Чтение онлайн

В начале 20-х годов геликоптеры поднимались на высоту нескольких метров и совершали полеты на расстояние в несколько сот метров (мировой рекорд дальности полета по прямой геликоптера Эмишена 17 апреля 1924 г. составлял 736 м [4, vol. 6, р. 323]). Причинами такого медленного улучшения летных характеристик были сильные вибрации, плохая управляемость и устойчивость и невозможность планирования при остановке двигателя. Конструкторы настойчиво искали пути разрешения проблем, работали над устранением этих недостатков, но ничего революционного, принципиально нового пока никто предложить не мог.

Наряду с попытками создания нормального летающего геликоптера велась научно-исследовательская работа, в том числе в аэродинамических институтах, среди которых Николай Егорович Жуковский в 1910 г. отмечал три первых по значению: Римский, Институт Цама в США и Аэродинамический институт в Кучине [5, с. 123], созданный в 1904 г. и являвшийся первым в России учреждением такого рода. Создание этого института и начальный период его деятельности связаны с именем Н. Е. Жуковского. Научные результаты, полученные в Кучинском институте и опубликованные в его «Бюллетенях», получили положительную оценку не только в России, но благодаря их изданию на французском языке и за границей [4] .

Теперь мы сделаем небольшое отступление, которое может иметь прямое отношение к изобретению де ла Сьервы. Вот что пишет основатель и директор Кучинского института Д. П. Рябушинский в брошюре, посвященной десятилетию института: «Главные результаты, которые я получил в Аэродинамическом институте, состоят в следующем: я систематически исследовал гребные винты и нашел общие законы функционирования этого замечательного механизма. В этих исследованиях я не ограничился изучением области пропеллеров, но захватил также область ветряных мельниц и область, в которой винты бросают жидкость по направлению движения, — это дало мне возможность получить очень полную картину явления. Добытые результаты я выразил при помощи нескольких простых формул, которые в настоящее время используются на практике. Мною были указаны основания вихревой теории винта и графический метод, в котором по осям координат непосредственно отлагаются отношения нулевого размера. Я изучил также опытно и теоретически винты, гребущие на месте и при боковом ветре; нашел и объяснил несколько любопытных явлений, имеющих большой теоретический интерес, как самовра-щение (курсив мой. — Г. К.) тонких пластинок» [6, с. 5].

Будем снисходительны к стилю изложения автора и персонализации им всех институтских работ. Отметим только, что результаты исследования воздушных винтов и самовращения симметричной пластинки были опубликованы в 1909 г. в «Бюллетене» Кучинского института на французском языке. Учитывая тот факт, что ла Сьерва хорошо знал французский язык и в то время читал об авиации все, что могло попасть в его руки, не так уж невероятно, что он мог ознакомиться с «Бюллетенем». В этом случае зерно могло упасть на давно подготовленную почву, искра могла вызвать огонь мысли.

После анализа уже накопленного человечеством опыта по изучению проблем орнитоптера и геликоптера ла Сьерва посчитал их довольно сложными в механическом и аэродинамическом планах. Он пришел к выводу, что проблему безопасности в значительной степени можно решить, если удастся создать систему крыльев, которые двигались бы относительно аппарата, будучи с ним конструктивно связанными, и, кроме того, поддерживали бы это относительное движение без необходимости применять двигатель. По утверждению некоторых биографов ла Сьервы, и в частности Хосе Варлеты, первоначальная идея исходила от детской игрушки — так называемой «китайской вертушки». Наблюдая плавные снижения «вертушки», ла Сьерва пришел к мысли, что существуют режимы, на которых винт может самовращаться (авторотировать) [7].

На практике же проблема состояла в том, чтобы результирующая подъемной силы каждого крыла задуманной системы одновременно побуждала бы его к движению относительно аппарата. Ла Сьерва изучил различные варианты и остановил свой выбор на системе крыльев, которые вращались бы вокруг почти вертикальной оси. Он назвал ее ротором. Ротор был предназначен для выполнения тех же функций, что и несущий винт вертолета, но в отличие от последнего ротор аппарата не приводился в движение двигателем, он свободно вращался под действием набегающего потока воздуха — авторотировал. Для поддержания авторотации необходимо, чтобы набегающий поток подходил к диску с некоторой составляющей, направленной кверху, т. е. диск всегда должен иметь положительный угол атаки по отношению к набегающему потоку. Для поступательного движения аппарат должен иметь двигатель с тянущим (или толкающим) винтом, как у обычного самолета. В набегающем потоке ротор способен поддерживать режим авторотации на углах атаки до 90°, т. е. при вертикальном снижении аппарата.

Конструктор геликоптеров Пескара [5] за несколько лет до этого запатентовал самовращающийся ротор, но с отрицательным шагом лопастей, т. е. как у обычной ветряной мельницы. Особенность открытия ла Сьервы состояла в том, что ротор с положительным углом установки лопастей в несколько градусов, будучи раскрученным, при поступательном движении аппарата продолжал вращаться в набегающем потоке и создавал подъемную силу. Набегающий поток побуждал ротор к вращению, но при этом в отличие от ветряной мельницы ротор вращался в другом направлении. Эффект авторотации ла Сьерва открыл, когда ему было 25 лет. Он сразу же его запатентовал и приложил максимум усилий, чтобы использовать этот эффект на практике.

Ла Сьерва поначалу назвал систему самовращающихся крыльев «аутохироптеро» (ауто — само, хиро — вращение), потом сократил это слово до «аутохиро» («autogiro»), поскольку оно показалось ему «слишком греческим, слишком длинным и слишком тяжелым». К нам же слово «автожир» пришло из французского (autogire).

Решив применить принцип авторотации на летательном аппарате, ла Сьерва, как и все его предшественники, пытавшиеся создать геликоптер, столкнулся с проблемами асимметрии ротора в горизонтальном полете. Известно, что лопасть, которая идет вперед навстречу набегающему потоку, при том же угле атаки создает большую подъемную силу, чем та, которая идет назад, в силу чего появляется опрокидывающий момент в поперечной плоскости в сторону лопасти, идущей по потоку. Чтобы избежать асимметрии, ла Сьерва принял обычную для того времени схему двух соосных роторов, вращающихся в противоположных направлениях.

1 июля 1920 г. ла Сьерва подал заявку на получение патента «Новый авиационный аппарат». Патент № 74322 был выдан 27 августа 1920 г. Он охватывал основные принципы свободно вращающегося ротора для создания подъемной силы. В черновике к этому патенту есть слово «автожир», однако в окончательной редакции оно было опущено. Уже после нескольких успешных полетов автожира ла Сьерва направил 10 февраля 1923 г. запрос на регистрацию слова «автожир» — «чтобы отличать летательные аппараты с вращающимися крыльями». Сертификат № 49038 был выдан 7 ноября 1923 г. [7, р. 28].

Для первого автожира, названного С-1, использовали фюзеляж от старого моноплана «Депердюссен», который ла Сьерва раздобыл в школе гражданских пилотов в Хетафе. На него поставили ротативный двигатель «Рон» мощностью 60 л. с. Крылья сняли, а над фюзеляжем установили два четырехлопастных ротора, лопасти которых имели «жесткую» заделку во втулке. Диаметр роторов составлял 6 м. Верхний должен был вращаться по часовой стрелке, если смотреть сверху, нижний — в противоположном направлении. Роль элеронов должна была выполнять вертикальная плоскость, расположенная над роторами, которая могла поворачиваться влево и вправо и давать при поступательном движении момент относительно продольной оси симметрии. Хвост был оставлен в первоначальном виде. Вес аппарата составлял 350 кг.

С-1 был готов к испытаниям в октябре 1920 г. Аппарат имел такой необычный вид, что только фанатик неба, жаждущий летать на чем угодно, или родственник, спасающий честь семьи от насмешек, мог взяться за его испытания. Капитан Фелипе Гомес-Асебо был и тем и другим. Он приходился Хуану шурином и за несколько дней до испытаний получил звание пилота первоначального обучения. И в дальнейшем ла Сьерве — фанатику винтокрылой авиации — везло на таких преданных авиации людей.

Испытания проходили на мадридском аэродроме Хетафе. Мелькающие лопасти раскрученных роторов создавали впечатление уличной драки, за что аэродромные остряки и прозвали аппарат «ла бронка» («потасовка»). После первоначальной раскрутки ротора Гомес-Асебо прорулил по полю и начал пробежку. Оба ротора вышли в режим авторотации в ожидаемых направлениях, однако нижний вращался намного медленнее верхнего. Изобретатель предвидел этот эффект, однако не предполагал, что скорость нижнего ротора будет почти на треть меньше расчетной. Таким образом, суммарная подъемная сила левой стороны роторов была больше правой и вызывала тенденцию к опрокидыванию.