Что такое автожир — простыми словами

Добрый день уважаемые читатели моего блога INFOZET.RU. Давайте рассмотрим вместе с вами, что такое автожир простым человеческим языком.

Автожир — это мини самолёт. И это эссе описывает автожиры и как они работают, дает краткую историю их раннего развития, объясняет их различия с другими самолетами, и объясняет, почему они никогда не были приняты. Затем он объясняет некоторые современные концепции автожира.

История и теория автожира

Первоначальная версия этой статьи была написана для школьного проекта в 1996 году. Первоначально я опубликовал ее в Интернете, потому что в то время в Интернете не было никакой информации об автожирах. Поскольку я узнал больше о предмете, я сделал несколько обновлений к этой статье, но в разделе истории все еще не учтены некоторые важные люди и проекты (такие как Гарольд Питкэрн, В. Уоллес Келлетт, Макдоннелл XV-1 и Fairey Rotodyne, чтобы назвать только несколько). Однако, поскольку Интернет также вырос за это время, большая часть этой информации теперь доступна.

Автожиры — это самолеты, которые существуют уже несколько десятилетий. В дополнение к названию автожира, они были известны как гироскопы, автожиры и ранец вертолёт. Это были первые самолеты с вращающимся крылом, которые успешно управляли самолетом. Конструкция имела присущую безопасность, лучшую скорость полета на низкой скорости, чем самолеты, а также возможность вертикального взлета и посадки. Но, несмотря на их преимущества, еще до появления первых успешных вертолетов, которые превзошли свои характеристики, автожиры так и не были приняты. В этой статье будет объяснено, как работают автожиры, чтобы дать читателю лучшее понимание машины, рассмотрим преимущества и недостатки автожиров над самолетами и вертолетами, кратко рассмотрим историю развития автожира, и используя всю эту информацию, попытаюсь объяснить, почему автожиры никогда не были приняты. Затем в статье будет обсуждаться, где стоят автожиры в авиационном мире сегодня.

chto-takoe-avtozhir-prostymi-slovami

Как работают автожиры

Автожир — летательный аппарат. Как и вертолет, это летательный аппарат с вращающимся крылом, что означает, что у него есть ротор для обеспечения подъема вместо крыльев, как у обычных самолетов. В отличие от вертолета, ротор не приводится в движение двигателем. Это сделано, чтобы вращаться аэродинамическими силами, через явление, названное авторотацией. Поскольку ротор не приводится в действие, автожиру требуется отдельный источник движения, например, самолет. Условно это были пропеллеры, но можно использовать и реактивные двигатели.

Теперь, что заставляет вращаться ротор, или «поворачивать»? Простое объяснение состоит в том, что ветер, проходящий через него, дает ему силу. Подумайте о тех семенных коробочках, которые вращаются при падении. Когда они падают, воздух заставляет их вращаться. (Поскольку они вращаются, это как если бы мини-крыло двигалось быстрее, поэтому оно создает большую подъемную силу, и семенная коробочка не падает так же быстро, как если бы она не вращалась.) Для более технического объяснения, взгляните на векторную диаграмму ниже. Это показывает ротор в авторотации. Подробное объяснение приведено в следующем абзаце.

chto-takoe-avtozhir-prostymi-slovami

Векторная диаграмма выше иллюстрирует авторотацию. (Автор получил несколько электронных писем от людей, смущенных этими диаграммами, поэтому обратите внимание: основная диаграмма и диаграмма в нижнем правом углу были повернуты так, что плоскость вращения образует горизонтальную ось. Фактическая ориентация Ротор показан на небольшой диаграмме в правом верхнем углу.) Диаграмма в правом нижнем углу показывает ветер относительно ротора. Поскольку ротор вращается, из-за этого вращения будет относительный ветер, который обозначен как относительный ветер из-за ротора. Относительный ветер, вызванный движением самолета, связан с тем, что самолет движется вперед, а ротор установлен таким образом, что плоскость вращения находится под небольшим углом к ​​направлению движения самолета. Сумма Эти два вектора — относительный ветер к профилю и обозначены как Результирующий относительный ветер. Основная диаграмма показывает поперечное сечение ротора в момент времени, когда он движется вперед относительно самолета. Результирующий Относительный Ветер из меньшей диаграммы показан на этом как Относительный Ветер. Любой ветер, проходящий над аэродинамическим профилем, создает подъем и сопротивление. Подъем будет перпендикулярен воздушному потоку, а сопротивление будет параллельно воздушному потоку. Это верно для всех аэродинамических поверхностей, а не только для ротора автожира. Когда векторы подъема и перетаскивания складываются вместе, они создают Результирующую силу. При автоповороте эта результирующая сила находится перед Осью вращения, поэтому, помимо обеспечения подъема, она также тянет ротор вперед. Это резко контрастирует с ротором вертолета в прямом полете. Вертолет получает тягу, наклоняя ротор вперед. Это наклоняет лифт вперед, давая вертолету движение вперед.

Однако это заставляет относительный ветер из-за движения самолета перемещаться вниз по ротору, а не через него, как в автожире. Приведенная выше векторная диаграмма, которая является точным форматом и использует те же метки, показывает результаты этого различного относительного воздушного потока. Вместо того, чтобы тянуть ротор вперед, он фактически удерживает ротор назад.

Вышесказанное является более простым объяснением, и большинство людей могут просто захотеть пропустить следующий раздел. Но любопытный читатель может все еще удивляться нескольким вещам — эти диаграммы показывают, что лезвие только в одном направлении, что происходит на отступающем лезвии? Имеет ли значение, какая часть ротора проверяется? На эти вопросы можно ответить, посмотрев на разные станции на лопасти ротора. Следующие две диаграммы были взяты из технического отчета, подробно описывающего, как рассчитать различные аспекты характеристик вертолета. (Автор приносит свои извинения за то, что не знал источника — он получил отрывок по электронной почте и знает только то, что диаграммы взяты из страниц 137 и 141 главы VIII, «Авторотация», но не имя или автор отчета. На самом деле эти диаграммы были нарисованы для конкретного случая прямого вертикального спуска без воздушной скорости. Если бы самолет летел вперед, вектор V ‘на первой диаграмме был бы немного другим, но очень похожие результаты, особенно в качественном смысле, все равно были бы получены.

Эта первая диаграмма представляет собой детальную векторную диаграмму сил на одном участке лопасти. Он похож на более простые сверху, но объединяет силы и скорости в одну диаграмму.

avtozir
Типовая векторная диаграмма Сил на сечении клинка

где: 
dL → инкрементная сила подъема 
dD → инкрементная сила сопротивления 
dR → инкрементная результирующая сила 
ΩT → скорость из-за вращения ротора 
V ‘→ скорость самолета 
w → результирующая скорость в элементе 
θ → угол лопасти относительно плоскости вращения (совокупный) 
Φ → изменение угла в зависимости от скорости самолета 
α → угол атаки

Обратите внимание, что ΩT, скорость из-за вращения ротора, будет отличаться в зависимости от того, где на роторе он измеряется. ΩT будет наибольшим на конце ротора и будет равно нулю на оси вращения. Имея это в виду, на следующей диаграмме показано, как изменяется относительная скорость w на разных станциях лопасти и влияние, которое оказывает на поток воздуха.

chto-takoe-avtozhir-prostymi-slovami

В направлении самого корня угол атаки, вероятно, будет слишком велик, и лезвие будет остановлено в этом регионе. Чуть дальше от лопасти результирующая сила будет находиться впереди оси вращения и будет пытаться ускорить ротор, а к вершине результирующая сила будет находиться позади оси вращения и будет пытаться замедлить ротор. В устойчивом полете ускоряющая и замедляющая силы на роторе компенсируют друг друга, и ротор продолжает вращаться при заданных оборотах. При изменении условий на роторе (когда пилот выполняет маневр), ротор может ускоряться или замедляться, но в конечном итоге он найдет равновесие при новых оборотах.

Обратите внимание, что если бы была некоторая скорость движения вперед, вектор V ‘больше не был бы прямым. Это уменьшит угол атаки на продвигающийся нож (тот, который движется вперед относительно самолета) и увеличит угол атаки на отступающий нож (тот, который движется назад относительно самолета). Это может привести к смещению областей, изображенных выше внутри, на выдвигающемся лезвии и смещению их наружу на отступающем лезвии.

Различия между автожирами и другими самолётами

Теперь, когда известно, как работает автожир, будет легче понять преимущества и недостатки автожира по сравнению с самолетами и вертолетами. Сравнивая автожир с самолетом, автожир имеет два явных преимущества: во-первых, область, которую нужно взлететь и приземлиться, во-вторых, его летные характеристики на низкой скорости. Автожир не требуют столько места для взлета и посадки, как самолеты. Ранним автожирам требовалось только около 50 футов взлетно-посадочной полосы для взлета, и они могли приземлиться в возрасте до двадцати, когда самолеты использовали сотни футов. Позже автожиры сократили свою потребность во взлетно-посадочной полосе до менее чем пятнадцати футов, и в конечном итоге к вертикальному взлету и посадке. Это позволяет автожирам летать практически из любого места, почти не нуждаясь в ВПП. Автожир всегда не много отличался.

Другим основным преимуществом автожиров над самолетами является их способность летать медленно и не останавливаться.

Величина подъемной силы, создаваемой аэродинамическим профилем, пропорциональна относительной скорости, с которой он движется в воздухе, и углу, под которым он движется в воздухе (угол атаки). Однако, как только вы пытаетесь подняться выше определенного угла, происходит резкое уменьшение подъемной силы, которую делает крыло. Это известно как сваливание, и оно вызвано тем, что воздух не может изменить направление достаточно быстро, чтобы оставаться прикрепленным к крылу. Поскольку крылья зафиксированы в самолете, создание большей подъемной силы означает либо ускорение всего самолета, либо увеличение угла атаки. В автожире крылья являются ротором и движутся по воздуху со скоростью, с которой вращается ротор, а не со скоростью, с которой движется самолет. Самолет действительно должен двигаться вперед, чтобы поддерживать автоповорот, но это намного более низкая скорость, чем скорость, которую должны поддерживать самолеты для создания подъемной силы. Автожиры могут летать со скоростью до 15 миль в час. Мужчины могут бежать быстрее, чем эта скорость. И в отличие от низкоскоростных самолетов, у которых огромные крылья создают достаточную подъемную силу для полета на низкой скорости, что означает огромное увеличение сопротивления, автожиры делают это с более быстрым вращающимся ротором, поэтому автожиры имеют большую огибающую скорости, или они могут летать с большей скоростью. Диапазон скоростей, чем у самолетов.

Другая часть преимущества автожира, летящего на низкой скорости, заключается в его неспособности глохнуть. Поскольку самолет летит медленнее, он должен увеличивать угол, под которым он летит, чтобы создать большую подъемную силу. В определенный момент этот угол становится слишком большим, воздух перестает плавно течь по крыльям, и крыло глохнет. Когда это происходит, самолет падает, как будто бросает бейсбольный мяч в окно. Когда автожир замедляется до скорости, меньшей необходимой для поддержания автоповорота, подъем не теряется мгновенно. Вместо этого ротор просто начинает замедляться. Так как он все еще вращается, он все еще создает подъем. Результатом слишком сильного замедления автожира является то, что самолет будет мягко снижаться. Он не упадет, как самолет. Но эти преимущества не лишены недостатков. Несмотря на то, что роторы создают меньшее сопротивление, чем большие крылья самолетов низкой скорости, они создают большее сопротивление, чем меньшие крылья самолетов высокой скорости. Таким образом, автожиры создают больше сопротивления, чем самолеты сравнимого размера, летающие с одинаковыми скоростями. Кроме того, из-за этого сопротивления автожиры не подходят для полета на высокой скорости или полета на большие расстояния.

Есть также несколько преимуществ, которые автожиры имеют над вертолетами, а именно простота, скорость и вес. Ротор вертолета должен быть в определенной степени сложным. Он обеспечивает подъем, тягу и управление самолетом. Нужен метод для циклического и основного тона. Автожир также использует ротор для управления, но ему не нужен коллективный контроль. Некоторые из более сложных автожиров имеют коллективный контроль, но для небольших автожиров это не является необходимостью. Это снижает сложность системы, а за счет исключения средств управления уменьшает вес. Вес автожира также уменьшается, поскольку он не приводит в движение ротор в полете. Для питания ротора в полете обычно требуется, чтобы он был подключен к двигателю через приводные валы и коробки передач. Они должны быть достаточно сильными, чтобы выдерживать крутящий момент, вращающий ротор, и добавить в целом значительный вес. Для автожира эти системы не нужны, поэтому его можно сделать легче. Даже если у автожира есть эти системы для предварительного вращения ротора для прыжкового взлета, они не должны быть такими же надежными, как у вертолета, потому что им не нужно будет обрабатывать одинаковое количество крутящего момента, а также потому, что они не критичны для полета их не нужно переоценивать.

Автожир также может летать быстрее, чем вертолет. Это связано с тем, что ротор обеспечивает только подъемную силу, тогда как ротор в вертолете обеспечивает как подъемную силу, так и тягу. Чтобы вертолет оставался сбалансированным, он должен производить одинаковую подъемную силу как на выдвигающихся, так и на отступающих лопастях. Более подробное объяснение этого в разделе истории ниже. Продвигающийся клинок, движущийся вместе с летательным аппаратом, видит более высокую скорость, чем отступающий клинок. Таким образом, чтобы обеспечить одинаковую подъемную силу, отступающий нож должен быть под большим углом атаки. Помните из приведенного выше обсуждения, что при определенном угле атаки лезвие остановится и перестанет обеспечивать подъемную силу. Это является ограничивающим фактором как для автожиров, так и для вертолетов. Но поскольку вертолет должен генерировать больше силы с помощью своего ротора, он столкнется с этой проблемой на более низкой скорости, чем автожир, позволяя автожиру летать быстрее.

Вертолет имеет одно главное преимущество перед автожиром — способность зависать. Изучая векторные диаграммы, можно увидеть, что поступательное движение автожира необходимо для его автоповорота и, следовательно, для устойчивого подъема. Как указывалось ранее, когда автожир перестает двигаться вперед, он начинает снижаться. С опытным пилотом вертолет может оставаться на одном месте, пока не закончится бензин. Наведение — важная способность для многих ролей, которые выполняют вертолеты, особенно для спасения. Вертолет должен зависнуть в одном месте, чтобы подобрать жертву, на которую не способны автожиры.

Есть еще одно важное преимущество, которое автожиры имеют над самолетами и вертолетами — безопасность в случае отказа двигателя. Если в автожире выходит из строя двигатель, то же самое происходит, как если бы пилот пытался летать слишком медленно. Самолет будет медленно снижаться до посадки. Фактически, процедура посадки автожира после отказа двигателя такая же, как при посадке автожира в обычных условиях. В самолете, когда двигатель выходит из строя, пилот должен попытаться посадить самолет на посадку. Пилоты действительно тренируются для этого, но приземления на мертвой палке требуют большего навыка, и самолет все еще нуждается в взлетно-посадочной полосе, чтобы приземлиться. Пилот должен искать область, достаточно большую и гладкую, чтобы посадить самолет, достаточно близко, чтобы добраться до того, как самолет упадет. Вертолеты также трудно приземлиться в случае отказа двигателя. 

Глядя на векторную диаграмму вертолета в прямом полете, видно, что аэродинамические силы работают, чтобы замедлить ротор. Как только двигатель выходит из строя и прекращает подачу питания на ротор, силы будут работать, чтобы замедлить ротор гораздо быстрее, чем в автожире. Пилоты исправляют это, переводя вертолет в режим поворота, но это также требует умения. Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах. Видно, что аэродинамические силы работают, чтобы замедлить ротор. Как только двигатель выходит из строя и прекращает подачу питания на ротор, силы будут работать, чтобы замедлить ротор гораздо быстрее, чем в автожире. 

Пилоты исправляют это, переводя вертолет в режим поворота, но это также требует умения. Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах Видно, что аэродинамические силы работают, чтобы замедлить ротор. Как только двигатель выходит из строя и прекращает подачу питания на ротор, силы будут работать, чтобы замедлить ротор гораздо быстрее, чем в автожире. Пилоты исправляют это, переводя вертолет в режим поворота, но это также требует умения. Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. 

Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах Как только двигатель выходит из строя и прекращает подачу питания на ротор, силы будут работать, чтобы замедлить ротор гораздо быстрее, чем в автожире. Пилоты исправляют это, переводя вертолет в режим поворота, но это также требует умения. Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах Как только двигатель выходит из строя и прекращает подачу питания на ротор, силы будут работать, чтобы замедлить ротор гораздо быстрее, чем в автожире. Пилоты исправляют это, переводя вертолет в режим поворота, но это также требует умения. 

Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах Поскольку вертолеты не рассчитаны на то, чтобы нормально обрабатывать приземления с автоматической посадкой, существует риск ошибиться и нанести удар по хвосту во время посадки. Еще хуже то, что существует режим полета, известный как зона мертвеца, где, если вертолет слишком низкий и медленный, у него не будет достаточно времени, чтобы установить автоповорот и маневр для посадки, поэтому, если произойдет сбой двигателя, он потерпит крах.

История автожира

Теперь, когда известно, как работают автожиры, некоторые их характеристики полета и как эти характеристики отличаются от самолетов и вертолетов, было бы интересно узнать, как все это развивалось. Ранняя история автожира — это история одного человека, дона Хуана де ла Сиерва.

chto-takoe-avtozhir-prostymi-slovami

Серва родился в Мурсии, Испания, 21 сентября 1895 года. Ему было всего восемь лет, когда братья Райт впервые прилетели 17 декабря 1903 года. Он был молодым человеком на пути к тому, чтобы стать инженером-строителем, когда они впервые продемонстрировали свои Машина для остального мира во Франции в 1908 году. Cierva был заинтригован этой новой технологией и решил построить собственный самолет. Его первая попытка состояла в том, чтобы восстановить биплан Sommer. Он оснастил его новым двигателем и сделал несколько модификаций оригинального самолета. Когда он завершил проект в 1912 году, он назвал самолет BCD-1 El Cangrejo, по-испански «Краб-BCD-1».

Самолет летел хорошо и считался первым испанским самолетом. Вторая попытка Cierva была BCD-2, маленький моноплан, который он построил в 1913 году. Он не летал так же хорошо, как BCD-1 и разбился. Он был восстановлен, но снова разбился. Дизайн был заброшен. Третий и последний проект самолета Cierva был C-3. Это было для испанского военного соревнования, объявленного в сентябре 1918 года. C-3 был включен в раздел бомбардировщиков конкурса. Самолет представлял собой большой трехмоторный биплан, и был завершен в мае 1919 года. Он летел хорошо, но в одном из предварительных испытаний пилот летел на самолете слишком медленно, и он заглох. Самолет потерпел крушение, но пилот сбежал без серьезных травм. Эта катастрофа разочаровала Сирву и вдохновила его подумать о лучшем способе летать на низких скоростях.

Первой попыткой Cierva создать автожир был C.1. У C.1 было два вращающихся в противоположных направлениях ротора для обеспечения подъема и вращающегося в противоположных направлениях для устранения крутящего момента. Вертикальная управляющая поверхность над роторами должна была обеспечивать боковое управление, в то время как обычный руль и рули высоты обеспечивали контроль над другими осями. К сожалению, этот дизайн никогда не летал. Из-за взаимодействия между двумя роторами верх вращался быстрее, чем нижний. Это нарушает баланс в подъемной силе и крутящем моменте, вызывая наклон машины в одну сторону. Однако, когда он был испытан, в октябре 1920 года он успешно продемонстрировал принципы авторотации при рулении на земле.

После C.1 Cierva начал работу над своим следующим дизайном, C.2. C.2 должен был иметь только один ротор, состоящий из пяти лопастей, с дюралями дюралюминия. Из-за трудностей с получением дюралюминия и из-за нехватки средств работа над C.2 была отложена, и Cierva начала работу над C.3.

C.3 был завершен в июне 1921 года. C.3 имел один ротор с тремя лопастями. У него все еще были руль и лифт для контроля рыскания и тангажа, но для бокового контроля он попробовал вариацию общего шага. Это относится к изменению угла наклона всех различных лезвий одновременно. Однако эта конструкция оказалась непрактичной, и С.3 достиг лишь коротких прыжков в нескольких дюймах от земли.

После того, как закончил с C.3, Cierva вернулся к C.2. C.2 был окончательно завершен в начале 1922 года. Он имел элементы управления, аналогичные C.3. Он достиг немного лучшего бокового контроля и коротких прыжков в нескольких футах над землей, но все еще не мог поддерживать устойчивый полет.

Одной из проблем трех конструкций Cierva до этого момента было то, что ротор был жестким. Это создало две проблемы. Сначала было то, что это создало гироскопический эффект. Как только самолет попытался двигаться, этот эффект заставил бы самолет наклониться. 

Другая проблема возникла из-за несбалансированного подъема. Поскольку ротор вращался, одна сторона двигалась бы так же, как летал самолет, увеличивая относительную скорость ветра, в то время как другая сторона двигалась в направлении, противоположном движению самолета, уменьшая относительную скорость ветра. Сторона с более высокой относительной скоростью ветра будет иметь более высокую подъемную силу, чем сторона с более низкой относительной скоростью ветра, что приведет к наклону самолета. Cierva придумала решение этой проблемы во время просмотра оперы. 

Одним из реквизитов для оперы была ветряная мельница с шарнирными лопастями. Cierva решил использовать петли в своих конструкциях ротора. Это позволило лезвиям подниматься и опускаться в зависимости от того, в каком направлении они двигались. Лезвия, движущиеся с самолетом, поднимались из-за более высокой подъемной силы, но это также уменьшало угол атаки. Лезвия, движущиеся в противоположном направлении от их автожира, могут упасть из-за меньшей подъемной силы, что увеличивает угол атаки. 

Комбинация взлета и падения, известная как взмах, и увеличение и уменьшение угла атаки, использовались для уравновешивания подъемов, создаваемых с каждой стороны самолета. Шарнирные лезвия также устраняют гироскопический эффект, вызванный жесткими лезвиями. Комбинация взлета и падения, известная как взмах, и увеличение и уменьшение угла атаки, использовались для уравновешивания подъемов, создаваемых с каждой стороны самолета. Шарнирные лезвия также устраняют гироскопический эффект, вызванный жесткими лезвиями. Комбинация взлета и падения, известная как взмах, и увеличение и уменьшение угла атаки, использовались для уравновешивания подъемов, создаваемых с каждой стороны самолета. Шарнирные лезвия также устраняют гироскопический эффект, вызванный жесткими лезвиями.

Следующая конструкция Cierva, C.4, включала эти шарнирные роторы. Для бокового контроля элероны были установлены на выносных опорах сбоку самолета. Контроль рысканья и тангажа все еще исходил из руля и лифтов. 17 января 1923 года самолет С.4 вылетел, отметив первый контролируемый полет автожира. C.4 также продемонстрировал безопасность автожира в полете на низкой скорости. 20 января, через три дня после своего первого полета, автожир перешел в крутое положение носа после отказа двигателя на высоте около 25-35 футов. В самолете это почти наверняка привело бы к почти невосстановимому сваливанию. Но автожир просто аккуратно спустился на землю, не повредив машину и не повредив пилота. Эта безопасность на низкой скорости была еще более ярко продемонстрирована 16 января 1925 года, когда другой проект, C.6, Потеря мощности после взлета на высоте около 150-200 футов. Пилот все еще мог повернуть автожир и ввести его для безопасной посадки, при этом машина получила лишь незначительные повреждения. Этот маневр был бы намного сложнее в самолете и вполне мог привести к худшему несчастному случаю.

Другая проблема с ранними автожирами заключалась в раскрутке ротора. Чтобы добиться автоматического поворота, ротор должен был вращаться до минимальной скорости, прежде чем самолет начал двигаться. В ранних автожирах это было достигнуто в основном четырьмя способами, вращая ротор вручную, если ротор был достаточно мал, или если он был больше, с командой лошадей, группой людей, или путем подключения его к двигателю автомобиля через приводной вал. Эта потребность во внешнем источнике для вращения ротора не позволяла автожиру быть самодостаточной машиной, способной работать где угодно. Решение Cierva для этой проблемы состояло в том, чтобы спроектировать хвост таким образом, чтобы он отклонял поток проскальзывания от пропеллера вверх в ротор. Этот отклоненный ветер заставил бы вращаться ротор. Это было достигнуто простым добавлением закрылков к хвосту, который наклонен вверх. Этот дизайн был известен как хвост скорпиона. Он проверил эту идею на C.19 в 1929 году. Проблема заключалась в том, что хвост не отклонял достаточно ветра. Ротор вращался, но не до минимальной скорости, необходимой для взлета. Короткий взлетный полет все еще был необходим, чтобы вращать ротор до конца пути. Другой метод, используемый для решения проблемы раскрутки ротора, заключался в том, чтобы вместо подключения приводного вала к автомобилю просто подключить его прямо к двигателю автожира. Первая попытка сделать это была в модифицированном C.11 в начале 1930 года. Приводной вал был соединен с двигателем через сцепление. К сожалению, этот механизм весил около 165 фунтов и был слишком тяжел для автожира. Улучшенная система сцепления и приводного вала была введена в конце 1930 года. Впервые она была использована в апреле 1931 года на автожире PCA-2, разработанном Гарольдом Питкэрном, который имел лицензионные права на Cierva. изобретение в Соединенных Штатах. Приводной вал и система сцепления не использовались в конструкции Cierva, пока почти год спустя, в марте 1932 года, на C.19. Этот новый дизайн хорошо работал как на PCA-2, так и на C.19, и стал доминирующим стилем раскрутки во всех более поздних моделях автожиров, где ротор был слишком большим, чтобы вращаться вручную.

Следующий крупный прорыв в автожирах произошел 5 августа 1931 года. Это был первый полет Уилфорда WRK. Этот новый автожир заменил навесные роторы на жесткий ротор с циклическим изменением шага. Циклическое изменение шага — это метод, при котором шаг лопастей изменяется по мере их вращения. Шаг снижается, когда они движутся в направлении самолета, и повышается, когда они движутся в противоположном направлении. Это делает то же самое, что колебание, чтобы уравновесить подъем, созданный лопастями. WRK был первым автожиром, который успешно полетел с жестким ротором.

Ранее в этой статье было заявлено, что автожиры имеют потенциал для вертикального взлета и посадки. Хотя все обсуждаемые до сих пор автожиры были способны к вертикальной посадке, по крайней мере, в чрезвычайной ситуации, им также требовался некоторый минимальный взлет при взлете. Но если ротор был приведен в действие перед взлетом, чтобы он вращался на минимальной скорости для автоповорота, почему бы просто не продолжать приводить его в движение на более высокой скорости и взлетать с подъемника, созданного таким образом. Именно так и произошло. В августе 1933 года были начаты эксперименты на C.30 с этим новым методом взлета, который стал известен как прыжок с разбега. Эти первые эксперименты были многообещающими, но не удовлетворительными. Вращение ротора на земле вызвало слишком большую вибрацию, и самолет мог совершать только прыжки в высоту. К 28 октября 1934 г. после более чем года экспериментов и доработок, C.30 наконец сделал успешный прыжок. Многие более поздние автожиры были также разработаны для взлетных прыжков, большинство использовало тот же метод, что и C.30. Несколько более поздних автожиров имели двигатели с коническим приводом, в которые на конце каждой лопасти ротора помещалась струя или ракета, чтобы вращать ротор таким образом.

C.30, помимо того, что он был первым автожиром, совершившим успешный прыжковый взлет, отличался и другим аспектом. Это был первый автожир, который использовал прямое управление. Прямой контроль был методом, когда пилот наклонял ротор вместо руля и элеронов. Это значительно упростило управление самолетом, а также дизайн. Теперь у пилота был один элемент управления рысканием, тангажом и креном, и разработчикам нужно было только разработать этот один элемент управления. В C.30 и более поздних автожирах сопоставимого размера это состояло из стержня, соединенного непосредственно со ступицей ротора, которая простиралась в кабину. Для более крупных машин органы управления пилота были механически связаны со ступицей ротора. C.30 также оказался самым популярным серийным автожиром, когда-либо созданным, более 180 из них были построены.

26 июня 1935 года самолет Breguet-Dorand 314 был первым успешным вертолетом, который совершил полет. Он включает в себя многие функции, разработанные для автожиров, такие как коллективное и циклическое управление высотой тона. 8 декабря 1941 года на полете Игоря Сикорского появился VS300, еще один из первых успешных вертолетов. VS300 был только испытательным самолетом, но привел к VS-316, более усовершенствованному вертолету, использующему те же самые принципы. Армия США заказала VS-316, и 400 из этих самолетов были изготовлены вместе с R-5 и R-6, двумя другими вертолетами Sikorsky аналогичной конструкции.

Почему автожиры не были приняты

На данный момент мы можем задать вопрос, почему автожиры никогда не были широко приняты. Примерно у каждого авиационного историка есть свои ответы на этот вопрос, но вот мнение этого автора. Ранние автожиры, хотя и обладали более высокой скоростью, чем самолеты, обладали более высоким сопротивлением и, следовательно, не были столь эффективны на более высоких скоростях и абсолютно не могли достигать максимальных скоростей более быстрых самолетов. Кроме того, ранние автожиры не имели возможности вертикального взлета и посадки, что сделало бы их более привлекательными для потенциальных покупателей.

Когда C.30 наконец продемонстрировал успешный прыжковый взлет в 1934 году, прошло менее года, пока не полетел первый успешный вертолет, и всего несколько лет до очень успешных Sikorsky VS300 и VS-316. Хотя вертолеты имели меньшую скорость, чем автожиры, они были способны зависать, и их конверт мог выполнять роль, которую не могли выполнять самолеты. Другими словами, все, что мог сделать автожир, могло быть сделано другим самолетом. Кроме того, Cierva, который делал большую часть разработки автожиров, финансировал большую часть разработки самостоятельно. Когда армия заказала ВС-316, эти деньги поступили в компанию Сикорского. Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год. Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. и их конверт мог выполнять роль, которую не могли выполнять самолеты. Другими словами, все, что мог сделать автожир, могло быть сделано другим самолетом. Кроме того, Cierva, который делал большую часть разработки автожиров, финансировал большую часть разработки самостоятельно. Когда армия заказала ВС-316, эти деньги поступили в компанию Сикорского.

Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год. Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. и их конверт мог выполнять роль, которую не могли выполнять самолеты. Другими словами, все, что мог сделать автожир, могло быть сделано другим самолетом. Кроме того, Cierva, который делал большую часть разработки автожиров, финансировал большую часть разработки самостоятельно. Когда армия заказала ВС-316, эти деньги поступили в компанию Сикорского. Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год. Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. все, что мог сделать автожир, могло быть сделано другим самолетом. Кроме того, Cierva, который делал большую часть разработки автожиров, финансировал большую часть разработки самостоятельно. Когда армия заказала ВС-316, эти деньги поступили в компанию Сикорского.

Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год. Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. все, что мог сделать автожир, могло быть сделано другим самолетом. Кроме того, Cierva, который делал большую часть разработки автожиров, финансировал большую часть разработки самостоятельно. Когда армия заказала ВС-316, эти деньги поступили в компанию Сикорского. Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год.

Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. эти деньги пошли в компанию Сикорского. Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год. Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. эти деньги пошли в компанию Сикорского. Это дало Сикорскому финансирование на развитие, из которого заканчивалась Cierva. Без денег Cierva просто не мог финансировать исследование. А затем, 9 декабря 1936 года, Чирва погибла в авиакатастрофе (DC-2, управляемый KLM). Ему было всего 41 год. Были и другие люди, разрабатывающие автожиры, но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит. но Cierva была одной из главных движущих сил движения. Много было потеряно, когда он был убит.

Еще один фактор, который препятствовал тому, чтобы автожир был принят, был чисто психологическим. Несмотря на то, что вертолеты не были успешными до 1935 года, они разрабатывались столько же, сколько и самолеты. Широкая публика знала о вертолетах и ​​понимала принцип действия несущего винта. У автожира был ротор без двигателя, который вращался из-за аэродинамических сил. Большинство людей не понимали, как это работает, и поэтому не доверяли этому. Хотя это на самом деле безопаснее, чем вертолеты или самолеты, люди не осознавали этого. Они хотели что-то приведенное в действие.

Автожиры после вертолётов

После того, как вертолеты успешно полетели, и компании, которые разработали их, получили военные гранты для дальнейших исследований, автожир был в значительной степени заброшен. За исключением нескольких концепций и лишь нескольких попыток создания гражданских конструкций, автожиры оставались в живых только в качестве самодельных самолетов, а в основном в качестве сверхлегких. Недавно было две компании, которые возродили идею автожира, Groen Brothers и CarterCopter.

Дизайн братьев Гроен является более традиционным из двух. Уникальное новшество машины Groen Brothers заключается в том, что она использует поршневые форсунки на кончиках лопастей ротора, чтобы привести их в движение. Реактивные самолеты не являются очень эффективными двигателями, но их нужно будет запускать только в течение десяти-пятнадцати секунд, поэтому эффективность не является большой проблемой. Реактивные форсунки будут вращать ротор достаточно быстро, чтобы машина могла взлететь вертикально. Их автожир также будет использовать общий контроль высоты тона, чтобы помочь уменьшить сопротивление. Он продается корпорациям, которые в настоящее время используют вертолеты или не могут себе позволить вертолеты, чтобы путешествовать с крыш городов. Эти корпорации действительно не нуждаются в зависании, им просто нужно иметь возможность взлетать и приземляться вертикально. Автожир может сделать это быстрее и за меньшие деньги, чем вертолет. Они также пытаются продать его организациям, которые нуждаются только в полете на низкой скорости, а не в полном зависании. Фактически, большинство наблюдений за стационарными объектами, осуществляемыми вертолетом, совершаются путем полета над ним медленными кругами, а не просто зависания.

CarterCopter — это скорее гибрид самолета и автожира. Ротор будет вращаться с помощью обычного приводного вала и системы сцепления. Но роторы будут иметь вес 60 фунтов на своих кончиках. Это заставит ротор функционировать как маховик для прыжкового взлета. Это также позволяет замедлить ротор в крейсерском режиме и при этом поддерживать достаточную жесткость от центробежной силы, чтобы быть стабильным. После полета шаг лопастей ротора будет максимально уменьшен, чтобы уменьшить создаваемое ими сопротивление до минимально возможного. Подъемник будет производиться из обычных крыльев самолета, установленных по бокам самолета. Компания прогнозирует, что CarterCopter может превзойти характеристики всех самолетов, кроме реактивных и космических кораблей. Это включает вертолеты, все предыдущие автожиры, поршневые самолеты и турбовинтовые самолеты. С турбовинтовым двигателем корабль должен лететь со скоростью 400 миль в час на скорости 45 000 футов. Модифицированная версия пропеллера может летать со скоростью 70000 футов. В то время как версия с реактивным двигателем может лететь со скоростью 500 миль в час или более. Специально модифицированная версия самолета должна быть способна пролететь 25 500 миль на одном баке с бензином, что позволит ему сравниться с кругосветным полетом Вояджера 1986 года, но с вертикальным взлетом и посадкой. Благодаря своим характеристикам, CarterCopter сможет выполнять не только роли, которые хотели бы исполнить братья Гроен, но и роли, которые в настоящее время принадлежат воздушному винту с воздушным винтом. 

Заключительные замечания

Автожир стал первым успешным самолетом с вращающимся крылом. Они ознаменовали отход от обычных самолетов с фиксированным крылом и попытку выполнить роль, которую не могли выполнять самолеты. Они могут летать медленно из-за явления, известного как автоповорот. Когда ротор не имеет силы и вращается под действием аэродинамических сил. Автоповорот позволил крыльям двигаться быстрее, чем самолет. Хотя автожиры никогда не были широко приняты общественностью, военными или авиационными компаниями, они были очень важны в разработке вертолета. Многие технологии, необходимые для практических вертолетов, были впервые разработаны для автожира. Если бы Cierva не преследовала автожира, это почти наверняка задержало бы разработку вертолета, возможно, даже на десятилетия. После внедрения первых успешных вертолетов, автожир был в значительной степени забыт, кроме как комплект самолетов и сверхлегких. Недавно две компании, Groen Brothers и CarterCopter, вернули автожир, используя современные технологии. Ни один из планов не предусматривает полную замену вертолета, только в тех местах, где необходим малоскоростной полет или вертикальный взлет и посадка. Возможно, если у этих компаний будет свой путь, будущее будет более доброжелательным к автожиру, чем прошлое.

Это наиболее полное эссе для понимания — что такое автожир.

Так же можно почитать про это в Википедии, но информации там мало.

На этом пожалуй всё. Мы изучили полную картину что такое автожир, и блог Infozet.ru нам в этом в очередной раз помог! Всего вам доброго и до встречи!

Ведущий автор
Оцените автора
Добавить комментарий

  1. Амбель

    Я летала на таких!

    Ответить