Автожир

Ротор, вал и двигатель автожира VPM M-16

Винтокрыл, который имеет подключаемый привод несущего винта от двигателя, — занимает промежуточное положение между автожиром и вертолётом.

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.

Rotabuggy — лёгкий автомобиль с установленным ротором автожира

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

Buhl A-1 Autogyro — Etienne Dormoy (1931)

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
• Avian 2/180

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.

Современный лёгкий автожир с закрытой кабиной Xenon-2

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 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].

Автожиры, в некотором отношении, превосходят самолёты и вертолёты по безопасности полёта. 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, что тоже важно для безопасности полёта, особенно при вынужденной посадке в незнакомом месте.

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, благодаря отсутствию сложной трансмиссии; теоретически автожиры также более экономичны, чем вертолёты[5]. Типичные автожиры 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 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.

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

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. Начиная с 2003 года выпуск этих аппаратов быстро увеличивался и сейчас составляет более 300 машин в год[8].

Классификация

Автожир Avro Rota Mk 1 (Cierva Autogiro C30 A) ‒ классический автожир с тянущим винтом, 1930-е

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.

• Аппарат в среднем гораздо дешевле лёгких самолётов и вертолётов;
• Управлять автожиром проще, чем самолётом и вертолётом;
• Один из самых безопасных летательных аппаратов, что обусловливают следующие его особенности:
  • не подвержен штопору;
  • способен совершать мягкую посадку с неработающим двигателем;
  • малы требования к площадке для посадки;
  • гораздо менее чувствителен к термическим потокам (по сравнению с дельтапланом и парапланом);
  • менее чувствителен к турбулентности (по сравнению с самолётом).

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.

Автожир КаСкр-1 «Красный инженер»

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:

• Компания «За облака» — модель Gyro-GT
• АэроКазачок — модель Казачок
• ИАПО — модель А002 «Иркут»
• «Аэро-Астра» — модель «Охотник»
• Твистер-клуб — модель «Твист»
• АвиаМастер — модель «Инспектор»
• «Группа компаний МРТ» — автожиры марки Xenon для туристических полётов, патрулирования газо- и нефтепроводов, мониторинга лесных пожаров, охраны границ[10].

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].

• Братухин И. П. Автожиры. Теория и расчёт. — Госмашметиздат, 1934. — 110 с.
• Жабров А. А. Автожир и геликоптер. — 2-е изд. — ЦС ОСОАВИАХИМа СССР, 1939.
• Rotorcraft Flying Handbook, FAA Manual H-8083-21, Chapters 15-22. Washington, DC: Flight Standards Service, Federal Aviation Administration, U.S. Dept. of Transportation, 2001. ISBN 1-56027-404-2.
• Andreas G. Stuetz. Weltflug: The Gyroplane Dream (англ.). — Createspace Independent Pub, 2013. — ISBN 978-1-4937-6094-7.

• Русскоязычный форум по автожирам (рус.)
• Русскоязычный форум по автожирам (рус.)
• Видеосеминар по автожирам для начинающих (рус.)
• А. Щербаков, «Танцуем Твист?» — статья про достоинства и недостатки автожиров.