Среди современных летающих аппаратов особой популярностью пользуется бескрылая техника. Что такое автожир (autogyro) или, как еще его именуют, вертоплан, жироплан? Все эти термины относятся к одному и тому же бескрылому летательному аппарату с двумя винтами (горизонтальным и вертикальным оперением). На Западе легкий винтокрылый агрегат принято называть гироплан, ротоплан, гирокоптер. Все названия отражают принцип, благодаря которому эта уникальная техника успешно удерживается в воздушном пространстве.
Этот летательный аппарат был изобретен в 1919 году испанским инженером Хуаном де ла Сиерва. Его автожир впервые увидел небо весной 1923 года. Возобновился интерес к ротопланам с конца 1950 гг благодаря Игорю Бенсену, который продавал винтокрылые летательные аппараты собственного производства. Его изобретения были простейшими одноместными жиропланами облегченной конструкции и продавались комплектами для самостоятельной сборки. Единственная модель гироплана, переименованная на pegasus, которая сохранилась до наших дней, находится у жителя Калифорнии.
Конструктивные особенности и принцип действия жироплана похожи с планером, самолетом, дельталетом или мотодельтапланом. Подъемная мощность обеспечивается встречным воздушным потоком, а роль крыльев исполняет несущий свободновращающийся винт (ротор). Эта особенность обеспечивает горизонтальный полет автожира, за счет чего он держится на воздухе. Общий шаг винта регулируется производителем, при эксплуатации изменению не подлежит.
Поступательное движение осуществляется тянущим усилием маршевого двигателя гироплана, если он расположен спереди, и толкающим действием, когда мотор находится сзади. Чтобы запустить движение лопастей ротора, то есть для вращения винта, требуется только воздушный поток, что и называется режимом авторотации. Сопротивление винта в воздухе раскручивает пропеллер, благодаря чему срабатывает аэродинамический принцип, запускающий трансмиссию, и гироплан начинает свободно планировать.
Стандартные автожиры с вертикальным взлетом могут управляться и перемещаться относительно трех пространственных осей: продольной, поперечной, вертикальной. Путевое управление винтокрылого аппарата осуществляется рулем направления, который закреплен на хвостовой части фюзеляжа. Наклон плоскости вращения несущего винта, за счет чего выполняется требуемый угол тангажа, достигается отклонением ручки управления жироплана.
Принцип движения педалей и ручки гироплана подчинен инстинктивным манипуляциям человека для сохранения равновесия во время полета, как и при управлении самолетом. Перемещение ручки в какую-либо сторону влечет за собой отклонение оси несущего винта в том же направлении, за счет чего осуществляется поворот жироплана. В механизме управления гироплана задействованы еще вилки с наконечниками.
Классические автожиры передвигаются в воздушном пространстве со скоростью в среднем 120 км/ч при расходе топлива около 15 л на 100 км. Развивать быстроту полета жиропланы способны от 25 до 180 км/ч, рекордная отметка темпа перемещения в воздухе была зафиксирована в 207 км/ч. В связи с этими характеристиками, автожир можно сравнить с автомобилем по экономичности расхода топлива и скорости с той лишь разницей, что передвигается он по воздуху.
В основном аэродинамический полет на автожире проходит в штатном режиме. Не зря жироплан причисляется к самым безопасным, промежуточным между вертолетом и самолетом, летательным аппаратам. Однако случаются и с автожиром нештатные ситуации, такие как разгрузка ротора, обледенение, мертвая зона авторотации, кувырок. Главным достоинством жироплана является то, что при потере скорости, отказе двигателя или любых сбоях в управлении он способен совершить безопасную посадку.
Жиропланы используют для быстрого перемещения вместо автомобилей. Преимуществом автожира перед наземными транспортными средствами выступает полная свобода при совершении маневров и отсутствие пробок. Жироплан идеально подходит для кратковременных развлекательных и туристических воздушных прогулок. Для этих целей предпочтительней модели, рассчитанные на двух или трех пассажиров.
Гиропланы применяют для военных и деловых полетов с целью осмотра определенной территории, контролирования нефтепроводов, охраны пограничных зон, мониторинга возгорания в лесных массивах. Современный гирокоптер с камерой применяют для аэрофотосъемок либо воздушных видеосъемок, благодаря широкому обзору и низкой вибрации в отличие от вертолетов.
Стремительное развитие авиации в начале XX века привело к появлению самых разнообразных летательных агрегатов. Советский жироплан был разработан и сконструирован Н.И. Камовым. Первый полет на этом автожире под названием КАСКР-1 «Красный инженер» был совершен в 1929 году пилотом-испытателем в компании самого конструктора. В настоящий период в России разработка автожиров производится несколькими ведущими компаниями: «За облака», «Аэро-Астра», «АвиаМастер».
По прошествии нескольких десятков лет после создания первых жиропланов философия постоянного совершенствования повлекла за собой изобретение автожира с закрытой кабиной. Современные гиропланы, кроме элегантного дизайна, отличает усовершенствованная конструкция механизмов взлета, приземления и управления винтокрылым летательным аппаратом во время полета, обеспечивающая ему безопасность.
По принципу размещения маршевого винта гиропланы классифицируются на два типа: с тянущим и толкающим винтом. Первый вариант летательных агрегатов имеет лучшую возможность охлаждения двигателя, благодаря винтовому обдуву. Преимуществом моделей автожиров с тянущим винтом является их безопасность при механическом воздействии на носовую часть во время аварии. Достоинством конструкции жиропланов с толкающим винтом выступает лучший обзор из кабины.
Большинство современных автожиров оборудованы механизмом предварительной раскрутки втулки ротора. При подобном варианте конструкции ротор раскручивается до разбега винтокрылого летательного аппарата. Предварительная раскрутка винта жироплана существенно укорачивает его разбег и при встречном потоке ветра подъем возможен с места. Короткий взлет гироплана является самым приемлемым вариантом при отсутствии в России легкодоступных аэродромов. Модели с прыжковым взлетом, к примеру, как жироплан Cartercopter, универсальны.
sovets.net
Долгие годы автожиры считались очень опасными летательными аппаратами. Да и сейчас 90% летающих полагают, что автожиры смертельно опасны. Самое популярное высказывание об автожирах: "Они соединяют в себе недостатки самолетов и вертолетов". Конечно же, это не так. Достоинств у автожиров достаточно. Так откуда же мнение о колоссальной опасности автожиров? Сделаем короткий экскурс в историю. Автожиры были изобретены в 1919 году испанцем де ла Сиервой. Сделать это, по легенде, его побудила гибель его друга в самолете. Причиной катастрофы стало сваливание (потеря скорости и потеря подъемной силы и управляемости). Именно желание сконструировать ЛА, не боящийся сваливания, и привела его к изобретению автожира. Выглядел автожир Ла Сиервы вот так: По иронии судьбы, Ла Сиерва сам погиб при крушении самолета. Правда, пассажирского.Следующий этап связан с Игорем Бенсеном, американским изобретателем, который в 50-е годы придумал конструкцию, легшую в основу практически всех современных автожиров. Если автожиры Сиервы были, скорее, самолетами с установленным ротором, то автожир Бенсена был абсолютно другим:
Как видим, тракторное расположение двигателя сменилось на толкающее, а конструкция радикально упростилась. Вот это радикальное упрощение конструкции и сыграло злую роль с автожирами. Они стали активно продаваться в виде китов (наборов для самостоятельной сборки), делаться "умельцами" в гаражах, активно облетываться без какого-нибудь инструктажа. Результат понятен. Смертность на автожирах достигла небывалых отметок (примерно в 400 раз выше, чем на самолетах - даю по английской статистике нулевых годов, в нее как раз попали ТОЛЬКО автожиры бенсеновского типа, различного рода самоделки). При этом особенности управления и аэродинамики автожира толком изучены не были, они оставались экспериментальными аппаратами в самом худшем смысле этого слова. В результате при их конструировании часто допускались серьезные ошибки. Посмотрите на этот аппарат:
Вроде бы, внешне похож на современные автожиры, фотографии которых я приводил в первом посте. Вроде бы, да не похож.
Во-первых, у RAF-2000 не было горизонтального оперения. Во-вторых, линия тяги двигателя проходила значительно выше вертикального центра тяжести. Двух этих факторов хватало, чтобы сделать этот автожир "смертельной ловушкой", Позже, во многом благодаря катастрофам RAF, люди изучили аэродинамику автожира и нашли "подводные камни" этого, казалось бы. совершенного летательного аппарата. 1. Разгрузка ротора. Автожир летает благодаря свободно вращающемуся ротору. Что произойдет, если автожир попадет в состояние временной невесомости (восходящий поток воздуха, верхняя точка "бочки", турбулентность и т.д.)? Обороты ротора упадут, вместе с ними упадет подъемная сила... Казалось бы, ничего страшного, ибо такие состояния длятся недолго - доли секунды, секунду максимум. 2. Да, ничего страшного, если бы не высокая линия тяги, которая может привести к силовому кувырку (PPO - power push-over).
Да, это опять рисовал я ;)) На рисунке видно, что центр тяжести (CG) расположен значительно ниже линии тяги (thrust) и что сопротивление воздуха (drag) тоже приложено ниже линии тяги. В результате возникает, как говорят в авиации, пикирующий момент. Т.е., автожир норовит кувыркнуться вперед. В обычной ситуации ничего страшного - пилот не даст. Но в ситуации разгрузки ротора пилот уже не управляет аппаратом, и тот остается игрушкой в руках могучих сил. И кувыркается. Причем происходит это зачастую очень быстро и неожиданно. Только что летел и наслаждался видами, и вдруг БАЦ! и ты уже в неуправляемой жестяной банке с палками падаешь вниз. Без шансов восстановить управляемый полет - это тебе не самолет или дельталет. 3. Кроме того, у автожиров есть еще диковинные штуки. Это PIO (pilot induced oscillations - спровоцированная летчиком продольная раскачка). В случае с нестабильными автожирами это очень вероятно. Дело в том, что автожир реагирует несколько замедленно. Поэтому может случиться ситуация, в которой пилот устроит этакую "раскачку" - пытаясь погасить колебания автожира, он на самом деле их усиливает. В результате колебания "вверх-вниз" нарастают, и аппарат переворачивается. Впрочем, на самолете тоже возможна PIO - простейшим примером будет известная привычка начинающих пилотов бороться с "козлом" резкими движениями ручки. В результате амплитуда "козла" только увеличивается. На нестабильных автожирах эта самая раскачка очень опасна. На стабильных лечится очень просто - нужно бросить "ручку" и расслабиться. Автожир сам вернется в спокойное состояние.
RAF-2000 был автожиром с очень высокой линией тяги (HTL, high thrust line gyro - автожир с высоким прохождением линии тяги), бенсеновские - с низкой линией тяги (LTL, low thrust line gyro - автожир с низким прохождением линии тяги). И поубивали на пару очень, очень, очень много пилотов.
4. Но даже на этих автожирах можно было бы летать, если бы не другая обнаруженная штука - оказывается, автожиры управляются совсем не как самолеты! В комментах к прошлому посту я описывал реакцию на отказ двигателя (ручку от себя). Так вот, в нескольких статьях я прочитал о прямо противоположном!!! В автожире при отказе двигателя нужно срочно подгрузить ротор, дав ручку НА СЕБЯ и УБРАВ ГАЗ. Надо ли говорить, что чем опытнее пилот самолета, тем мощнее в его подкорке сидит рефлекс: при отказе ручку от себя и газ на максимум. В автожире, особенно нестабильном (с высокой линией тяги), такое поведение может привести к тому самому силовому кувырку. Но это не все - у автожиров очень много разных особенностей. Все из них я не знаю, ибо сам еще не прошел курс обучения. Но многие известны - автожиры не так любят "педальки" на посадке (скольжение, с помощью которого "самолетчики" часто "травят высоту"), не переносят "бочки" и много чего еще. Т.е., на автожире жизненно важно учиться у грамотного и опытного инструктора! Любые попытки самостоятельно освоить автожир смертельно опасны! Что не мешает огромному количеству людей по всему миру строить и строить свои табуретки с винтом, самостоятельно их осваивать и регулярно на них биться.
5. Обманчивая простота. Ну и крайний подводный камень. Автожиры очень просто и приятно управляются. Многие совершают самостоятельные вылеты на них через 4 часа обучения (я на планере вылетел на 12-м часу, раньше 10-ти это вообще редко бывает). Посадка гораздо проще, чем на самолете, трясет несравнимо меньше - вот и теряют люди чувство опасности. Думаю, эта обманчивая простота убила не меньше народу, чем кувырки с раскачками. У автожира есть свой "flying envelope" (летные ограничения), которые необходимо соблюдать. Ровно как и в случае с любым другим летательным аппаратом.
Игры до добра не доводят:
Ну вот и все ужасы. На каком-то этапе развития автожиров казалось, что все кончено, и автожиры так и останутся уделом энтузиастов. Но случилось совершенно обратное. Нулевые годы стали временем колоссального бума автожиростроения. Причем бума ФАБРИЧНЫХ автожиров, а не самодельных и полусамодельных китов.. Бума настолько сильного, что в 2011 году в Германии было зарегистрировано 117 автожиров и 174 ультралегких самолета/дельталета (соотношение, немыслимое еще в 90-е). Что особенно приятно, лшидеры этого рынка, возникшего лишь недавно, демонстрируют отличную статистику безопасности. Кто эти новые герои-автожиростроители? Что они такого придумали, чтобы компенсировать, казалось бы, огромные недостатки автожиров? Об этом в следующей серии ;)
andreysemenov.livejournal.com
| 1. | Состав экипажа | 1+1 | 1+1 | 1+1 |
| 2. | Двигатель автожира | ROTAX 912 / 914 | ROTAX 912 / 914 | ROTAX 912 / 914 |
|
| Мощность двигателя, л.с. | 100 / 115 | 100 / 115 | 100 / 115 |
| Топливо | АИ-95 | АИ-95 | АИ-95 | |
| Расход топлива (эконом. режим), л/ч | 14,2 / 17,1 | 14,2 / 17,1 | 14,2 / 17,1 | |
| 3. | Винт автожира (маршевый винт) | HTC 3B | НТС 3В | HTC 3B |
| 4. | Геометрические размеры |
|
|
|
|
| длина, м | 5,08 | 4,78 | 4,73 |
| ширина, м | 1,88 | 1,73 | 1,77 | |
| высота, м | 2,71 | 2,77 | 2,77 | |
| 5. | Ограничения массы/веса |
|
|
|
|
| максимальный взлетный вес, кг | 495 | 495 | 495 |
| пустой вес, кг | 241 | 262 | 250 | |
| полезная нагрузка, кг | 254 | 233 | 245 | |
| макс. загрузка кресла пилота, кг | 125 | 125 | 110 | |
| мин. загрузка кресла пилота, кг | 60 | 65 | 60 | |
| макс. загрузка кресла пассажира, кг | 129 | 125 | 110 | |
| макс. суммарная загрузка кабины, кг | - | - | 200 | |
| 6. | Емкость топливных баков, л | 68 (34+34) | 75 (39+36) | 100 |
| 7 . | Перегоночная дальность, км | 450 | 500 | 680 |
| 8. | Ротор автожира (несущий винт) |
|
|
|
|
| модель (профиль лопасти) | NACA 8h22 | NACA 8h22 | NACA 8h22 |
| диаметр, м | 8,4 (8,8) | 8,4 (8,8) | 8,4 (8,8) | |
| площадь, ометаемая ротором, м | 55,4 (60,8) | 55,4 (60,8) | 55,4 (60,8) | |
| нагрузка на ротор, кг/м | 8,1 | 8,1 | 8,1 | |
| 9. | Диапазон скоростей |
|
|
|
|
| максимально допустимая, км/ч | 185 | 190 | 175 |
| минимальная эволютивная, км/ч | 30 | 30 | 30 | |
| минимальная горизонтального полета, км/ч | 0 | 0 | 0 | |
| скорость взлета, км/ч | 35 | 45 | 45 | |
| скорость посадки, км/ч | 0-35 | 0-40 | 0-40 | |
| 10. | Скороподъемность набора, м/с | 6 | 6 | 5,5 |
| 11. | Длина разбега автожира |
|
|
|
|
| при стандартных условиях, м | 80-120 | 80-120 | 80-120 |
| при встречном ветре, м | 0-40 | 0-40 | 0-40 | |
| 12. | Длина пробега, м | 0-20 | 0-20 | 0-20 |
| 13. | Ограничения перегрузки | от -1 до +3 | от -1 до +3 | от -1 до +3 |
| 14. | Ограничения ветра, взлет/посадка |
|
|
|
|
| встречный, м/с | до 20 | до 20 | до 20 |
| боковой под 90 , м/с | 15 | 15 | 15 | |
| попутный, м/с | 2 | 2 | 2 | |
| 15. | Температура окружающего воздуха, С | от -20о до +40о | от -20о до +40о | от -20о до +40о |
auto-gyro.ru
Ротор, вал и двигатель автожира VPM M-16
Винтокрыл, который имеет подключаемый привод несущего винта от двигателя, — занимает промежуточное положение между автожиром и вертолётом. Как и вертолёт, автожир обладает несущим винтом для создания подъёмной силы, однако винт автожира свободно вращается под действием аэродинамических сил в режиме авторотации. 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. Кроме несущего ротора, автожир обладает ещё и тянущим или толкающим маршевым винтом (пропеллером), который сообщает автожиру горизонтальную скорость.
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 (англ.)русск. совершил свой первый полёт 9 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 (англ.)русск.[3] в США активно пропагандировал гирокоптеры собственной конструкции — лёгкие одноместные простейшие автожиры, которые продавались в виде наборов для самостоятельной сборки и были доступны по цене широкому кругу желающих. Кроме того, на рубеже 1960-х годов в США и Канаде были разработаны и получили сертификаты типа три модели двухместных автожиров с прыжковым взлётом:
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 легкий 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[источник не указан 827 дней] 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 (нем.)русск.. Начиная с 2003 года выпуск этих аппаратов быстро увеличивался и сейчас составляет более 300 машин в год[8].
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.
Некоторые автожиры способны к прыжковому взлёту. При этом лопасти несущего винта ставятся горизонтально (в малый общий шаг), винт раскручивается до оборотов, превышающих номинальные полётные, затем его лопасти поворачиваются в полётный шаг. Взлёт происходит по вертикали за счёт накопленной энергии винта. Осуществление такой схемы требует значительного усложнения конструкции втулки ротора и утяжеления лопастей, поэтому автожиры с прыжковым взлётом мало распространены.
Многие автожиры оснащены предварительной раскруткой ротора. В этом случае ротор раскручивается до начала разбега автожира (через передачу от маршевого двигателя или от отдельного привода). Предварительная раскрутка значительно сокращает длину взлётного разбега автожира, а при встречном ветре взлёт происходит почти «с места».
Разрабатываемый американским энтузиастом Джеем Картером шестиместный автожир CarterCopter (англ.)русск. с прыжковым взлётом обладает уникальной возможностью замедлять вращение несущего винта на больших скоростях, при этом несущая сила обеспечивается крылом небольшого размаха, разница в подъёмной силе идущих вперёд и назад лопастей становится неактуальна. За счёт этого возможен разгон до уникальных для винтокрылой техники скоростей за 600 км/ч. Первый полет 24.09.1998 года, крушение 17.06.2005 года. Проект переименован в Carter Personal Air Vehicle.
Основным минусом автожиров является более низкий КПД использования силовой установки, из-за чего при равном полетном весе и скорости автожиру требуется более мощный двигатель, чем самолету или дельталету.
У автожира с двухлопастным несущим ротором есть несколько специфичных опасных режимов полета (разгрузка ротора, кувырок, мертвая зона авторотации и пр.), которые нельзя допускать при полете 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.
Полеты на автожире в условиях обледенения представляют большую опасность, поскольку при обледенении ротора он быстро выходит из режима авторотации, что приводит к падению.
Современный лёгкий автожир Arrow-Copter AC-10 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:
В сентябре 2011 года в ходе стратегических учений Центр-2011 на полигоне «Чебаркуль» совладелец «МРТ-АВИА» Роман Путин провел презентацию последней модели гироплана Дмитрию Медведеву[11].
www-wikipediya.ru
Боевой автожир Камова А-7-3.
Сегодня поговорим еще об одном типе винтокрылых летательных аппаратов. Этот агрегат носит довольно странное, на первый взгляд, для русского уха название — автожир. На самом деле ничего странного в этом слове нет. Просто оно имеет нерусское происхождение и образовано от греческих слов αύτός — сам и γύρος — круг. Название автожир чаще применяется в России. На западе более распространены названия гироплан, гирокоптер и ротаплан
Но, вобщем-то, все эти названия достаточно близки и характеризуют принцип полета или точнее будет сказать принцип, с помощью которого этот интересный аппарат успешно держится в воздухе. Это принцип авторотации. О нем мы уже говорили применительно к вертолету. Но для вертолета авторотация — режим аварийный. Вертолет может только снижаться на этом режиме с целью совершить по возможности безопасную посадку. А для автожира — это основной ( и единственно возможный) режим полета.
Способный летать самостоятельно автожир кроме свободного несущего винта имеет двигатель с толкающим или тянущим винтом, который обеспечивает аппарату горизонтальную тягу. При движении вперед как раз и создается встречный воздушный поток, обтекающий несущий винт определенным образом и заставляющий его авторотировать, то есть вращаться, создавая при этом подъемную силу. И именно поэтому зависать на месте (за исключением особых условий большого встречного ветра) или же подниматься строго вертикально подобно вертолету автожир, увы, не может.
Обтекание воздушным потоком несущего винта автожира.
Считается, таким образом, что автожир занимает промежуточное положение между самолетом и вертолетом. Для того, чтобы держаться в воздухе ему нужно движение вперед, но саму подъемную силу создает несущий винт, подобный вертолетному (только без двигателя :-)).Картина обтекания несущего винта у этих аппаратов отличается. Если у вертолета встречный воздушный поток поступает сверху, то у автожира снизу. Плоскость вращения винта при горизонтальном полете у автожира наклонена назад ( у вертолета вперед). Картина обтекания лопастей при этом следующая….
Возникновение вращающей силы на лопасти винта.
Как уже было неоднократно (:-)) сказано при обтекании лопасти (или для простоты ее единичного профиля) образуется аэродинамическая сила, которую можно разложить на силу подъемную (нужную нам) и силу сопротивления (которая, конечно, мешает :-)). Углы атаки (установки лопастей) для существования устойчивой авторотации должны быть в примерном диапазоне 0° — 6° градусов.
В этом диапазоне полная аэродинамическая сила немного наклонена к плоскости вращения лопасти, и ее проекция на эту плоскость как раз и дает нам силу F, которая действует на лопасть, заставляя ее двигаться (вращаться). То есть винт сохраняет устойчивое вращение, создавая при этом подъемную силу, удерживающую аппарат в воздухе.
Из рисунка видно, что чем меньше сопротивление Х, тем больше сила F, вращающая лопасть. То есть поверхность лопасти для хорошего результата должна быть достаточно чистой, или говоря аэродинамическим языком ламинарной. Этим условиям соответствует специальный ламинарный аэродинамический профиль для автожиров разработанный NACA еще в 1949 году NACA 8-H-12. Сейчас он успешно применяется на современных аппаратах.
Аэродинамическая картина обтекания лопастей несущего винта воздушным потоком для автожира такая же, как и для вертолета. О ней я уже рассказал в статье об автомате перекоса вертолета, поэтому здесь коснусь этого только вкратце. Подъемная сила, создаваемая наступающей лопастью (от 0° до 180°), больше, чем отступающей (от 180° до 360°) за счет сложения (либо вычитания) скорости движения лопасти со скоростью движения самого аппарата. Поэтому, если бы лопасти были жестко закреплены во втулке, то на автожир действовал бы опрокидывающий момент ( что и было на самых первых аппаратах :-)). По этой причине лопасти закреплены во втулке шарнирно. Есть горизонтальный (главный в этом случае, я бы сказал :-)) и вертикальный шарниры.
Возникновение переворачивающего момента.
Из-за наличия горизонтального шарнира лопасть при вращении совершает машущие движения с максимальным взмахом в районе 180° и минимальным около 0° – 360°. Это, как мы уже знаем из статьи об автомате перекоса, происходит из-за разных скоростей обтекания воздушным потоком наступающих и отступающих лопастей, а также из-за разных истинных углов атаки на этих лопастях.
Схема взмаха лопастей несущего винта.
Может показаться логичным и управление автожиром сделать по «вертолетному», то есть через автомат перекоса. Но на самом деле это не совсем правильно. Автомат перекоса меняет углы установки лопастей. А для устойчивой авторотации диапазон этих углов достаточно узок (0°-6°, как я уже говорил :-)), можно легко из него выйти и значительно уменьшить аэродинамическое качество винта.
Поэтому управление автожиром производится с помощью непосредственного изменения положения втулки несущего винта, благо, что в этом случае нет ни двигателя, ни массивного редуктора и ротора. Обычно присутствуют уже знакомые вам по этой статье два канала управления: по крену и по тангажу.
Кроме того дополнительно управление автожиром может осуществляться ( и так происходит на самом деле :-)) при помощи аэродинамических рулей. Это обычно руль направления и может быть еще руль высоты.
Как уже было сказано, для подъема в воздух и устойчивого полета несущий винт автожира должен раскрутиться. Это можно осуществить либо за счет предварительного разгона на земле, либо за счет предварительной раскрутки ротора с последующим быстрым (очень коротким) взлетом.
На современных аппаратах достаточно широко (то есть практически всегда 🙂 применяются системы предварительной раскрутки, так как это существенно ускоряет взлет, уменьшая разбег автожира до 10-15, а в некоторых случаях и до 5 метров.По конструктивной сути они возможны следующих типов.
Ручная раскрутка. Тут, собственно, никаких особенностей. Винт раскручивают вручную ( просто руками :-)), после чего пилот садится в кресло и начинает разбег. Способ малоэффективный и неудобный, разбег получается довольно длинный.
Электрическая раскрутка. Это что-то типа стартера двигателя на автомашине. Система достаточно эффективная, но маломощная и тяжеловатая. Один аккамулятор чего стоит.
Следующая система – механическая. Здесь вращающий момент передается на ротор винта от двигателя через муфту сцепления и систему карданных валов. Эта система появилась уже довольно давно, можно сказать на заре «автожиростроения» :-). Она может передавать большой крутящий момент. Но сама по себе довольно сложна и поэтому дорога. К тому же достаточно тяжела. Вместо карданных валов может использоваться гибкий вал, но тогда крутящий момент ограничивается по величине.
Сейчас достаточно большое распространение получила гидравлическая система раскрутки ротора. В этой системе присутствуют два шестеренчатых гидронасоса. Один установлен на двигателе, второй на втулке ротора несущего винта. Второй получает давление от первого и выполняет роль гидромотора, вращая ротор. Такого рода система проста и довольна легка, а крутящие моменты передает большие.
Теоретически вобщем-то можно сказать, что при достаточно больших оборотах раскрутки автожир даже может взлететь с места (по «вертолетному»). Это, конечно, не совсем целесообразно, но в связи с этим нужно сказать, что существует еще один способ взлета. Это так называемый «прыгающий» старт. Он требует усложнение втулки ротора введением устройства управления общим шагом винта. При этом винт с нулевыми углами установки лопастей раскручивается до взлетных оборотов, а потом углы установки резко увеличивают и аппарат «подпрыгивает» вверх, после чего включается в действие маршевый двигатель, а углы установки уменьшаются. Такие аппараты изготавливались в основном в 30-40-х годах прошлого века, но сейчас применения не находят.
Первый советский автожир КАСКР-1.
Вообще именно в 30-х годах теория и практика автожиров прошла первый ( и довольно бурный) этап своего развития. Это был их «золотой век». Изобретателем автожира считается испанский инженер Хуан де ла Сиерва. Первый уверенный полет его автожира С-4 состоялся 9 января 1923 года. В это же время и в СССР проявляли интерес к этим аппаратам. Однако развитие самолетостроения и разработка новых моделей вертолетов свела этот интерес в мире практически на нет. И только в начале 60-х годов прошлого века началось возрождение автожира.
Автожир Pitcairn PCA-2. Изготавливался в Америке по лицензии фирмы Хуана де ла Сиервы.
Итак, автожир. Промежуточное звено между самолетом и вертолетом. Аппарат с массой 🙂 достоинств. Он значительно более легок в управлении, чем самолет или вертолет. Для него нет такого понятия, как штопор для самолета. При потере скорости он просто начинает снижаться, а если остановится двигатель, то совершит мягкую посадку. При этом для посадки автожиру не нужна большая площадка. Он может сесть с очень малым пробегом или даже практически без него. Для автожира с хорошей предварительной раскруткой ротора практически не нужна площадка и для взлета. Интересно, что при достаточно большом встречном ветре автожир может «висеть» в воздухе. Из всего сказанного можно сказать, что это один из самых безопасных летательных аппаратов. При этом стоимость его значительно ниже стоимости самолетов и вертолетов одного с ним класса (что немаловажно в наше время :-)).
Однако ничего идеального не бывает :-). Автожир имеет и недостатки. Первое, это достаточно низкий коэффициент полезного действия для двигателя. Поэтому при прочих равных условиях ему нужен более мощный двигатель, чем, например, самолету.
Второе – это полет в специфичных условиях атмосферы. Конкретно это касается обледенения. В случае, если эта неприятность случается с лопастями ротора несущего винта, винт быстро теряет свои аэродинамические свойства и авторотация становится невозможной. Это очень опасно, ведь средств спасения на этом аппарате нет.
Ну и третье, самое главное. У самого безопасного летательного аппарата все же существуют опасные режимы полета. Это такие, как, например, разгрузка ротора и следующий за ним силовой кувырок. Два эти явления могут привести к печальным последствиям в случае, если линия действия тяги находится выше центра тяжести автожира.
Иллюстрация возможности силового кувырка.
В нормальном полете ротор создает достаточную подъемную силу и аппарат находится в равновесии под действием существующих сил. Но если его, как говорят, «завесить» со значительной потерей скорости, например при выходе из пикирования или выполнения горки, то винт «потеряет» набегающий поток и перестанет авторотировать. Подъемная сила значительно упадет (ротор разгрузится) и сила тяги маршевого винта создаст момент вокруг центра тяжести автожира. Аппарат «кувыркнется».
Аналогичное явление может возникнуть при резкой даче газа двигателю. При этом автожир опускает нос, винт переходит на отрицательные углы атаки, и происходит та же самая разгрузка ротора. А за ней естественно кувырок. Такого рода кувырки хорошим обычно не кончаются :-).
Отсутствие кувырка для классической схемы.
Тут стоит заметить, что автожиры могут быть двух схем. Первая «классическая» с тянущим винтом, когда двигатель расположен впереди пилота и вторая с толкающим винтом. Двигатель здесь, соответственно, сзади. Первая схема сейчас мало применяется, так сказать незаслуженно забыта. А зря!
Для нее явление силового кувырка практически невозможно. Это очень хорошо видно из представленного рисунка. Кроме того расположенный впереди двигатель всегда служит защитой пилоту при неудачной посадке,, что нельзя сказать о движке, расположенном сзади. Может и придавить :-)…
Современные автожиры классической схемы.
Однако надо сказать, что на современных моделях автожиров ( конечно, если это не самодельные аппараты, изготовленные в ближайшем сарае :-)) такого рода аварийные режимы сведены к минимуму (практически исключены :-)). Кроме того существует современная система подготовки и тренировки пилотов.
Современные легкие автожиры.
Современный автожир – это, в основном, одно- или двух местный аппарат, относящийся к категории сверхлегких. Обычно такого рода аппараты находятся в частном использовании, однако в настоящее время они начинают применяться в сельском хозяйстве (это показано в одном из приведенных роликов) и различных госструктурах, например в полиции, для осуществления патрулирования и осмотров местности.
Современный автожир Xenon 2.
Наиболее массовы полеты на автожирах в США. В Европе этим увлекаются меньше, но, вобщем-то, тоже летают немало. Наиболее прогрессивна в этом плане Германия. На ее территории наибольшее количество школ по обучению полетам на автожирах. Время обучения небольшое, порядка 60 часов теории и 20-30 часов практики в зависимости от школы и способностей пилота. Успешно заканчивают обучение обычно все, потому что, как я уже говорил, простота – одно из достоинств автожира. Готовый пилот получает пилотское свидетельство для управления сверхлегким летательным аппаратом европейского образца (UL).
Самому мне полетать на автожире пока еще не удалось. Получилось только «пощупать» :-). Но обязательно постараюсь это сделать. Уж очень заманчиво еще раз испытать это благодатное чувство полета. Посмотрите ролики и сами все поймете :-).
Еще добавлю ролик о полете современной реконструкции автожира Pitcairn PCA-2. Классные вещи люди делают! :-)…
Фотографии кликабельны.
No related posts.
avia-simply.ru
Легкий автожир ДАС-2М.
Разработчик: В.Данилов, М.Анисимов, В.Смерчко Страна: СССР Первый полет: 1987 г.
Впервые автожир ДАС поднялся в воздух в безмоторном варианте, буксируемый автомобилем «Жигули». Произошло это на одном из аэродромов сельхозавиации под Тулой. Но потребовались еще годы, в течение которых конструкторы работали над двигателем, прежде чем опытнейший летчик-испытатель ЛИИ В.М.Семенов после всего одной пробежки поднял ДАС-2М в воздух. Это событие было отмечено в дальнейшем на смотрах-конкурсах СЛА специальным призом ОКБ имени М.Л.Миля. Аппарат, по мнению летчика-испытателя, имеет хорошие летные характеристики и эффективное управление.
Конструкция.
Фюзеляж — ферменный, трубчатый, разборной конструкции. Основным элементом фюзеляжа является рама, состоящая из горизонтальной и вертикальной (пилона) труб диаметром 75 x 1, выполненных из стали 30ХГСА. К ним крепятся буксировочное устройство с замком и приемником воздушного давления, панель приборов, сиденье пилота, снабженное привязным ремнем, устройство управления, трехколесное, с носовым управляемым колесом шасси, установленный на мотораме силовой агрегат с толкающим винтом, стабилизатор, киль с рулем направления, шаровой шарнир несущего винта. Под килем установлено вспомогательное хвостовое колесо диаметром 75 мм. Пилон совместно с подкосами диаметром 38 x 2 длиной 1260 мм, трубчатыми балками главных колес диаметром 42×2 длиной 770 мм, выполненными из титанового сплава ВТ-2, и раскосами диаметром 25 x 1 длиной 730 мм из стали 30ХГСА образуют пространственный силовой каркас, в центре которого размещается пилот. С горизонтальной трубой фюзеляжа и шаровым шарниром несущего винта пилон соединяется с помощью титановых косынок. В районе установки косынок в трубках установлены бужи из дюралюминия В95Т1.
Силовой агрегат — с толкающим винтом. Он состоит из двухцилиндрового оппозитного двухтактного двигателя рабочим объемом 700 см3 с редуктором, толкающим винтом и электростартером, фрикционной муфты сцепления системы предварительной раскрутки несущего винта, бензобака емкостью 8 литров и электронной системы зажигания. Силовой агрегат размещается за пилоном, на моторной раме.Двигатель снабжен дублированной электронной бесконтактной системой зажигания и настроенной выпускной системой.
Толкающий деревянный винт приводится в движение с помощью клиноременного редуктора, состоящего из ведущего и ведомого шкивов и шести ремней. Для снижения неравномерности крутящего момента на редукторе установлены демпферы.
Несущий винт диаметром 6,60 м -двухлопастный. Лопасти, состоящие из стеклопластикового лонжерона, пенопластового заполнения и покрытые стеклопластиком, установлены с одним горизонтальным шарниром на втулке, размещенной на пилоне. У концов лопастей расположены неуправляемые триммеры для регулировки соконусности несущего винта. На оси несущего винта установлены ведомая шестерня редуктора предварительной раскрутки и датчик тахометра несущего винта. Привод редуктора осуществляется с помощью карданно-шлицевых валов, углового редуктора, установленного на пилоне, и фрикционной муфты сцепления, расположенной на двигателе. Фрикционная муфта сцепления состоит из ведомого резинового ролика, закрепленного на оси карданно-шлицевого вала, и ведущего дюралюминиевого барабана, находящегося на оси двигателя. Управление фрикционной муфтой осуществляется с помощью рычага, установленного на ручке управления.
Изменения по крену и тангажу осуществляются ручкой, влияющей на положение нижней вилки управления, связанной тягами с верхней вилкой, что, в свою очередь, приводит к изменению наклона плоскости вращения несущего винта.Путевое управление осуществляется рулем направления, соединенным тросовой проводкой с педалями, которыми управляется и носовое колесо. Для компенсации шарнирного момента руль направления снабжен компенсатором рогового типа. Руль направления и киль симметричного профиля выполнены наборными из 16 фанерных нервюр толщиной 3 мм, сосновых стрингеров 5 x 5 мм, обтянуты перкалем и покрыты нитролаком. Киль установлен на горизонтальной трубе фюзеляжа с помощью анкерных болтов и двух тросовых расчалок.
Шасси автожира — трехколесное. Переднее управляемое колесо размерами 300 x 80 мм связано с педалями с помощью зубчатого редуктора, имеющего передаточное отношение 1:0,6, и снабжено стояночным тормозом барабанного типа диаметром 115 мм.
Панель приборов расположена на ферме буксировочного устройства. На приборной панели установлены указатель скорости, вариометр, высотомер, соединенные с приемником воздушного давления, тахометры несущего и толкающего винтов. На ручке управления находятся тумблер экстренной остановки двигателя и рукоятка управления фрикционной муфтой. Рычаги управления дроссельной заслонкой карбюратора и устройством принудительного разобщения шестерен редуктора системы предварительной раскрутки установлены на сиденье пилота слева. Справа размещен выключатель зажигания. Слева от приборной доски находится тормозной рычаг стояночного тормоза. Привод всех механизмов автожира осуществляется с помощью тросов с боуденовскими оболочками.
ТТХ:
Диаметр несущего винта, м: 6,60Макс. взлетный вес, кГс: 280Вес пустого автожира, кГс: 180Вес топлива, кГс: 7Удельная нагрузка, кГс/м2: 8,2Силовая установка,-мощность, л.с.: 52-макс. обороты винта, об/мин: 2500-диаметр винта, м: 1,46Скорость, км/ч,-взлетная: 40-посадочная: 0-крейсерская: 80-максимальная: 100Скороподъемность, м/с: 2,0.
Автожир ДАС-2М.
Автожир ДАС-2М.
Автожир ДАС-2М.
Автожир ДАС-2М.
Автожир ДАС-2М, вид на силовую установку.
Компоновочная схема ДАС-2М.
.
.
Источник:Моделист-Конструктор № 3 за 2014 г. Ему не нужны крылья.
xn--80aafy5bs.xn--p1ai
Современный лёгкий автожир с открытой кабиной Автожи́р (от греч. αύτός — сам и γύρος — круг) — винтокрылый летательный аппарат, использующий для создания подъемной силы свободновращающийся в режиме авторотации несущий винт.
Другие названия автожира — гироплан (этот термин официально используется FAA), гирокоптер (терминология Bensen Aircraft[en]).
Ротор, вал и двигатель автожира VPM M-16 Винтокрыл, который имеет подключаемый привод несущего винта от двигателя, — занимает промежуточное положение между автожиром и вертолётом. Как и вертолёт, автожир обладает несущим винтом для создания подъёмной силы, однако винт автожира свободно вращается под действием аэродинамических сил в режиме авторотации. 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. Кроме несущего ротора, автожир обладает ещё и тянущим или толкающим маршевым винтом (пропеллером), который сообщает автожиру горизонтальную скорость.
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 (англ.)русск. совершил свой первый полёт 9 января 1923 года.
ru-wiki.ru
