История вертолетов

   С древнейших времен человек мечтал подняться в воздух подобно птице. Идея создания вертолета - одна из самых древних в истории полетов. В архивах Миланской библиотеки сохранились рисунки, сделанные рукой известного итальянского ученого и художника Леонардо да Винчи в 1475г. В этих рисунках и подписях к ним высказывалась идея применения винта Архимеда при постройке летательного аппарата. Леонардо да Винчи предполагал осуществить вертикальный взлет своей модели с помощью винта, вращающегося в горизонтальной плоскости. Но его проект был далек от практического осуществления.

   Первый опыт постройки действующей модели вертолета осуществил в 1754 г великий русский ученый М.В. Ломоносов. Занимаясь исследованием верхних слоев атмосферы, ученый сконструировал небольшой летательный аппарат, способный поднимать в воздух метеорологические приборы: в небольшом легком корпусе помещалась часовая пружина, которая системой зубчатых колес была соединена с двумя концентрическими валиками с прикрепленными к ним двумя воздушными винтами, расположенными друг над другом. Ученые предполагают, что работая над созданием этого аппарата, М.В. Ломоносов учел реактивный момент, вызываемый вращением несущей системы, и уравновесил его путем расположения на одной оси двух винтов, вращающихся в противоположных направлениях. Такое расположение винтов в дальнейшем получило название соосной схемы и нашло широкое применение в практике вертолетостроения.

   По чертежам М.В. Ломоносова была построена действующая модель машины, которую он продемонстрировал 1 июля 1754 года. В те годы винт как устройство для приведения в движение транспортных средств вообще не был известен и не использовался. М.В. Ломоносов впервые в истории предпринял попытку для подъема в воздух летательного аппарата, что было для того времени большим достижением. Конечно, при недостаточном уровне развития техники в те годы построить модель большого размера из-за отсутствия мощного и надежного двигателя было невозможно.

   Многие изобретатели и умельцы в разных странах пытались строить летательные аппараты с машущими крыльями - орнитоптеры, однако их попытки не увенчались успехом, до сих пор не построено ни одной птицекрылой машины, которая могла бы хорошо держаться в воздухе и обладала элементарными летными характеристиками. Многочисленные неудачи в этой области повернули мысль изобретателей к аппаратам с несущими винтами, которые приводятся в движение двигателями. Создание машины, способной подняться в воздух стало реальным лишь после того, когда техника двигателестроения достигла сравнительно высокого уровня. Во второй половине XIX века технический прогресс создал благоприятную обстановку для ученых и изобретателей, работающих в области воздухоплавания и авиации.

   В 1869 году известный русский электротехник А.Н. Лодыгин спроектировал первый "электролет", который имел два воздушных винта. Один - несущий для создания вертикальной тяги, другой - тянущий для горизонтальной тяги. Для вращения винтов конструктор спроектировал специальный электродвигатель мощностью 300 л.с. Но и этот проект из-за отсутствия необходимых средств не был осуществлен.

   В начале 1907 г русский военный инженер К.А. Антонов начал разработку проекта вертолета, который был построен 3 года спустя. Два винтовых колеса состояли из отдельных алюминиевых треугольных пластин-лопастей, скрепленных двумя большими обручами. Лопасти винтов могли поворачиваться вокруг продольных осей. Изменяя по желанию углы атаки лопастей, можно было образовывать из винтовых колес своеобразный парашют. Небольшой винт должен был создавать вертолету тягу, обеспечивающую горизонтальное перемещение. Аппарат был снабжен горизонтальным стабилизатором и рулем поворота. Гондола обнесена решеткой с перилами. Винтовые колеса приводились в движение бензиновым мотором мощностью 30-35 л.с., передающим одновременно движение винтам с помощью специального вала и зубчатой передачи. Аппарат был установлен на тележку, три колеса которой имели возможность поворачиваться. При испытаниях аппарат из-за маломощного двигателя не смог развить необходимой подъемной силы и оторваться от земли.

   Построенный в 1908г студентом Киевского политехнического института И.И. Сикорским вертолет имел два двухлопастных винта, укрепленных на вертикальной оси на некотором расстоянии один от другого. Винты приводились в движение трехцилиндровым бензиновым двигателем мощностью 12 л.с. Испытания показали, что мощность двигателя недостаточна для подъема аппарата.

   Несмотря на неудачу, Сикорский к весне 1910г построил второй геликоптер. Он имел два трехлопастных винта и был снабжен более мощным двигателем в 25л.с. Аппарат весил 180 кг. Но конструктор не довел своих работ до конца над геликоптером, начав работать в области создания аэропланов.

   В начале 1909г студент Московского высшего технического училища и деятельный участник воздухоплавательного кружка, впоследствии академик, заслуженный деятель науки и техники Б.Н. Юрьев разработал проект оригинального геликоптера. В средней части его корпуса должен был размещаться двигатель "Гном" мощностью 70 л.с. для вращения двух двухлопастных винтов. Верхний винт диаметром 9м и нижний - 3м. Кроме того, аппарат имел рулевой винт с поворотными лопастями. Для обеспечения управляемости и устойчивости геликоптера в пролете был предусмотрен так называемый автомат-перекос, позволявший изменять углы установки лопастей винта и благодаря этому наклонять аппарат в нужном направлении. Геликоптер был снабжен шасси для разбега и парашютом на случай остановки двигателя. Общий вес составлял 315 кг.

   Лишь вначале 1912 г Юрьевым был построен одновинтовой геликоптер. Диаметр двухлопастного винта составлял 8м. Реактивный момент несущего винта конструктор предложил компенсировать при помощи рулевого винта, установленного в конце хвостовой фермы. Он приводился во вращение основным двигателем с помощью специального передаточного механизма. Эта схема вошла в историю современного вертолетостроения как классическая схема одновинтовых вертолетов с хвостовым (рулевым) винтом. Из-за малой мощности двигателя и необходимости максимально облегчить вес аппарата Юрьеву пришлось отказаться от установки автомата-перекоса и поворотных лопастей винта. Тем не менее, аппарат весил 202,5 кг. Весной 1912 г этот вертолет демонстрировался на 2-й Международной воздухоплавательной выставке в Москве и ему была присуждена золотая медаль.

   Однако начатые опыты с этим вертолетом пришлось прекратить, т.к. произошла поломка главного вала из-за крайне неравномерного хорда трехцилиндрового четырехтактного двигателя, а денег на продолжение работ не было. Задолго до аналогичных изобретений за рубежом, Б.Г. Юрьеву удалось создать автомат-перекос, изучить авторотацию винтов и разработать проблему безопасности спуска аппарата в случае остановки двигателя. Им же были разработаны вопросы о поступательной скорости и грузоподъемного геликоптера.

   Конструкторы и изобретатели вертолетов использовали несколько способов уравновешивания реактивного момента несущей системы: хвостовой винт, парные винты, вращающиеся в противоположных направлениях (соосная, поперечная и продольная схемы). Но во всех случаях несущие винты, как правило, имели "жесткую" заделку лопастей во втулке. Лопасть могла поворачиваться только относительно своей продольной оси, но сохраняла неизменное пространственное положение оси относительно втулки несущего винта.

   До 1925-1927гг вертолеты с "жесткими" несущими винтами не поднимались выше 4-6м, не достигали скорости более 15-20 км/час. Наибольшей дальностью был полет по кругу на один километр. Причиной такого медленного улучшения летных характеристик были сильные вибрации вертолетов, плохая устойчивость, трудности балансировки и невозможность планирования при остановке двигателя.

   Чтобы решить эти проблемы, конструкторам пришлось отойти от классических схем вертолетов и искать новые пути. И вот в конце 1928 г был по проекту Н.И. Камова и Н.К. Скрижинского был построен первый советский автожир Каскр-1.

   На нем был установлен самовращающийся винт и применена шарнирная подвеска лопастей. Именно эти два решения и определили успех нового летательного аппарата: дали возможность совершать безмоторные планирующие спуски, обеспечили хорошую балансировку и устойчивость на всех режимах полета и уменьшили вибрации. В отличие от самолета подъемная сила автожира создается не крылом, а большим несущим винтом, который вращается не от двигателя, а от набегающего потока воздуха. Поэтому автожир не мог взлететь вертикально или висеть в воздухе. Его преимущество перед самолетом состояло в том, что он имел небольшую длину разбега и при отказе двигателя обеспечивалось безопасное снижение в режиме самовращения несущего винта. Благодаря тому, что лопасти у автожира подвешивались ко втулке на горизонтальных и вертикальных шарнирах, каждая из них могла совершать маховые движения ввертикальной плоскости и колебательные в плоскости вращения. Впоследствии на автожирах была отработана система управления циклическим и общим шагом несущего винта.

   Отдельные автожиры были переданы в производство и изготавливались небольшими сериями. Эскадрилья автожиров А-7 участвовала в начальный период Великой Отечественной войны.

   Параллельно в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) под руководством Б.Н. Юрьева было построено несколько моделей вертолетов. В основу первых легких вертолетов была положена одновинтовая схема с автоматом перекоса и регулятором шага винта.

   14 августа 1932 года вертолет ЦАГИ-1-ЭА, пилотируемый профессором А.М. Черемухиным, поднялся на высоту 605м, что было крупнейшим достижением тех лет. Вертолет легко поднимался и опускался вертикально, делал повороты на месте, свободно перемещался во всех направлениях. Он имел четырехлопастный винт диаметром 11м, приводимый во вращение двумя ротативными двигателями мощностью по 120 л.с. Двигатели располагались по обеим сторонам фюзеляжа. Реактивный крутящий момент уравновешивался четырьмя хвостовыми винтами, установленными попарно на хвостах фюзеляжа.

   Осенью 1933 г был готов к испытаниям вертолет 5-ЭА конструкции И.П. Братухина. Эта машина имела хорошую устойчивость, на ней был 6-ти лопастный несущий винт оригинальной конструкции. Три длинные лопасти крепились на шарнирах, а 3 короткие - жестко, т.е. не могли поворачиваться вокруг собственных осей.

   В 1940-1941 гг вертолетное бюро Московского авиационного института под руководством И.П. Братухина спроектировало и построило 2-х винтовой вертолет "Омега" с двумя двигателями общей мощностью 440 л.с. Его максимальная скорость достигала 115 км/час, дальность полета - 250 км.

   В конце 1947г конструкторским бюро под руководством М.Л. Миля был создан двух местный вертолет МИ-1, получивший широкое практическое применение во многих областях народного хозяйства и в военной авиации. На этом вертолете устанавливался двигатель АИ-26В мощностью 575 л.с. Его крейсерская скорость - 130 км/час, дальность полета - 370-600км, высота - 3000м. Вертолет строился серийно в транспортном, сельскохозяйственном и санитарном вариантах. На Ми-1 было установлено 17 мировых рекордов для вертолетов с полетным весом от 1750 до 3000 кг.

   В 1952 г был запущен в серийное производство вертолет Ми-4, получивший золотую медаль на всемирной выставке в Брюсселе. В то время Ми-4 превосходил по грузоподъемности большие серийные американские вертолеты, и по общему признанию специалистов, был одним из самых надежных вертолетов. На нем было установлено несколько мировых рекордов грузоподъемности и скорости полета.

   В июне 1957 г совершил свой первый полет вертолет Ми-6, на котором было установлено два турбовинтовых двигателя. Ми-6 один из самых скоростных вертолетов. За преодоление рубежа скорости 320 км/час, долгое время остававшейся пределом для винтокрылых машин, коллективу Миля был присужден международный приз.

   На базе Ми-6 был создан гигантский летающий кран Ми-10, который поднимал груз 25т на высоту 2800м.

   Применение новых газотурбинных двигателей позволило создать второе поколение вертолетов "Ми", более грузоподъемных, надежных и значительно более экономичных. На смену Ми-1 пришел Ми-2, а Ми-4 был заменен вертолетом Ми-8, экономичной, надежной и относительно простой в эксплуатации машиной.

   Советские вертолеты Ми-6, Ми-10, Ми-8, представленные на авиационном и космическом салоне в Париже в 1965г, вызвали сенсацию. Венцом в создании вертолетов конструкторским бюро под руководством Миля явился сверхгигант B-12, поднявший груз сорок с лишним тонн на высоту больше 2-х километров, за это достижение конструкторское бюро удостоилось высшей международной вертолетной награды.

   В мире нет вертолета, который по своим данным может хоть сколько-нибудь приблизиться к этой машине. Его крейсерская скорость 240 км/час, максимальный взлетный вес 105 тонн. Грузы в 20-25 тон В-12 может перевозить без посадки на расстояние 300-500 км. Длина кабины 30м, ширина более 4м, высота 4,4м. В ней могут свободно разместиться землеройные машины и строительные краны, бульдозеры и большегрузные автомобили, фермы мостов и буровое оборудование.

   Хорошими пилотажными качествами и почти полным отсутствием вибраций отличаются советские двухвинтовые соосные вертолеты КА-10, Ка-15, Ка-18, Ка-26 и другие, созданные коллективом конструкторов под руководством Н.И. Камова. На соосных двухвинтовых вертолетах реактивный момент несущих винтов взаимно уравновешивается, потому что винты вращаются с одинаковой скоростью и в противоположные стороны и потребляют одинаковые мощности. На вертолетах этой системы отсутствует хвостовой винт.

   Соосные вертолеты имеют минимальные габариты, хорошую маневренность. Например, поворот на 360 градусов на месте вертолет такой схемы совершает за 3-5 секунд. Уровень вибрации на соосных вертолетах минимальный. Мощность двигателя расходуется только на вращение несущих винтов и не тратиться на хвостовой винт. Благодаря меньшему весу конструкции соосные вертолеты имеют большую весовую отдачу.

   Вертолет КА-26 образно называют "летающие шасси". В зависимости от назначения меняется внешний вид машины. В пассажирском варианте вертолет оборудован кабиной на 6 человек. Если откинуть сидения, то в кабине можно перевозить грузы. В комплект вертолета входит открытая грузовая платформа, которая подвешивается к центроплану вместо кабины. Груз можно подвешивать непосредственно на крюк, тогда вертолет превращается в летающий кран.

   Винтокрыл Ка-22 с двумя турбовинтовыми двигателями мощностью по 5700 л.с. поднял рекордный коммерческий груз 16485 кг на высоту 2560 м. а нем же была показана скорость по прямой - 366 км/час.

   В 1999 году КБ "Аэрокоптер" (г. Полтава) разработало техническую документацию и создало опытный образец двухместного вертолета АК-1 (ЗА-6 "Санька"). Вертолет предназначен для выполнения различных видов авиационных работ, в т.ч. авиапатрулирования линий электропередач, газо- и нефтепроводов, обучения курсантов, деловых и любительских полетов. Продолжающиеся сейчас летные испытания показали достаточную сбалансированность и энерговооруженность вертолета.

   Летно-технические характеристики современных вертолетов непрерывно улучшаются. Растут скорость, дальность, грузоподъемность, высотность, экономичность и надежность, совершенствуются аэродинамические формы аппаратов, улучшается аэродинамика несущего винта, надежность работы всех его систем и агрегатов.