Автожир – экзотическая летающая машина, встретить которую куда проще в фантастических произведениях, чем в реальном небе. Внешне почти неотличимый от вертолёта и способный взлетать и садиться вертикально, гирокоптер куда проще по устройству (не нуждается в хитроумном автомате перекоса лопастей), экономичен, как лёгкий аэроплан, а в управлении – не сложнее автомобиля.
Содержание
Испанское изобретение
Изобретателя автожира – испанца Хуана де ла Сиерву – вопросы экономичности и простоты управления беспокоили мало. Не думал он первое время и о преимуществах вертикальной посадки. Инженера заботила лишь безопасность полётов. Авиамоторы начала 20-х годов прошлого века не отличались надёжностью. В случае же отказа двигателя в полёте, катастрофа становилась почти неизбежной. Самолёт терял скорость и, когда подъёмная сила крыла становилась меньше веса аппаратам, срывался в штопор. Проблему, по мнению конструктора, мог решить несущий винт, позволяющий аппарату в случае аварии плавно опуститься на авторотации.
Построив в 1923 году первый летающий (пока, чисто символически– со скоростью 72 км/ч) автожир – CiervaC.4 – инженер перебрался в Англию, и два года спустя создал куда более совершенный, заинтересовавший армии нескольких стран аппарат CiervaC.8, способный преодолеть дистанцию в 400 километров на скорости 160 км/ч.
Лётные данные «восьмого» всё ещё оставались низкими по меркам середины 20-х. Но к этому времени испытания уже показали, что автожир отличается не только безопасностью эксплуатации. Посадочная скорость аппарата оказалась удивительно низкой, – коснувшись колёсами земли, он останавливался уже через 15 метров. Взлетал ротоплан, правда, с таким же разбегом, как самолёт, но предварительная раскрутка несущего винта (для этого команда аэродромных техников вытягивала намотанную на вал бечеву) позволяла машине довольствоваться всего лишь очень короткой взлётной полосой.
Недостатком ранних автожиров являлась практически полная неуправляемость во время посадки, ведь, при малой горизонтальной скорости «самолётные» аэродинамические рули не действовали. Несмотря на крошечный пробег, для безопасного приземления первым ротопланам требовалась не полоса, а поле. В случае же спуска на авторотации, аппарат дрейфовал по ветру и запросто мог оказаться на чьей-нибудь крыше.
Проблема точной посадки решена была лишь в 1932 году, когда появился гирокоптер CiervaC.30, конструкция которого включала механизм наклона ротора, а также позволяла осуществлять предварительную раскрутку несущего винта двигателем, а не бечевой. Устройство автожира существенно усложнилось, зато, машина получила возможность при достаточно сильном ветре зависать в воздухе, разворачиваясь на месте, и приземляться очень точно – в том числе на палубу движущегося судна.
По всем свету
При взлётном весе 820 кг ротоплан C.30, помимо пилота, мог принять на борт одного пассажира (без багажа), взлетал с разбегом 100 метров, развивал скорость 177 км/ч и мог оставаться в воздухе на протяжении четырёх часов. Способность же машины к вертикальной посадке в то время представлялась уникальным достоинством. Как следствие, лицензии на производство автожиров Сиервы приобрели Германия, Франция, СССР, США, Дания. Всего же, объединёнными усилиями великих держав их было построено 160 штук.
В нескольких странах развернулись работы над созданием собственных ротопланах. В США на базе C.30 был сконструирован KellettK-2 – тяжёлый (свыше тонны), со скоростью не более 110 км/ч и дальностью полёта 250 километров, но очень манёвренный. Для разбега «Келлетту» требовалось всего 30 метров, с палубы же идущего против ветра корабля он взлетал вертикально. Один аппарат этого типа долгое время использовался в Америке для доставки почты. Для него впервые в истории была оборудована взлётная площадка на крыше почтамта в Филадельфии. Взяв за основу конструкцию K-2, японцы создали создали самый массовый, произведённый в 240 экземплярах, автожир Kayaba Ka-1.
В Советском Союзе разработка отечественного ротоплана началась ещё в 1929 году. О машине Сиервы в то время было известно лишь из газетных публикаций, по этому Камов и Скржинский двинулись к успеху своим, особым путём. Аппараты КаСкр-1 и появившийся чуть позже серийный ЦАГИ А-4, отличались наличием полноценного самолётного крыла и двигателем повышенной мощности – 300 «лошадей» против 140 на C.30.
Без иностранной помощи обойтись не удалось, но и после изучения приобретённого в Британии автожира, советские конструкторы остались при своём мнении. Получив заимствованные у С.30 механизмы раскрутки и наклона ротора, созданный в 1934 году А-7 сохранил крыло. Мощный, 480-сильный мотор позволял гирокоптеру разгоняться до рекордных для машин этого класса 212 км/ч.
Ротоплан А-7 производился для нужд сельского хозяйства, и хорошо зарекомендовал себя в борьбе с вредителями полей, – способность летать со скоростью 40-50 км/ч и минимальный радиус разворота способствовали максимально точному распылению ядохимикатов. А поскольку в СССР понятие «вредитель» трактовалось очень широко, двухместная машина на всякий случай оснащалась тремя пулемётами, направляющими для шести реактивных снарядов и подвесами для четырёх 100 кг бомб.
В 1936 году на смену А-7 должен был прийти автожир А-12, уже бескрылый, и целиком заимствовавший у, считавшегося на тот момент лучшим в мире, истребителя И-15 фюзеляж вместе с 700-сильным двигателем. Но маневренность у нового ротоплана оказалась существенно худшей, чем у А-7. Скорость же – 245 км/ч – всё равно по меркам авиации не выдерживала критики. К концу 30-х годов производство автожиров в СССР вообще прекратилось.
На фронте
К 1939 году C.30 устарел. Британские ВВС ещё располагали тремя исправными машинами, а после начала боевых действий конфисковали у частных владельцев 8 и привели в рабочее состояние ещё 5 ранее списанных машин. Но использовать автожиры как планировалось – для разведки – оказалось невозможно. Грузоподъёмность не позволяла принять на борт наблюдателя и радиостанцию одновременно. В других же странах «Сиервы» именно по этой причине с вооружения уже были сняты.
Немцы пытались повысить характеристики гирокоптера, заменив английский 140-сильный двигатель на свой 240-сильный «Аргус». Несколько модифицированных таким образом аппаратов, предлагавшихся люфтваффе в качестве учебных, разведывательных и лёгких связных, получили обозначение Fw.186. Но совместные испытания автожира с лёгким самолётом Fi.156 Storch («Аист»), оборудованным точно таким же двигателем, закончились сокрушительным поражением ротопланов. «Аист» не просто намного лучше летал, — взлетал и садился он тоже лучше, при равном пробеге – 18 метров, требуя вдвое более короткой полосы для разбега – всего 50 метров.
Хуан де ла Сиерва, однако, не почивал на лаврах. Во второй половине 30-х он работал над радикальным улучшением своего изобретения. Появившийся в 1940 году CiervaC.40 был уже «почти вертолётом», – применив винт переменного шага, конструктор решил проблему вертикального взлёта, даже не повышая мощность двигателя! На стартовой площадке гирокоптер сначала на предельном газу раскручивал ротор, ориентировав лопасти строго в плоскости вращения (подъёмной силы в таких условиях не возникало). Затем винт сразу переключался на максимальный угол атаки, накопившаяся кинетическая энергия ротора трансформировалась в вертикальный импульс, и аппарат «подскакивал» в воздух.
Тем не менее, С.40 был произведёт всего в 9 экземплярах. При том, что конструкция автожира усложнялась радикально, англичане посчитали вертикальный взлёт малополезной опцией, – целесообразность «подскока» для ротопланов до сих пор является вопросом дискуссионным. Применялись же британские автожиры на протяжении всей войны для «пристрелки» радиолокаторов. Развернувшись против ветра, аппарат зависал над Ла-Маншем, и удерживался в одной точке, до тех пор, пока береговые станции ПВО не докладывали, что видят его именно там, где он есть.
Американцы до появления вертолётов применяли несколько «Келлетов» на флоте в качестве связных машин. В СССР в начале войны все исправные А-7 были сведены в штурмовую автожирную эскадрилью, так и не покрывшую себя славой, – для нанесения ударов по наземным целям ротоплан подходил не лучше устаревших И-15. А позже, до конца 1942 года уцелевшие гирокоптеры использовались в качестве лёгких транспортных машин, доставляя груз партизанским отрядам, также не показав значимых преимуществ по сравнению с По-2.
Серийно до конца войны автожиры строили только японцы, сумевшие найти «золотую середину» между взлётно-посадочными достоинствами «Келлета» и приемлемыми лётными характеристиками С.30. Ротоплан Kayaba Ka-1 был произведён в 240 экземплярах и активно использовался армией (но не Императорским Флотом). Сначала «Каябы» вели разведку и поддерживали связь в джунглях и горах, но позже нашли применение в противолодочной обороне. В том числе на «армейских» авианосцах «Нигицу Мару» и «Акицу Мару» (кстати, сухопутная армия Японии, убедившись, что флот не способен снабжать гарнизоны на островах, к концу войны обзавелась и собственными подводными лодками).
Японцы надеялись, что способность автожира летать над водой очень низко и очень медленно позволит «Каябе» обнаружить американскую субмарину, и с предельной точностью сбросить на врага две 60-килограммовые глубинные бомбы. В теории это, вполне вероятно, и было так, но на практике экипажам Ка-1 ни разу не удалось провести результативную атаку.
«Трясогузка»
Второе, после японской «Каябы», место по числу построенных экземпляров среди автожиров военного назначения занимает немецкий Fa.330 Bachstelze – «Трясогузка» – разработанный в 1942 году Генрихом Фокке сверхлёгкий аппарат, «сухой вес» которого составлял всего лишь около 80 килограммов.
«Фокке-Анхельз» предназначался для размещения на больших подводных лодках IX серии (тип IXD2), действующих в глубоком тылу противника – в Индийском и южной части Атлантического океана. В тысячах миль от основного района «битвы за Атлантику» германским субмаринам не приходилось прорываться через охранение союзнических конвоев. Огибающие Африку одиночные транспорты казались лёгкой добычей, но обнаруживать их было непросто. Чтобы избежать встречи с германских и японскими субмаринами, идущие из Индии корабли намеренно держались в стороне от «традиционных» торговых путей. Низкая же рубка подводной лодки давала плохой обзор. Немцы неделями прочёсывали морскую пустыню, и зачастую возвращались в Брест и Гамбург несолоно нахлебавши.
Подводным охотникам требовалась воздушная разведка. Попытки размещения на субмаринах ангара с легким самолётом предпринимались с 20-х годов прошлого века, но положительных результатов не дали. Слишком уж много возни оказалось с запуском гидроплана и последующей его погрузкой с воды обратно на палубу. Зато аппарат с вертикальными взлётом и посадкой, как думали немцы, мог бы решить проблему «близорукости» подводных крейсеров.
Минимизации веса и габаритов автожира Фокке достиг за счёт применения оригинальной двухдвигательной схемы. Первый из моторов – стандартный лодочный, наматывая на вал бечеву, производил предварительную раскрутку ротора, после чего оставался на палубе. В качестве же тянущего мотора применялся мощный дизель установленный на субмарине. Развернувшись против ветра и два ход, подводная лодка легко обеспечивала «Трясогузке» необходимую для взлёта скорость набегающего потока воздуха – 25 км/ч.
Fa.330 Bachstelze представлял собой буксируемый аппарат, способный удаляться от корабля лишь на длину леера – 150-200 метров. Но немцам это казалось хорошей идеей. Ведь, в отличие от воздушного змея или аэростата, автожир не выдавал расположение корабля противнику. Мельтешащие лопасти были невидимы, а с расстояния позволяющего рассмотреть необъяснимо висящее в воздухе кресло с наблюдателем, наверняка, замеченной оказалась бы и рубка субмарины. Кроме того, об обнаружении противника пилот имел возможность докладывать не по рации (её на «Трясогузке» вообще не имелось), а по телефону. Таким образом, в процессе ведения разведки сохранялось радиомолчание, и скрытность обеспечивалась лучшая, чем в случае применения самолёта.
До предела упрощено было и управление. Летать на «Трясогузке» мог любой матрос, – обычно выбирался член экипажа, без которого капитан мог обойтись. Ведь, хотя автожир и снабжался рулями, повороты штурвала на его траектории никак не сказывались. Автожир «прощал» любые ошибки пилотирования! Единственным полезным органом управления оказалась педаль тормоза. Замедление вращения ротора уменьшало подъёмную силу. Но на практике посадка аппарата осуществлялась лишь путём притягивания его к палубе лебёдкой. В случае обрыва леера, наблюдателю рекомендовалось немедленно воспользоваться парашютом. Ожидать, пока гироплан опустится на авторотации, было опасно, – ветер мог унести невесомую «Трясогузку» слишком далеко от подводной лодки.
Тем не менее, из 200 построенных Fa.330 флоту было передано менее трети. «Свободная охота» на океанских просторах к 1943 году была признана неэффективной. В условиях же Северной Атлантики затрата четырёх минут на сматывание леера в случае появления самолётов союзников представлялась немецким подводникам непозволительной роскошью. У субмарины, как правило, была всего минута, чтобы погрузиться.
Десантные автожиры
Fa.330 «Трясогузка» оказался не единственным безмоторным автожиром, разработанным фирмой «Фоке-Анхельс». Способностью ротоплана к почти вертикальной посадке могла быть очень полезной десантной технике. Как следствие, в 1940-42 годах Генрих Фокке работал над конструкцией Fa.225 – тяжелого планера-автожира.
Десантные планеры с конца 1930-х годов строили все великие державы. Причиной интереса к такому способу высадки являлось несовершенство парашютов, в первой половины прошлого века ещё неуправляемых, неудобных и недостаточно грузоподъёмных. О технике спускающейся с небес под грудой куполов в те времена не приходилось и мечтать. Парашютисты же, выброшенные с самолётов, рассеивались на большой площади, иногда сносились ветром в водоёмы, и очень часто оказывались безоружными. Ведь, парашют немецкой конструкции позволял солдату взять с собой только пистолет, – карабины, гранаты и патроны выбрасывались отдельно, в тюках, которые десантникам ещё нужно было найти…
Планеры позволяли доставлять десант очень точно, высаживать его компактно и сразу с вооружением. Иногда даже с тяжёлым, если грузоподъёмность планера была достаточной. Кроме того, к цели они буксировались истребителями, что позволяло обойтись без транспортных самолётов. Но для посадки планерам требовалось ровное поле, а ещё лучше – прямой отрезок шоссе. И даже в этом случае задача пилота оказывалась непростой. Ведь в случае ошибки безмоторный аппарат не позволял уйти на второй круг.
Автожир, нетребовательный к пилотированию, плавно опускающийся на авторотации и приземляющийся с пробегом всего 15-20 метров, как казалось, станет идеальным средством десантирования. Как следствие, над созданием ротопланеров работали конструкторы многих стран. Англичане пытались «научить летать» армейские вездеходы. Советские же инженеры муслили шире, и, помимо «планирующих танков» Т-60, предлагали забрасывать в тыл врага оборудованные роторами доты – стальные яйцевидные капсулы с пулемётчиками внутри…
Тем не менее, Fa.225 оказался единственным проектом ротопланера воплощённым в металле. Да и он не оправдал ожиданий. Замена крыльев на несущий винт, действительно до минимума – при встречном ветре даже до нуля – сократила пробег при посадке. Значительное снижение скорости, а значит и дальность буксировки, было ожидаемым, но неприятным сюрпризом стало другое. Посадить Fa.225 оказалось совсем непросто. Две тонны – слишком много для автожира. Авторотации едва хватало для того, чтобы притормозить падение до безопасной скорости, но аппарат не планировал, а, почти не слушаясь рулей, круто шёл к земле. Подыскать подходящий для приземления пятачок пилоту было сложнее, чем в случае управления планером обычной конструкции, – крылья хотя бы позволяли облететь значительную территорию, высматривая ровные поля и прямые дороги.
Ротопланы сегодня
В 1942 году с появлением немецкого Flettner Fl.282 и американского Sikorsky R-4 началась эпоха вертолётов. Интерес к автожирам, и без того небольшой, с этого момента упал, практически, до нуля.
О конструкции Сиервы, тем не менее, не забыли. Ещё в 30-е годы автожир завоевал немногочисленных, но преданных поклонников, и сохраняет их по сей день. За последние семь десятилетий было разработано неисчислимое множество экспериментальных моделей, и несколько серийных, – например, американские Air & Space 18A, McCulloch J-2. В последние годы создаются ротопланы («Иркут А-002», «Охотник») и в России. Чаще всего современные аппараты вмещают только пилота и пассажира, имеют массу 700-900 кг и скорость не больше 180 км/ч. Появились и лёгкие одно-двух местные гирокоптеры, с открытой кабиной и взлётным весом от 150 до 500 кг.
Автожир никогда не сравнится с самолётом в скорости. Он не может быть тяжёлым – принцип авторотации не будет работать. Но гирокоптеры рекламировались (и продолжают рекламироваться), как идеальные «летающие автомобили», которые можно – сложив лопасти ротора – держать в обычном гараже, используя двор в качестве взлётной площадки. Но ни одна из послевоенных машин не смогла сравниться по массовости производства хотя бы с Cierva C.30, не говоря уж о «Каябе». В большинстве случаев современные автожиры примитивнее Cierva C.40., и все они уступают довоенному советскому А-12 по мощности и лётным характеристикам. По сути, последователи испанского изобретателя смогли дополнить его проект лишь удобной закрытой кабиной и изменили компоновку, переместив двигатель за спину пилота.
Может показаться странным, что аппарат – исключительно безопасный, простой в производстве, облуживании и управлении, экономичный и, к тому же, способный к вертикальным взлёту и посадке, – оказался никому ненужным. Однако, никакой загадки здесь нет. Потенциальные преимущества автожира, просто, не могут быть реализованы в рамках одной конструкции.
Если взять действительно простой в производстве и управлении автожир, то сравнить его можно лишь с лёгким самолётом. Такой аппарат, действительно, будет отличаться повышенной безопасностью, но окажется дороже аэроплана и уступит ему в скорости, дальности полёта и экономичности.
Совершенный же ротоплан будет иметь равную с вертолётом сложность устройства и стоимость. Он, правда, окажется примерно вдвое экономичнее геликоптера. Но не безопаснее. Ведь, при равном с автожиром весе и вертолёт сможет плавно спускаться на авторотации.
Стоит также отметить, что вертолёт куда лучше приспособлен для вертикальной посадки, зависания, движения назад и вбок. Если ставить целью повторение этих трюков на автожире, то ни о какой «простоте управления» говорить не приходится. Если же такую цель не ставить, а использовать ротоплан строго «по-самолётному», то… получится, просто, плохой самолёт.
****
На практике, наиболее ценными качествами самолёта являются скорость и дальность полёта. Вертолёт же привлекателен своей способностью свободно маневрировать в трёх измерениях. Занимая промежуточное положение между крылатыми и винтокрылыми машинами ротоплан должен был бы обрести свою нишу – пусть узкую, – но до сих пор не нашёл её. Тем не менее, поклонники автожира не теряют надежду, что когда-нибудь это случится.
*************
Терминология
- Автожир может также именоваться гиропланом, гирокоптером (как в мире Warcraft) или ротопланом. Все наименования одинаково правомерны. Ротопланер – безмоторный автожир.
- Ротор (или несущий винт) – обычный у вертолётов и автожиров пропеллер с вертикальной осью. Пропеллер с горизонтальной осью может именоваться тянущим (если расположен спереди фюзеляжа) или толкающим (если расположен сзади).
- Авторотация – эффект возникающий при снижении вертолёта или автожира с неработающим двигателем. Набегающий снизу поток воздуха раскручивает несущий винт, создавая подъёмную силу. В результате чего, падение лёгких (массой не более двух тонн) машин замедляется до безопасной скорости.
- Аэродинамические рули – небольшие отклоняемые плоскости на крыльях и хвосте самолёта, позволяющие кренить и разворачивать машину за счёт давления набегающего потока воздуха.
- Автомат перекоса – изобретённое Борисом Юрьевым в 1911 году устройство, меняющее угол атаки лопасти несущего винта (наклон относительно плоскости вращения) в зависимости от положения лопасти (справа, слева, спереди, сзади от пилота). Перекос позволяет изменять наклон и крен винтокрылых машин, и управлять ими, направляя векторы тяги тянущих и несущих винтов.
- Винт с переменным шагом – пропеллер, в котором наклон лопастей можно менять, так чтобы они «ввинчивались» в воздух более или менее круто. В конструкции самолёта это устройство выполняет функции аналогичные автомобильной коробке передач.
- Мотодельтаплан – сверхлёгкий летательный аппарат с гибким складным крылом. Обычно имеет одно- или двухместную открытую кабину и толкающий винт.
- Мотопараплан (паралёт, аэрошют) – сверхлёгкий летательный аппарат с мягким крылом, надуваемым набегающим потоком воздуха. Всегда одноместный. Может иметь ранцевый двигатель.
Другие статьи на данную тему
