свободные полеты, был создан на средства британского военного ведомства изобретателем Луи Бренненом в 1921 году. Огромный по тем временам двухлопастный несущий винт диаметром 18,3 м приводился во вращение тягой маленьких пропеллеров, установленных по концам лопастей, которые вращал мотор Бентли мощностью 230 л. с., находящийся на оси несущего винта. Сложная механическая система позволяла летчику изменять в полете наклон оси несущего винта. При испытаниях взлетный вес аппарата, совершавшего небольшие управляемые перемещения на незначительной высоте, достигал 1 360 кг. Но устойчивость его была очень плохой, и осенью 1925 года он опрокинулся. Специальная комиссия авиационного министерства постановила аппарат не восстанавливать, а направить средства на опыты с казавшимися в те годы более перспективными автожирами.
Что же касается устойчивости, то в это понятие вертолетостроители 20— 30-х годов включали ряд факторов, входящих в настоящее время в определения «пилотажные характеристики», «прочность», «надежность», «работоспособность».
В крупнейших авиационных научно-исследовательских центрах — ЦАГИ (СССР), NASA (США), ARC (Великобритания), DVL (Германия) — начались тогда серьезные исследования проблем, мешающих созданию винтокрылых летательных аппаратов.
Автожиры Хуана
Увеличение высоты полета вертолетов зависело и от освоения аварийной посадки на режиме авторотации. Хотя принципиальная возможность такого режима работы винта была хорошо известна, практически она оставалась неопробованной. Освоить режим авторотации стало возможным лишь в начале 20-х годов, когда испанский инженер Хуан де ла Сьерва создал автожир — оригинальный тип винтокрылого летательного аппарата, занявший промежуточное место между самолетом и вертолетом. Для подъемной силы конструктор решил использовать отклоненный немного назад ротор, самовращающийся под действием набегающего потока воздуха. Водрузив на самолет-биплан вместо верхнего крыла винт, Хуан де ла Сьерва получил самолет укороченного взлета и посадки. Так как ротор не имел привода от двигателя, автожир не мог взлетать вертикально. Все управление обеспечивалось самолетными органами: рулями и элеронами. Тем не менее автожир, не требующий в отличие от вертолета сложной трансмиссии и органов уравновешивания реактивного момента несущего винта, оказался значительно более простым в доводке. Военные ведомства ряда стран даже прекратили в 20-х годах поддержку исследований по вертолетам, сосредоточив все свое внимание на автожирах. Сначала в Великобритании в 1930 году, а затем в США, СССР, Франции и Германии началось их серийное производство.