Итогом второй промышленной революции во второй половине XIX века стало появление и распространение двигателей внутреннего сгорания, которые стали вытеснять паровые моторы. Габариты, мощность и масса ДВС позволила инженерам и энтузиастам воплотить давнюю мечту человечества – полёт человека в небе.
В 1903 году братья Уилбер и Орвилл Райт совершили первый управляемый полет на самолете, который продлился 12 секунд. Самолет преодолел расстояние в 36,5 метров и поднялся на 3 метра в высоту.
Уже в 1910-м году самолеты начали летать выше 2,5 километров. С вертолётами дела обстояли куда сложнее.
Отличительная особенность вертолётов — вертикально взлетать и садиться с помощью несущего винта. Но за наличие несущего винта пришлось решать очень множество технических и научных проблем.
Идеи машин с вертикальным взлётом
Геликоптер Леонардо да Винчи
Идею вертикально взлетающего аппарата в XV веке предложил Леонардо да Винчи – итальянский художник, учёный, изобретатель, крупнейший представитель искусства Высокого Возрождения. За основу он взял винт Архимеда, под которым крепилась люлька с людьми. Люди должны были двигаться по кругу и раскручивать винт. Нужно заметить, что большинство чертежей да Винчи так и остались на бумаге.
Аэродромическая машина Ломоносова
В XVIII веке первый русский учёный и академик Михаил Ломоносов предложил построить вертикально взлетающий аппарат для исследования атмосферы. Аппарат должен был поднимать приборы — например, термометр. До нас дошло описание такого устройства Ломоносова, но никаких рисунков не осталось.
Известно, что два винта должны были вращаться с помощью взведенных часовых пружин. Было установлено, что аппарат Ломоносова смог бы поднять 10 грамм груза. Ломоносов понимал, что нужны пружины помощнее, но они и весили бы больше. Т.е. изначально все упиралось в отсутствии подходящего двигателя.
В протоколах академии от 1 июля 1754 г. записано:
«Бысоко-почтенный советник Ломоносов показал изобретенную им машину, называемую им аэродромической (воздухо-бежной), которая должна употребляться для того, чтобы с помощью крыльев, движимых горизонтально в различных направлениях силой пружины, какой обычно снабжаются часы, нажимать воздух (отбрасывать его вниз), отчего машина будет подниматься в верхние слои воздуха, с той целью, чтобы можно было обследовать условия (состояние) верхнего воздуха посредством метеорологических машин (приборов), присоединенных к этой аэродромической машине. Машина подвешивалась на шнуре, протянутом по двум блокам, и удерживалась в равновесии грузиками, подвешенными с противоположного конца. Как только пружина заводилась, [машина] поднималась в высоту и потому обещала достижение желаемого действия».
Вертолёт из перьев
Первой действующей моделью «вертолёта» признано изобретение французов – естествоиспытателя Лонуа и физика-механика Бьенвеню. Они представили устройство в 1784 году в Парижской академии наук. Два винта из перьев вращались под действием упруго скрученной тетивы.
XIX век не дал ощутимого прорыва в вертолетостроении. Лишь в начале 20 века произошла техническая революция — появился достаточно легкий и мощный двигатель внутреннего сгорания. С этих пор в истории покорения неба началась новая эпоха.
Первые испытатели вертолетов столкнулись с массой проблем. Подъемная сила, создаваемая винтами, была направлена строго вверх. А как управлять самолетом и двигаться влево, вправо, вперед и назад?
Первые научные исследования
В 70-е годы XIX века много опытов провел русский ученый и академик Михаил Рыкачёв (1840 — 1919). Он сконструировал стенд для проверки свойств несущего винта и развиваемой подъемной силы.
Рыкачёв установил, что подъемная сила зависит не только от скорости вращения лопастей, но и от угла установки лопастей относительно продольной оси — шага винта. При увеличении шага подъемная сила растет.
Также Рыкачёв заключил, что для управления геликоптером нужно наклонять плоскость вращения винта. Часть силы, создаваемая вращением лопастей, пойдет не только вверх, но и по горизонтали. Исследования Рогачева вошли в основу систем управления вертолётов.
Свои научные исследования по теме машин с вертикальным взлетом велись и на Западе – во Франции, Германии, США, Великобритании.
Первые вертолёты с управляемым горизонтальным полётом
2+1 винта Генри Берлинера
В 1922 году американец Генри Берлинер предложил оригинальную идею — по бокам фюзеляжа истребителя располагались два винта на поперечной балке, направленные вверх. В хвосте был еще один небольшой винт, который отклонял фюзеляж вертолета по тангажу (вперед-назад), создавая нужную силу для горизонтального движения. Как показали испытательные полёты, такой геликоптер плохо управлялся и был неустойчив в полёте.
4 винта Георгия Ботезата
Примерно в эти годы свое решение проблемы управления предложил русско-американский ученый, математик и изобретатель Георгий Ботезат (1882-1940), эмигрировавший в США.
Он создал «квадрокоптер» — вертолет с 4-мя несущими винтами. Регулируя шаг каждого из 4-х винтов, можно было управлять горизонтальным полетом. Но конструкция получилась громоздкой и тяжелой. Ботезату удалось взлететь на 4 метра и продержаться в воздухе около 2 минут.
Автомат перекоса Бориса Юрьева
Вертолеты нуждались в более эффективном решении задач управления полетом. Еще в 1911 году оригинальную идею управления полётом предложил Борис Юрьев (1889 — 1957) — будущий советский академик, основоположник советского вертолетостроения, ученик основоположника гидро- и аэродинамики Николая Жуковского, а тогда — студент Московского императорского технического училища. Юрьев стал одним из первых в мире, кто пришел к этому принципу управления.
Свое изобретение Юрьев назвал автоматом перекоса. По задумке Юрьева шаг каждой лопасти по мере их кругового движения должен был циклически меняться с помощью специального механизма. Чтобы двигаться вперед, нужно было наклонить вертолёт вперед. Для этого шаг лопасти в задней части винта с помощью автомата перекоса увеличивался, а в передней – уменьшался. Таким же образом можно было двигаться вбок.
На сегодняшний день автомат перекоса применяется на вертолета всех схем и признан как самый эффективный.
Первый вертолёт с автоматом перекоса
Из-за дефицита финансирования первенство в применении автоматов перекоса перешло к аргентинцу Раулю Пескара (1890-1966), который впервые запустил свой геликоптер в 1921 году в Испании. Это был вертолёт с двумя соосными винтами, вращающимися в разные стороны. На нем были установлены ряд мировых рекордов — полет со скоростью 8 км/ч на дальность 1000 метров.
Автожиры
Первый зарубежный автожир
Испанский изобретатель Хуан де ла Сиерва (1895 — 1936) придумал нечто среднее между вертолетом и самолетом. В одном из испытательных полетов аэроплан потерял управление и рухнул. Переживая трагедию, Сиерва придумал схему, когда аэроплан оснащается кроме самолетного винта несущим. Несущий винт Сиервы приводился в движение набегающим потоком воздуха.
Конструктор назвал свой летательный аппарат автожир от греческих слов «сам» и «вращение». Такая схема уменьшала дистанции взлета и посадки, а на малых скоростях машина не сваливалась в штопор. Вращающийся винт в случае отказа двигателя позволял совершить посадку в режиме авторотации – т.е. самовращения.
Были и минусы автожиров — скорость от дополнительного лобового сопротивления была меньше, чем у самолетов. Зато их можно было использовать там, где обычному самолету могло не хватить дистанции для разбега. Автожиры начали массово строиться в США, Великобритании и Франции.
Первый советский автожир и термин «вертолёт»
В СССР разработкой автожиров занялись Николай Камов и Николай Скржинский. Первый автожир 1929 года они назвали КАСКР-1 «Красный инженер».
Во время проектирования автожира они придумали слово «вертолет» — от слов «вертится» и «летает». Они планировали заменить новым термином иностранное слово «автожир». Однако, автожиры продолжили называть автожирами. Зато в начале 50-х гг. в СССР слово геликоптер было заменено на слово вертолёт.
Первый мировой рекорд в категории «геликоптеры» (вертолёты)
Несмотря на весь технический прогресс, в 1930 году итальянец Корредино д’Асканио установил первый зарегистрированный мировой рекорд для вертолётов. Его машина поднялась на 18 метров, летала 8 минут и 45 секунд и пролетела 1078 метров. Вертолет был выполнен по соосной схеме.
Первый советский вертолёт
В ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт им. Жуковского — 1918 год создания) в 1926 году была образована вертолетная группа и был построен специальный стенд для изучения динамики несущего винта, аэродинамики лопастей, свойств трансмиссии двигателя. В ЦАГИ решались вопросы прочности и автомата перекоса.
В августе 1930 г. под руководством Алексея Черёмухина (1895 — 1958) был построен экспериментальный аппарат — одновинтовой вертолет ЦАГИ-1-ЭА. Это было революционное решение.
Еще на заре вертолётостроения пришли к выводу, что если винт будет один, то сам аппарат будет вращаться в противоположную сторону — согласно третьему закону Ньютона «действие равно противодействию». Поэтому все вертолёты до этого имели четное количество винтов — половина вращалась в одном направлении, половина в другом. Создавались вертолеты на 2, 4, 6 и даже 8 винтов. Были вертолеты с соосной схемой, когда два винта, вращающиеся в противоположную сторону, находились на одной оси.
Еще в 1911 году Борис Юрьев предложил схему с одним несущим винтом. Чтобы машина не вращалась в противоположную от винта сторону, нужен был рулевой винт в хвосте.
Испытания такого одновинтового вертолета начались спустя много лет — осенью 1930 года. Правда, ЦАГИ-1 имел не один, а 4 рулевых винта — по два спереди и по два сзади. Бессменным испытателем этого вертолёта был его конструктор — Алексей Черёмухин (участник Первой мировой войны и лётчик истребитель).
16 августа 1932 года Черёмухин поднял одновинтовой вертолёт ЦАГИ-1 на высоту 605 метров и побил мировой рекорд итальянца д’Асканио аж в 34 раза.
Конец 1930-хх и 40-е годы стали очень непростыми для вертолетостроения в СССР. Вначале – аресты и расформирование группы в ЦАГИ, затем война. Но несмотря ни на что, советская инженерная и научная мысль вырвала пальму первенства в вертолетостроении. И произошло это уже в начале 50-хх годов XX века.
На некоторое время вперед выходят немцы , а затем американцы с вертолётами русского эмигранта в США Игоря Сикорского (1889 — 1972).
Вертолёты СССР
Как мы уже написали, слово «вертолёт» в русский язык вошло не сразу. Изначально такие машины назывались на западный манер – геликоптерами (фр. hélicoptère, анг. helicopter).
Впервые слово «вертолёт» прозвучало из уст советского диктора в августе 1948 года на воздушном параде.
Вертолёты имени Миля
Михаил Миль (1909-1970) – советский авиаконструктор, создавший первый массовый советский серийный вертолет.
Ми-1
Вертолет Ми-1 был разработан в конце 40-х годов и стал первым советским серийным вертолётом. По сравнению с американским собратом, вертолётом Сикорского S-51, Ми-1 перевозил 2 пассажиров вместо трех, брал груз 2,3 тонны вместо 2,5 тонн, но был легче и летал на 430 км вместо 420 и имел скорость 185 км/ч против 140 км/ч у Сикорского.
Всего построили почти 2400 вертолетов Ми-1. Их эксплуатация заложила основу советской винтокрылой авиации. Их эксплуатировали в армии, в сельском хозяйстве для опыления ядохимикатами, для обучения летчиков в ДОСААФ.
Ми-4
Первый массовый советский военно-транспортный вертолет Ми-4 был создан с нуля всего за год и взлетел в 1953 году. Такая спешка обосновывалась тем, что США применили первую успешную высадку десанта с помощью вертолетов Сикорского S-55 в Корейской войне (1950-1953 гг.)
Из вертолетов Ми-4 создавались первые в СССР вертолетные полки, в каждом из которых было свыше 30 машин.
Ми-4 нашел широкое применение в гражданской сфере. В конце 50-хх годов с помощью Ми-4 открыли первые регулярные вертолетные авиалинии. Они обслуживали курорты Крыма.
Ми-10
В 1960 году был разработан уникальный «летающий кран» — вертолет Ми-10. Он мог перевозить под собой домики геологов, автобусы и разную спецтехнику.
Ми-12 (В-12)
До сих пор это самый большой вертолёт в мире – Ми-12. 6 августа 1969 года он установил мировой рекорд, который до сих пор не побит – поднял груз 44 205 кг на высоту 2255 метров.
Ми-8
Ми-8 — самый массовый двухдвигательный самолет в мире. Впервые поднялся в небо в 1961 году и производится в новых модификациях до сих пор. Может перевозить до 36 десантников или 4 тонны груза на расстояние до 1000 км. Изначально создавался для комфортной перевозки пассажиров.
Ми-24
Ударный вертолет Ми-24 взлетел в 1969 году и стал вторым в мире после американской «Кобры» специальным боевым вертолетом. Принимал активное участие в военной компании в Афганистане.
Ми-26
Крупнейший в мире серийный транспортный вертолет Ми-26 вышел в 1977 году и производится до сих пор. В отличие от гиганта Ми-12, этот вертолет был выполнен по классической одновинтовой схеме. Уникальные лопасти были сделаны из титановой втулки и стеклопластика. Всего на винт установили 8 лопастей диаметром 28 метров.
Вертолет мог поднять 20 тонн груза или 70 десантников. Объем топливных баков составлял 12 000 литров и вертолет мог летать более чем на 2000 км.
Вертолёты имени Камова
Николай Камов (1902-1973) – советский авиаконструктор и создатель легендарных соосных вертолётов серии «Ка». Как и Михаил Миль, Камов был родом из Иркутска.
Ка-8 «Иркутянин»
Первый вертолёт Николая Камова поднялся в воздух в 1947 году. Это был маленький одноместный соосный вертолёт без хвостовой балки Ка-8. Соосная схема с разнонаправленно вращающимися винтами позволяла облегчить конструкцию и сделать её очень компактной. Это был легкий вертолёт без кабины.
Ка-15
Для нужд военно-морского флота на основе бескабинных Ка-8 и Ка-10 был разработан вертолет Ка-15. Первый полет Ка-15 совершил в 1953 году.
Этот вертолет изначально создавался как противолодочный, разведчик и связист. Испытания проходили на кораблях Черноморского флота в Феодосии (Крым).
Соосная схема расположения двух винтов давала неоспоримые преимущества для корабельного вертолета – компактность, устойчивость к порывам ветра и качке.
Ка-22
Вертолёт Ка-22 был машиной с поперечной схемой расположения несущих винтов. Был разработан в ОКБ им. Камова в 1960 году. Каждый винт приводился в движение турбовинтовым двигателем мощностью по 5900 л.с. каждый.
Этот вертолет изначально проектировался для транспортировки баллистических ракет. Но такая схема оказалась сложна в управлении. Погибли два экипажа. Было принято решение не пускать его в серию.
Ка-25
Вертолет Ка-25 стал первым советским специализированным противолодочным вертолетом и первым боевым вертолетом, изначально проектировавшимся под боевое применение. Этот вертолет взлетел в 1965 году.
Ка-25 мог подолгу зависать на одном месте, сбрасывать противолодочные бомбы, искать подлодки с помощью гидроакустических буёв. Винты могли складываться, что делало машину еще более компактной.
Ка-26
Уникальный вертолет Ка-26 имел модульную конструкцию фюзеляжа. Впервые взлетел в 1965 году. Задний отсек менялся, в зависимости от назначения вертолета. Это мог быть спасательный или противопожарный вертолет, воздушный кран, пассажирский или санитарный вертолет.
Ка-50 «Чёрная акула»
Первый в мире одноместный боевой вертолет соосной схемы Ка-50 поднялся в воздух в 1982 году. Это был ответ на американский «Апач», выпущенный в 1975 году.
Большая часть действий пилота по управлению автоматизировалась с помощью ЭВМ, а соосная схема делала вертолет очень устойчивым и маневренным в полете. Кабина была бронированной и выдерживала попадание пуль большого калибра. Вертолет мог лететь с огибанием рельефа местности, в том числе в автоматическом режиме.
На смену Ка-50 в 90-х годах пришел более современный Ка-52, в котором уже находилось два члена экипажа.
