Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Автожир чертежи и схемы с двигателем

Автожир

Автожи́р (от др.-греч. αὐτός «сам» + γῦρος «круг»); также гиропла́н (официальный термин FAA) [ источник не указан 161 день ] , гироко́птер (термин Bensen Aircraft [en] ) [ источник не указан 161 день ] — винтокрылый летательный аппарат, использующий для создания подъёмной силы свободновращающийся в режиме авторотации несущий винт.

Содержание

  • 1 Особенности
  • 2 История
  • 3 Свойства
    • 3.1 Классификация
    • 3.2 Специальные свойства
  • 4 Достоинства
  • 5 Недостатки
  • 6 Разработка автожиров в СССР и России
  • 7 Примечания
  • 8 Литература
  • 9 Ссылки

Особенности [ править | править код ]

Подъёмная сила у автожира, как и у вертолёта, создаётся несущим винтом — который, однако, у автожира вращается свободно в режиме авторотации, под действием аэродинамических сил. Необходимая для этого поступательная тяга, придающая автожиру горизонтальную скорость, обеспечивается отдельным тянущим (расположен в передней части фюзеляжа) или толкающим (расположен в задней части фюзеляжа) пропеллером.

Свободный несущий винт автожира возможен упрощённой схемы, без изменения общего шага. Он создаёт только подъёмную силу и в полёте наклонён назад против потока, подобно фиксированному крылу с положительным углом атаки (у вертолёта, наоборот, винт (вместе с корпусом) наклоняется в сторону движения [1] , создавая приводным несущим винтом подъёмную и пропульсивную [2] силы одновременно).

Промежуточное положение между автожиром и вертолётом занимает винтокрыл, который имеет подключаемый привод несущего винта от двигателя и отличается от автожира тем, что может использовать не только режим авторотации, но и режим вертолётного полёта. На больших скоростях роторная система винтокрыла действует сходным с автожиром образом (в режиме авторотации), обеспечивая только подъёмную силу, но не тягу. Можно сказать, что винтокрыл сочетает в себе качества автожира и вертолёта.

Первые автожиры с ротором без автомата перекоса управлялись с помощью аэродинамических рулей, поэтому вертикальная посадка получалась неуправляемой и обычно считалась чрезвычайным режимом. Современные системы управления наклоном плоскости несущего винта (втулка обладает двумя степенями свободы) позволяют производить посадку без пробега, так как управляемость аппарата не зависит от его воздушной скорости. Для реализации вертикального старта (подскоком) возможна предварительная раскрутка несущего винта с нулевым шагом на земле (от двигателя), с последующим отключением его привода и установкой рабочего шага винта.

История [ править | править код ]

Автожиры изобрёл испанский инженер Хуан де ла Сиерва в 1919 году, его автожир С-4 (англ.) русск. совершил свой первый полёт 31 января 1923 года.

Основное развитие теория автожиров получила в 1930-е годы. С изобретением и массовым строительством вертолётов интерес к практическому применению автожиров упал настолько, что разработки новых моделей были прекращены. Новый этап интереса к автожирам начался в конце 1950-х — начале 1960-х годов. В это время Игорь Бенсен [3] в США активно пропагандировал аппараты собственной конструкции — лёгкие одноместные простейшие автожиры, которые продавались в виде наборов для самостоятельной сборки. Кроме того, на рубеже 1960-х годов в США и Канаде были разработаны и получили сертификаты типа три модели двухместных автожиров с прыжковым взлётом:

  • Umbaugh 18A (позже известный как Air & Space 18A)
  • McCulloch J-2
  • Buhl A-1 Autogyro (англ.) русск.
  • Avian 2/180 (англ.) русск.

Из этих трёх моделей первые две выпускались серийно. Несколько аппаратов этих моделей летают до сих пор. Avian 2/180 был построен в количестве нескольких прототипов разной конфигурации, но серийно не выпускался. Единственный сохранившийся (нелетающий) аппарат этой модели сейчас находится в частном владении в Калифорнии, причём владелец изменил его название на Pegasus.

Свойства [ править | править код ]

Большинство автожиров не могут взлетать вертикально, но им требуется гораздо более короткий разбег для взлёта (10—50 м, с системой предраскрутки ротора), чем самолётам. Почти все автожиры способны к посадке без пробега [ источник не указан 161 день ] или с пробегом всего несколько метров, к тому же эти аппараты способны висеть на одном месте при сильном встречном ветре. Таким образом, по манёвренности они находятся между самолётами и вертолётами, несколько уступая вертолётам и абсолютно превосходя самолёты [4] . [ источник не указан 161 день ]

Автожиры, в некотором отношении, превосходят самолёты и вертолёты по безопасности полёта. [ источник не указан 161 день ] Самолёту опасна потеря скорости, поскольку он сваливается при этом в штопор. Автожир при потере скорости начинает снижаться. При отказе мотора автожир не падает, вместо этого он снижается (планирует), используя эффект авторотации (несущий винт вертолёта при отказе двигателя также переводится в режим авторотации, но на это теряется несколько секунд и падают обороты ротора, важные при вынужденной посадке). Пилот может в полной степени управлять направлением снижения, используя все системы управления автожиром. При посадке автожиру не требуется посадочная полоса [ источник не указан 161 день ] , что тоже важно для безопасности полёта, особенно при вынужденной посадке в незнакомом месте. [ источник не указан 161 день ]

Скорость автожира сравнима со скоростью лёгкого вертолёта и несколько уступает лёгкому самолёту. По расходу топлива они уступают самолётам, техническая себестоимость лётного часа автожира в несколько раз меньше, чем у вертолёта [ источник не указан 161 день ] , благодаря отсутствию сложной трансмиссии; теоретически автожиры также более экономичны, чем вертолёты [5] . Типичные автожиры [ источник не указан 161 день ] летают со скоростью до 180 км/ч (рекорд 207,7 км/ч), а расход топлива составляет 15 л на 100 км при скорости 120 км/ч. Таким образом, по скорости и экономичности автожир напоминает автомобиль [ источник не указан 1978 дней ] с той разницей, что перемещается по воздуху.

Ещё одним преимуществом является широкий обзор и гораздо меньшая, чем в вертолётах, вибрация, что делает их очень удобными для аэрофотосъёмок, видеосъёмок и наблюдения. [ источник не указан 161 день ]

Автожир также имеет существенное преимущество перед другими типами лёгких летательных аппаратов: на нём можно летать даже в сильный (до 20 м/с) ветер. [ источник не указан 161 день ]

Среди недостатков автожира (сравнительно с лёгким самолётом при равной мощности двигателя) можно назвать значительно больший расход топлива из-за большого сопротивления несущего винта, а также ряд присущих этому аппарату опасных режимов: потеря управления по тангажу (кувырок) и синусоидальная осцилляция, что привело к ряду катастроф автожиров в 1970—2000 годы.

Большинство автожиров одно- и двухместные. Существуют и трёхместные модели ‒ российский автожир «Охотник-3», выпускающийся научно-производственным центром Аэро-Астра-Автожир [6] , и автожир А002, серийно выпускающийся ИАПО «Иркут» [7] . При скорости ветра более 8 м/с взлетает с места, в штиль нужен разбег до 15 м.

Самыми массовыми в последние годы стали автожиры немецкой компании AutoGyro (нем.) русск. . [ источник не указан 161 день ] Начиная с 2003 года выпуск этих аппаратов быстро увеличивался и сейчас составляет более 300 машин в год [8] .

Классификация [ править | править код ]

По расположению маршевого винта автожиры делятся на 2 типа: с тянущим винтом (исторически первые аппараты) и с толкающим винтом (наиболее распространённые в настоящее время). Преимущества схемы с тянущим винтом: лучшее охлаждение двигателя за счёт обдува винтом и несколько большая безопасность при аварии с ударом носовой частью (в схеме с толкающим винтом при такой аварии двигатель, расположенный за кабиной, может завалиться вперёд и травмировать пилота). В то же время, в схеме с толкающим винтом лучше обзор из кабины. У обеих схем есть и другие присущие им преимущества и недостатки.

Специальные свойства [ править | править код ]

Некоторые автожиры способны к прыжковому взлёту. При этом лопасти несущего винта ставятся горизонтально (в малый общий шаг), винт раскручивается до оборотов, превышающих номинальные полётные, затем его лопасти поворачиваются в полётный шаг. Взлёт происходит по вертикали за счёт накопленной энергии винта. Осуществление такой схемы требует значительного усложнения конструкции втулки ротора и утяжеления лопастей, поэтому автожиры с прыжковым взлётом мало распространены.

Многие автожиры оснащены предварительной раскруткой ротора. В этом случае ротор раскручивается до начала разбега автожира (через передачу от маршевого двигателя или от отдельного привода). Предварительная раскрутка значительно сокращает длину взлётного разбега автожира, а при встречном ветре взлёт происходит почти «с места». [ источник не указан 161 день ]

Разрабатываемый американским энтузиастом Джеем Картером шестиместный автожир CarterCopter (англ.) русск. с прыжковым взлётом обладает уникальной возможностью замедлять вращение несущего винта на больших скоростях, при этом несущая сила обеспечивается крылом небольшого размаха, разница в подъёмной силе идущих вперёд и назад лопастей становится неактуальна. За счёт этого возможен разгон до уникальных для винтокрылой техники скоростей за 600 км/ч. Первый полёт 24.09.1998 года, крушение 17.06.2005 года. Проект переименован в Carter Personal Air Vehicle.

Достоинства [ править | править код ]

Недостатки [ править | править код ]

Основным минусом автожиров является более низкий КПД использования силовой установки, из-за чего при равном полётном весе и скорости автожиру требуется более мощный двигатель, чем самолёту или дельталёту.

У автожира с двухлопастным несущим ротором есть несколько специфичных опасных режимов полёта (разгрузка ротора, кувырок, мёртвая зона авторотации и пр.), которые нельзя допускать при полёте во избежание падения. Кувырок характерен в основном для аппаратов с неправильно расположенными относительно друг друга центром тяжести и вектором тяги маршевого винта, а также с недостаточно развитым хвостовым оперением.

Полёты на автожире в условиях обледенения представляют большую опасность, поскольку при обледенении ротора он быстро выходит из режима авторотации, что приводит к падению.

Разработка автожиров в СССР и России [ править | править код ]

Первый советский автожир КаСкр-1 «Красный инженер» разработки Н. И. Камова и Н. К. Скржинского поднялся в воздух 25 сентября 1929 года. Пилотировал автожир И. В. Михеев, а в задней кабине находился его создатель Н. И. Камов.

После этого в ОКБ Камова был создан ещё ряд моделей. Автожир А-7 проходил лётные испытания по применению на авиахимработах, в том числе на опылении в предгорьях Памира.

В 1936 году на заседании специальной комиссии при Политбюро ЦК ВКП(б), курировавшей создание первой дрейфующей станции в Северном Ледовитом океане, обсуждались варианты доставки полярников на льдину. Сын В. Чапаева Аркадий Чапаев (1914—1939) предложил изготовить автожиры. Их следовало подвесить под крылья тяжёлого транспортного самолёта. Идея не прошла. [9]

В настоящее время разработками автожиров в России занимаются несколько групп и предприятий:

Читать еще:  Электрическая схема управления двигателя с фазным ротором

В сентябре 2011 года в ходе стратегических учений Центр-2011 на полигоне «Чебаркуль» совладелец «МРТ-АВИА» Роман Путин провёл презентацию последней модели автожира своей компаниии Дмитрию Медведеву [11] .

Где пропишется автожир?

Валентин УСТИНОВ, главный конструктор ООО «ГиРос»
Профессиональный авиационный журнал «Гражданская авиация», №11 (762) 2007

Сегодня в прессе много говорится о возрождении автожиров в нашей стране. Не ставлю перед собой цель убеждать читателей в достоинствах автожира перед самолетом и вертолетом. В этом нет необходимости, так как зарубежный опыт создания и эксплуатации автожиров говорит сам за себя. Автожир — это самостоятельный тип летательного аппарата, который может найти самое разное применение.

С автожирами судьба меня столкнула еще более сорока лет назад. В 1966 году я возглавил группу «автожиристов» студенческого конструкторского бюро в Рижском институте инженеров гражданской авиации. Работа проводилась под непосредственным руководством и наблюдением известных ученных института в области авиастроения В.Е. Касторского, К.Д. Миртова, А.С. Кравца, Д.П. Осокина и других. В дальнейшем нами заинтересовались такие известные специалисты ОКБ Н.И. Камова, как А.Г. Сатаров и В.Б. Баршевский. Огромную поддержку мы получили от руководства ЦК комсомола республики и правительства Латвии. Для проведения испытаний нам предоставили летную полосу на одном из военных аэродромов близ Риги и адмиральский катер-буксировщик для полетов на реке Лиелупе. Кроме того, к работе подключили ряд рижских предприятий. Хотелось также отметить большую отвагу и любовь к нашему делу преподавателя института, в прошлом известного пилота гражданской авиации Владлена Цейтлина. Он испытывал наши автожиры на земле и в воздухе, а порой оказывался и под водой.

В 1972 году наш автожир РИГА-72 и буксируемый автожир ЧАЙКА-1 демонстрировались на ВДНХ СССР в рамках научно-технического творчества молодежи. Автожир РИГА-72 был представлен к награждению Золотой медалью выставки, и только курьезные обстоятельства, связанные с тем, что мы отказались запустить двигатель и рулить прилюдно на выставочной площадке, позволили получить лишь Серебряную медаль.

Совместными усилиями нашего СКБ, НИС института, ОКБ Н.И. Камова и ВНИИ сельскохозяйственного и специального применения гражданской авиации были проведены работы по определению эффективности применения автожиров в сельском хозяйстве. Результаты были весьма обещающими. Нами был выполнен ряд проектов легких сельскохозяйственных автожиров. ОКБ Н.И. Камова разрабатывало свой проект сельскохозяйственного автожира по схеме, напоминающей вертолет Ка-26. Однако, на одном из заседаний НТС МАП СССР было заявлено, что автожирами заниматься сейчас все равно, что паровозами. И только в 2002 году был разработан проект опытного легкого автожира для применения в сельском хозяйстве АДЕЛЬ-2005.

В этом мне и моим коллегам большую помощь оказал один из видных энтузиастов автожиров А.Л. Ламеко. Совместно с ведущими аэродинамиками в области вертолетостроения были проведены научные изыскания и разработан эскизный проект по аэродинамике, устойчивости и управляемости этого автожира. Созданы программы и пилотажный стенд для отработки летных данных. К проекту подключились ведущие конструкторы и расчетчики, в прошлом работавшие на ЭМЗ им В.В. Мясищева и составляющие костяк компании «НИК», возглавляемой Н.А. Корнеевым. Изготовили автожир на авиационном предприятии «АЛЬФА-М» в г. Жуковском.

В августе 2005 года автожир АДЕЛЬ-2005 совершил первый полет над аэродромом в г. Воскресенске и демонстрировался на МАКСе-2005. В дальнейшем совершал полеты на аэродромах в Жуковском и близ Серпухова, подтвердив все расчетные характеристики и правильность выбранной концепции аэродинамической компоновки.

Автожир Адель-2005 представлялся и на МАКСе-2007. Его летные испытания продолжаются. На базе этого летательного аппарата нашей компанией «ГиРос» (г. Жуковский), созданной в мае 2007 года на базе существующего коллектива, разработан и находится в стадии изготовления на предприятии «АЛЬФА-М» многоцелевой автожир «Аэрофермер», или ГиРос-1. Проект его также был представлен на МАКСе-2007. Планируется его серийное производство.

«Аэрофермер» — это легкий одноместный грузовой автожир с взлетным весом до 750 кг. Он предназначен для перевозки грузов до 160 кг на небольшие расстояния — до 300 км и выполнения авиационно-химических работ с использованием грунтовых площадок ограниченной величины в полевых условиях. Максимальная дальность полета с грузом на борту 130 кг составляет 420 километров. Объем грузового отсека — 0,3 куб.м. Объем бака для химикатов

150 литров в сельскохозяйственном варианте. Объем топливных баков — 100 литров. Имеются узлы для внешней подвески грузов (грузовых контейнеров). Кабина пилота, капот двигателя и грузовой отсек изготовлены из композиционных материалов.

Чтобы обеспечить хорошие маневренные характеристики автожира у земли на минимальных скоростях полета, начиная со скорости 40 км/час, а также укороченного взлета до 15 метров, на нем установлен двигатель повышенной мощности 200 л.с. Это позволяет также осуществлять долговременные полеты на 60% мощности при выполнении сельхозработ, т.е. на скоростях полета 60-90 км/час. Кроме того, для обеспечения укороченного взлета на автожире установлена автономная система предварительной раскрутки ротора перед взлетом — ВСУ. Она позволяет осуществлять подкрутку ротора в момент разбега автожира и тем самым увеличивать динамику раскрутки ротора до взлетных оборотов, улучшая взлетные характеристики.

Компоновка автожира, включая аэродинамическую, обеспечивает угол визирования прямого обзора пилота из кабины 17 градусов при полете на режимах скоростей 60-90 км/час (обеспечен угол тангажа фюзеляжа 0 градусов). Мачта пилона, находящаяся впереди пилота (800 мм от фиксированной точки визирования — угол затемнения 4,1 градуса), может незначительно создавать дискомфорт пилоту, однако она же дает хорошую ориентировку пилоту при выполнении маневров и заходов на рабочие полосы при сельхозработах.

Мы намечаем несколько вариантов применения автожира:

  • Автожир-«фермер» для применения в личном фермерском хозяйстве (перевозка грузов и выполнение других работ).
  • Автожир-«химик» для выполнения авиахимических работ в сельском хозяйстве с применением микроопрыскивания (расход химикатов 2-3 литра на один гектар, ширина захвата до 25 метров при полете на высоте до 3 метров со скоростью полета 60-90 км/час).
  • Автожир-«курьер» для оперативного обслуживания отдаленных и специальных объектов (доставка продуктов питания, медикаментов, запасных частей и т.д. весом до 160 кг) на расстояние до 300 км или за счет снижения полезной нагрузки до 130 кг на расстояние до 420 км.
  • Автожир-«патруль» для патрулирования лесных массивов, автомобильных и железных дорог, водных пространств, газопроводов, ЛЭП, а также для геологоразведочных работ и аэрофотосъемки (без полезной нагрузки и с дополнительными топливными баками дальность полета составляет до 800 км).

Развивая тему создания одноместного грузового автожира, мы приступили к созданию двухместного автожира ГиРос-2 «СМАРТ-ФЛАЕР», который мог бы использоваться для выполнения задач МЧС, ГИБДД, Газпрома, егерской службы, скорой медицинской, са- нэпидемической и ветеринарной помощи и других задач. По нашему мнению, такой аппарат должен быть только с тянущим винтом. По сравнению с традиционной схемой автожира, когда маршевый винт находится сзади и является толкающим, переднее расположение маршевого винта имеет ряд преимуществ, которые обеспечивают более эффективную и безопасную эксплуатацию автожира. Эти преимущества следующие:

  1. Более эффективная работа маршевого винта на режиме горизонтального полета, поскольку отсутствуют элементы конструкции автожира, установленные перед винтом, и набегающий поток воздуха, ничем не затененный, позволяет повысить про- пульсивный кпд винта;
  2. Положение оси маршевого винта можно выбрать таким образом, что линия действия его силы тяги будет проходить через центр масс автожира, что позволяет расширить диапазон центровок и обеспечить устойчивость автожира при изменении углового положения на режиме горизонтального полета в случае отказа двигателя. В этом случае отсутствует резкое изменение углового положения автожира в случае отказов двигателя. Более того, в режиме разбега и взлета тянущий винт более эффективен при режиме отрыва от земли;
  3. Проще обеспечивается требуемая центровка и более широкий диапазон ее изменения;
  4. Обеспечиваются лучшие условия для охлаждения двигателя, поскольку все агрегаты располагаются за маршевым винтом и можно использовать поток от винта для эффективного обдува радиаторов двигателя;
  5. Отсутствие возможности схлестывания лопастей ротора и маршевого винта, а также обеспечение большего диапазона махового движения ротора без угрозы повреждения конструкции автожира и, следовательно, повышение уровня безопасности полета на минимальных скоростях;
  6. Обеспечивается устойчивость полета по курсу и исключение колебаний типа «баттерфляй»;
  7. Большая устойчивость при различных внешних воздействиях вследствие большего плеча и переднего расположения маршевого винта относительно центра масс автожира;
  8. Оперение автожира находится в более благоприятных условиях обтекания потока воздуха по сравнению с задним расположением толкающего винта и потому работает более эффективно. Этим улучшается устойчивость и управляемость автожира и повышается безопасность и уровень комфорта для летчика и пассажиров;
  9. Существенно снижается неблагоприятное влияние ротора на аэродинамику маршевого винта, поскольку при переднем расположении винта спутный след ротора проходит сзади тянущего винта;
  10. Обеспечивается большая возможность по подбору диаметра маршевого винта, так как отсутствуют ограничения по контакту лопастей с конструкцией;
  11. Повышается безопасность обслуживания автожира и его агрегатов, отладочных и экспериментальных работ при наземных гонках с запущенным двигателем.

Наиболее рациональная компоновочная схема складывается, когда двигатель устанавливается позади кабины, а маршевый тянущий винт соединен с двигателем трансмиссией, проходящей между сидениями пассажира и пилота. Обеспечение безопасности такой системы не представляет сложности, так как на всех одновинтовых вертолетах такие трансмиссии имеют место для привода хвостового винта.

На автожире ГиРос-2 «СМАРТФЛАЕР» будет установлен двигатель ПРД «МИСТРАЛ С-200» и винт изменяемого шага в полете с системой обеспечения постоянных оборотов двигателя, что позволит развивать ограничительную скорость до 175 км/час. Крейсерская скорость 135-145 км/час. Автожир имеет просторную и комфортабельную кабину с системой кондиционирования воздуха. Натурный макет этого автожира получил высокую оценку специалистов на МАКСе-2007.

Одна из главных проблем, которая волнует не только нас, но и всех разработчиков автожиров в стране, — это отсутствие отечественного ротора. Наиболее доступен положительно зарекомендовавший себя в мировой практике американский ротор фирмы «СПОРТКОПТЕР». Но он выпускается уже более 20 лет, и морально устарел, а потому не может рассматриваться как базовый для наших автожиров нового поколения.

В России пока еще есть специалисты, которые смогли бы создать такой оптимизированный и сертифицированный ротор, однако эта работа требует больших финансовых затрат, которую без государственной помощи поднять невозможно. Создание, испытание и сертификация такого ротора потребует не менее 1,5 миллиона долларов США. Однако если бы такое внимание государством было оказано, уже на МАКСе-2009 была бы представлена целая линейка отечественных легких автожиров.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя форд торнео коннект

Думаю, это можно реализовать за счет финансирования государством развития авиационной отрасли наукограда Жуковский, где и расположены все наши центры.

В заключение особое внимание хотелось бы обратить на создание автожирной летно-испытательной и учебной базы. В настоящее время принято решение с аграрным комплексом ЗАО «Воскресенский» о создании на базе его сельскохозяйственного аэродрома в деревне Гостилово специализированного комплекса по испытаниям автожиров для применения в сельском хозяйстве. Там же планируется организовать учебно-методический и тренировочный центр по подготовке пилотов автожиров. Препятствий в этом мы пока не видим, однако в некоторых вопросах все-таки понадобится помощь руководства Московской области. Поскольку при посещении нашей экспозиции на МАКСе-2007 оно высказало большую заинтересованность в развитии этого перспективного направления, мы надеемся, что такая помощь будет оказана.

Что может помешать полетам в российском небе автожиров? Прежде всего несовершенная нормативно-правовая база. Действующие сегодня правила использования воздушного пространства России практически не дают возможности использовать малую авиацию, куда входят и автожиры, в народном хозяйстве, поскольку не учитывают ее специфику и распространяют на нее все сложные многоступенчатые процедуры, свойственные «большой» авиации. Серьезные препятствия создают также сложная процедура регистрации легких воздушных судов и громоздкая разрешительная система выполнения полетов. Между тем для этого нет никаких объективных причин, что подтверждается опытом большинства цивилизованных стран. Малая авиация в России вроде бы есть, а вроде бы и нет. Россия, пожалуй, единственная страна в мире, в которой такая авиация не регулируется ни одним законом и ни одним специализированным государственным органом. Решение ее проблем нужно начинать, видимо, с создания специализированного уполномоченного органа и органов сертификации авиатехники малой авиации. По мнению экспертов, создание законодательной базы позволит решить многие проблемы на рынке малого авиатранспорта. Но это уже тема отдельного разговора.

Новости

Век автожиров: от рождения до возрождения

Начало XX века подарило человечеству множество летающих машин. Авиаторы отпраздновали 100 лет со дня первого полёта самолёта и вертолёта. Сегодня мы отмечаем вековой юбилей автожиров. Вспомним историю их появления и узнаем экспертное мнение заслуженного летчика-испытателя в видео с МАКС-2019.

Изобретение Хуана де ла Сьервы

Споры о том, какую дату считать днём рождения самолёта и вертолёта, продолжаются по сей день. Историки пытаются забрать пальму первенства у братьев Райт, напоминая о работах российского конструктора Александра Можайского, француза Клемента Адера, американца Густава Уайтхеда и многих других. В вертолётостроении славу первооткрывателей снискали братья Луи и Жак Бреге, поднявшие свой Gyroplane в сентябре 1907 года, и Поль Корню, чей Antoinette осуществил первый свободный полёт 13 ноября того же года. А вот история рождения автожиров не вызывает сомнений. Появление нового класса летательных аппаратов связано с именем испанского инженера Хуана де ла Сьервы.

Будучи всего 16 лет от роду, Хуан заинтересовался самолётостроением и даже принял участие в постройке первых испанских летательных аппаратов. В 1919 году совершает полёт спроектированный им бомбардировщик. Однако конструктора постигла неудача: во втором испытательном полёте машина сорвалась в штопор и разбилась. По мнению историков, именно это событие подвигло изобретателя к созданию нового класса летательных аппаратов – автожиров (от греческих autos – «сам» и gyros – «круг»). Подъёмную силу создаёт несущий винт, который не имеет жёсткой связи с двигателем, при этом винт постоянно вращается за счёт набегающего потока воздуха или так называемой авторотации. При относительно простой конструкции испанцу удалось создать летательный аппарат, способный взлетать с очень небольшим разбегом, совершать посадку практически вертикально и даже с выключенным двигателем, и при этом легко маневрировать.

Любителям авиации памятна дата 1 июля 1920 года: именно в этот день Хуан де ла Сьерва подал заявку на получение патента на изобретение автожира. В том же году был построен первый образец Cierva C.1, которому, однако, не было суждено взлететь. Успех пришёл позже: в 1922 году был собран Cierva C.4 усовершенствованной конструкции, и 9 января 1923 года на нём был выполнен первый четырёхминутный полёт протяжённостью около четырёх километров.

Николай Камов: начало пути

Выдающийся советский авиаконструктор, создатель вертолётов соосной схемы Николай Камов тоже совершил свои первые шаги на конструкторском поприще в области самолётостроения, работая в КБ Дмитрия Григоровича. В конце 1920-х, не отрываясь от основной работы, он вместе со своим партнёром Николаем Скржинским создал первый советский автожир КАСКР-1 «Красный инженер». 25 сентября 1929 года состоялся первый полёт этой машины. Вскоре появилась усовершенствованная модель КАСКР-2, выполнившая немногим менее ста успешных испытательных полётов.

Следом за этими винтокрылыми машинами последовали более совершенные проекты, в 1930-е годы было построено порядка 15 различных типов и модификаций автожиров разных изобретателей. Но наибольшего успеха добился именно Николай Камов. Созданный им ЦАГИ А-7 поставил мировой рекорд грузоподъёмности, подняв 750 кг полезной нагрузки, достиг скорости свыше 220 км/час, выполнил полёты на расстояние 1000 километров. Усовершенствованный А-7бис не только успешно прошёл государственные испытания, но и выпускался серийно. Один из автожиров в 1941 году принял участие в Смоленском оборонительном сражении.

Автожиры на МАКС

Возрождением интереса к автожирам мы обязаны энтузиастам, представляющим авиацию общего назначения (АОН). В начале 1960-х годов сразу несколько проектов было реализовано в США, а в нашей стране бум интереса к этим летательным аппаратам начался в нынешнем столетии. За непродолжительный срок разработано более десятка различных моделей и модификаций.

«Автожир – сбалансированный, также как и самолёт, полностью устойчив. Использование хвостового оперения позволяет ему прекрасно себя чувствовать в воздухе. В этом и есть его преимущество.»

Рассказывает в авторском проекте «Автожир. Наука и жизнь» Валентин Устинов, ученик Н. Камова и главный конструктор компании «АвтоГироРуссланд» – первого предприятия в России, получившего лицензию на производство автожиров.

Конечно, автожиры демонстрировались и на Международных авиационно-космических салонах. Так на МАКС-2001 широкой общественности был показан автожир А-002 разработки ОКБ лёгкой авиации Иркутского авиационного производственного объединения. В 2005-2009 годах компания «ГиРос» демонстрировала макеты лёгких одноместного и двухместного автожиров, с 2011 года экспонировались уже лётные опытные образцы этих машин. Посетители салона могли увидеть и разработку Отраслевого специального КБ экспериментального самолётостроения Московского авиационного института МАИ-208 в рамках МАКС-2015.

На МАКС-2019 был представлен автожир Training из подмосковного Воскресенка на платформе GYRO Classic.

Внимание разработчиков и производителей лёгких летательных аппаратов к Международному авиационно-космическому салону в 2019 году было высоко как никогда ранее. В первую очередь этому способствовала организация специальной программы «Малая авиация и авиация общего назначения на МАКС-2019», в рамках которой экспоненты оплачивали минимальный регистрационный взнос, предполагающий выделение на статической стоянке места для воздушных судов массой до двух тонн. Гости салона смогли увидеть более 50 лёгких и сверхлёгких воздушных судов, выставленных на экспозиции АОН. Помимо открытой площадки, был развёрнут и павильон, в котором прошли презентации новой авиатехники.

За сто лет автожиры смогли занять свою нишу как надёжные, безопасные и недорогие летательные аппараты, способные решать широкий круг задач. Они не развивают высокой скорости и не перевозят многие тонны грузов. Зато они способны подарить радость полёта и решить транспортные проблемы своего владельца. Надеемся, что не за горами то время, когда на МАКС, помимо автомобильных парковок, будут предусмотрены стоянки для посетителей, прибывающих на выставку на личных самолётах, вертолётах и, конечно, автожирах.

Что такое автожир.

Здравствуйте, друзья!

Боевой автожир Камова А-7-3.

Сегодня поговорим еще об одном типе винтокрылых летательных аппаратов. Этот агрегат носит довольно странное, на первый взгляд, для русского уха название — автожир. На самом деле ничего странного в этом слове нет. Просто оно имеет нерусское происхождение и образовано от греческих слов αύτός — сам и γύρος — круг. Название автожир чаще применяется в России. На западе более распространены названия гироплан , гирокоптер и ротаплан

Но, вобщем-то, все эти названия достаточно близки и характеризуют принцип полета или точнее будет сказать принцип, с помощью которого этот интересный аппарат успешно держится в воздухе. Это принцип авторотации. О нем мы уже говорили применительно к вертолету. Но для вертолета авторотация — режим аварийный. Вертолет может только снижаться на этом режиме с целью совершить по возможности безопасную посадку. А для автожира — это основной ( и единственно возможный) режим полета.

Способный летать самостоятельно автожир кроме свободного несущего винта имеет двигатель с толкающим или тянущим винтом, который обеспечивает аппарату горизонтальную тягу. При движении вперед как раз и создается встречный воздушный поток, обтекающий несущий винт определенным образом и заставляющий его авторотировать, то есть вращаться, создавая при этом подъемную силу. И именно поэтому зависать на месте (за исключением особых условий большого встречного ветра) или же подниматься строго вертикально подобно вертолету автожир, увы, не может.

Обтекание воздушным потоком несущего винта автожира.

Считается, таким образом, что автожир занимает промежуточное положение между самолетом и вертолетом. Для того, чтобы держаться в воздухе ему нужно движение вперед, но саму подъемную силу создает несущий винт, подобный вертолетному (только без двигателя :-)).
Картина обтекания несущего винта у этих аппаратов отличается. Если у вертолета встречный воздушный поток поступает сверху, то у автожира снизу. Плоскость вращения винта при горизонтальном полете у автожира наклонена назад ( у вертолета вперед). Картина обтекания лопастей при этом следующая….

Возникновение вращающей силы на лопасти винта.

Как уже было неоднократно (:-)) сказано при обтекании лопасти (или для простоты ее единичного профиля) образуется аэродинамическая сила, которую можно разложить на силу подъемную (нужную нам) и силу сопротивления (которая, конечно, мешает :-)). Углы атаки (установки лопастей) для существования устойчивой авторотации должны быть в примерном диапазоне 0° — 6° градусов.

В этом диапазоне полная аэродинамическая сила немного наклонена к плоскости вращения лопасти, и ее проекция на эту плоскость как раз и дает нам силу F , которая действует на лопасть, заставляя ее двигаться (вращаться). То есть винт сохраняет устойчивое вращение, создавая при этом подъемную силу, удерживающую аппарат в воздухе.

Читать еще:  Двигатель в машине стал громко работать

Из рисунка видно, что чем меньше сопротивление Х, тем больше сила F, вращающая лопасть. То есть поверхность лопасти для хорошего результата должна быть достаточно чистой, или говоря аэродинамическим языком ламинарной. Этим условиям соответствует специальный ламинарный аэродинамический профиль для автожиров разработанный NACA еще в 1949 году NACA 8-H-12 . Сейчас он успешно применяется на современных аппаратах.

Аэродинамическая картина обтекания лопастей несущего винта воздушным потоком для автожира такая же, как и для вертолета. О ней я уже рассказал в статье об автомате перекоса вертолета, поэтому здесь коснусь этого только вкратце. Подъемная сила, создаваемая наступающей лопастью (от 0° до 180°), больше, чем отступающей (от 180° до 360°) за счет сложения (либо вычитания) скорости движения лопасти со скоростью движения самого аппарата. Поэтому, если бы лопасти были жестко закреплены во втулке, то на автожир действовал бы опрокидывающий момент ( что и было на самых первых аппаратах :-)). По этой причине лопасти закреплены во втулке шарнирно. Есть горизонтальный (главный в этом случае, я бы сказал :-)) и вертикальный шарниры .

Возникновение переворачивающего момента.

Из-за наличия горизонтального шарнира лопасть при вращении совершает машущие движения с максимальным взмахом в районе 180° и минимальным около 0° – 360°. Это, как мы уже знаем из статьи об автомате перекоса, происходит из-за разных скоростей обтекания воздушным потоком наступающих и отступающих лопастей, а также из-за разных истинных углов атаки на этих лопастях.

Схема взмаха лопастей несущего винта.

Может показаться логичным и управление автожиром сделать по «вертолетному», то есть через автомат перекоса. Но на самом деле это не совсем правильно. Автомат перекоса меняет углы установки лопастей. А для устойчивой авторотации диапазон этих углов достаточно узок (0°-6°, как я уже говорил :-)), можно легко из него выйти и значительно уменьшить аэродинамическое качество винта.

Поэтому управление автожиром производится с помощью непосредственного изменения положения втулки несущего винта, благо, что в этом случае нет ни двигателя, ни массивного редуктора и ротора. Обычно присутствуют уже знакомые вам по этой статье два канала управления: по крену и по тангажу .

Кроме того дополнительно управление автожиром может осуществляться ( и так происходит на самом деле :-)) при помощи аэродинамических рулей. Это обычно руль направления и может быть еще руль высоты.

Как уже было сказано, для подъема в воздух и устойчивого полета несущий винт автожира должен раскрутиться. Это можно осуществить либо за счет предварительного разгона на земле, либо за счет предварительной раскрутки ротора с последующим быстрым (очень коротким) взлетом.

На современных аппаратах достаточно широко (то есть практически всегда применяются системы предварительной раскрутки , так как это существенно ускоряет взлет, уменьшая разбег автожира до 10-15, а в некоторых случаях и до 5 метров.
По конструктивной сути они возможны следующих типов.

Ручная раскрутка . Тут, собственно, никаких особенностей. Винт раскручивают вручную ( просто руками :-)), после чего пилот садится в кресло и начинает разбег. Способ малоэффективный и неудобный, разбег получается довольно длинный.

Электрическая раскрутка . Это что-то типа стартера двигателя на автомашине. Система достаточно эффективная, но маломощная и тяжеловатая. Один аккамулятор чего стоит.

Следующая система – механическая . Здесь вращающий момент передается на ротор винта от двигателя через муфту сцепления и систему карданных валов. Эта система появилась уже довольно давно, можно сказать на заре «автожиростроения» :-). Она может передавать большой крутящий момент. Но сама по себе довольно сложна и поэтому дорога. К тому же достаточно тяжела. Вместо карданных валов может использоваться гибкий вал, но тогда крутящий момент ограничивается по величине.

Сейчас достаточно большое распространение получила гидравлическая система раскрутки ротора . В этой системе присутствуют два шестеренчатых гидронасоса. Один установлен на двигателе, второй на втулке ротора несущего винта. Второй получает давление от первого и выполняет роль гидромотора, вращая ротор. Такого рода система проста и довольна легка, а крутящие моменты передает большие.

Теоретически вобщем-то можно сказать, что при достаточно больших оборотах раскрутки автожир даже может взлететь с места (по «вертолетному»). Это, конечно, не совсем целесообразно, но в связи с этим нужно сказать, что существует еще один способ взлета. Это так называемый «прыгающий» старт . Он требует усложнение втулки ротора введением устройства управления общим шагом винта. При этом винт с нулевыми углами установки лопастей раскручивается до взлетных оборотов, а потом углы установки резко увеличивают и аппарат «подпрыгивает» вверх, после чего включается в действие маршевый двигатель, а углы установки уменьшаются. Такие аппараты изготавливались в основном в 30-40-х годах прошлого века, но сейчас применения не находят.

Первый советский автожир КАСКР-1.

Вообще именно в 30-х годах теория и практика автожиров прошла первый ( и довольно бурный) этап своего развития. Это был их «золотой век». Изобретателем автожира считается испанский инженер Хуан де ла Сиерва . Первый уверенный полет его автожира С-4 состоялся 9 января 1923 года. В это же время и в СССР проявляли интерес к этим аппаратам. Однако развитие самолетостроения и разработка новых моделей вертолетов свела этот интерес в мире практически на нет. И только в начале 60-х годов прошлого века началось возрождение автожира.

Автожир Pitcairn PCA-2. Изготавливался в Америке по лицензии фирмы Хуана де ла Сиервы.

Итак, автожир. Промежуточное звено между самолетом и вертолетом. Аппарат с массой достоинств. Он значительно более легок в управлении, чем самолет или вертолет. Для него нет такого понятия, как штопор для самолета. При потере скорости он просто начинает снижаться, а если остановится двигатель, то совершит мягкую посадку. При этом для посадки автожиру не нужна большая площадка. Он может сесть с очень малым пробегом или даже практически без него. Для автожира с хорошей предварительной раскруткой ротора практически не нужна площадка и для взлета. Интересно, что при достаточно большом встречном ветре автожир может «висеть» в воздухе. Из всего сказанного можно сказать, что это один из самых безопасных летательных аппаратов. При этом стоимость его значительно ниже стоимости самолетов и вертолетов одного с ним класса (что немаловажно в наше время :-)).

Однако ничего идеального не бывает :-). Автожир имеет и недостатки . Первое , это достаточно низкий коэффициент полезного действия для двигателя. Поэтому при прочих равных условиях ему нужен более мощный двигатель, чем, например, самолету.

Второе – это полет в специфичных условиях атмосферы. Конкретно это касается обледенения. В случае, если эта неприятность случается с лопастями ротора несущего винта, винт быстро теряет свои аэродинамические свойства и авторотация становится невозможной. Это очень опасно, ведь средств спасения на этом аппарате нет.

Ну и третье , самое главное. У самого безопасного летательного аппарата все же существуют опасные режимы полета. Это такие, как, например, разгрузка ротора и следующий за ним силовой кувырок . Два эти явления могут привести к печальным последствиям в случае, если линия действия тяги находится выше центра тяжести автожира.

Иллюстрация возможности силового кувырка.

В нормальном полете ротор создает достаточную подъемную силу и аппарат находится в равновесии под действием существующих сил. Но если его, как говорят, «завесить» со значительной потерей скорости, например при выходе из пикирования или выполнения горки, то винт «потеряет» набегающий поток и перестанет авторотировать. Подъемная сила значительно упадет (ротор разгрузится) и сила тяги маршевого винта создаст момент вокруг центра тяжести автожира. Аппарат «кувыркнется».

Аналогичное явление может возникнуть при резкой даче газа двигателю. При этом автожир опускает нос, винт переходит на отрицательные углы атаки, и происходит та же самая разгрузка ротора. А за ней естественно кувырок. Такого рода кувырки хорошим обычно не кончаются :-).

Отсутствие кувырка для классической схемы.

Тут стоит заметить, что автожиры могут быть двух схем . Первая «классическая» с тянущим винтом , когда двигатель расположен впереди пилота и вторая с толкающим винтом . Двигатель здесь, соответственно, сзади. Первая схема сейчас мало применяется, так сказать незаслуженно забыта. А зря!

Для нее явление силового кувырка практически невозможно. Это очень хорошо видно из представленного рисунка. Кроме того расположенный впереди двигатель всегда служит защитой пилоту при неудачной посадке,, что нельзя сказать о движке, расположенном сзади. Может и придавить :-)…

Современные автожиры классической схемы.

Однако надо сказать, что на современных моделях автожиров ( конечно, если это не самодельные аппараты, изготовленные в ближайшем сарае :-)) такого рода аварийные режимы сведены к минимуму (практически исключены :-)). Кроме того существует современная система подготовки и тренировки пилотов.

Современные легкие автожиры.

Современный автожир – это, в основном, одно- или двух местный аппарат, относящийся к категории сверхлегких. Обычно такого рода аппараты находятся в частном использовании, однако в настоящее время они начинают применяться в сельском хозяйстве (это показано в одном из приведенных роликов) и различных госструктурах, например в полиции, для осуществления патрулирования и осмотров местности.

Современный автожир Xenon 2.

Наиболее массовы полеты на автожирах в США. В Европе этим увлекаются меньше, но, вобщем-то, тоже летают немало. Наиболее прогрессивна в этом плане Германия. На ее территории наибольшее количество школ по обучению полетам на автожирах. Время обучения небольшое, порядка 60 часов теории и 20-30 часов практики в зависимости от школы и способностей пилота. Успешно заканчивают обучение обычно все, потому что, как я уже говорил, простота – одно из достоинств автожира. Готовый пилот получает пилотское свидетельство для управления сверхлегким летательным аппаратом европейского образца ( UL ).

Самому мне полетать на автожире пока еще не удалось. Получилось только «пощупать» :-). Но обязательно постараюсь это сделать. Уж очень заманчиво еще раз испытать это благодатное чувство полета. Посмотрите ролики и сами все поймете :-).

Еще добавлю ролик о полете современной реконструкции автожира Pitcairn PCA-2 . Классные вещи люди делают! :-)…

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector