Автожир

Автожир – одно из винтокрылых летательных средств, относящееся к классу малой авиации. Со времени изобретения этого удивительного и необычного аппарата прошло уже почти сто лет. За эти годы интерес к автожирам пережил несколько волн подъёма и падения. Последний бум в развитии этих транспортных средств начался с наступлением нового тысячелетия. Прежде всего, это связано с научно-техническим прогрессом, позволившим создавать более лёгкие, экономичные и безопасные модели. Именно безопасность эксплуатации является основным преимуществом автожиров перед другими летательными аппаратами малой авиации, что в немалой степени явилось причиной роста популярности этой техники в последние годы.

В переводе с греческого «автожир» состоит из двух слов – «сам» и «круг». На Западе к этим аппаратам больше применяется наименования «гироплан» («планирующий круг»), и «гирокоптер». Все эти названия в той или иной мере указывают на особенности передвижения летательного аппарата. В основе принципа работы автожира лежит эффект авторотации несущего винта.

Общая конструкция автожира

По своей конструкции автожиры представляют собой в некотором роде гибрид вертолёта и самолёта. Подобно самолёту, автожир имеет тянущий или толкающий винт, который сообщает ему скорость в горизонтальном направлении. С вертолётом же его роднит наличие несущего винта, с помощью которого автожир удерживается в воздухе.

autugurupmotor

 

Первые автожиры строились с передним расположением двигателя и винта (тянущий винт), что имело свои преимущества. Например, при аварии с ударом передней частью аппарата о землю, расположенный позади пилота двигатель может сорваться с креплений и травмировать его, что исключено при переднем расположении мотора. Также, расположенный спереди мотор лучше охлаждается набегающим потоком воздуха.

Однако, в конструкции современных автожиров в большинстве случаев применяется заднее расположение двигателя и пропеллера (толкающий винт). Такой выбор объясняется улучшенным обзором с места пилота и возможностью сделать конструкцию более компактной и управляемой, благодаря смещению центра тяжести к середине аппарата. А это немаловажный фактор для ультралёгкого летательного аппарата (автожира до 115 кг), которые составляют большинство современных гиропланов.

Принцип работы

Несмотря на внешнее сходство с лёгкими самолётами и вертолётами, гиропланы имеют принципиальные отличия от них по способу передвижения. Уникальность принципа работы автожира состоит в использовании эффекта авторотации несущего пропеллера для поддержания летательного аппарата в воздухе. Этим и объясняются уникальные свойства автожиров – экономичность и безопасность. Так, автожир массой до 115 кг, т.е. принадлежащий к сверхлёгкому классу, тратит на 100 км полёта со скоростью 100 км/ч порядка 15 л топлива. Это намного меньше, чем расходуют на преодоление такого же расстояния лёгкие самолёты и вертолёты.

Слово «экономичность» можно применить и к ВВП, необходимой для взлёта автожира. Большинству автожиров для взлёта требуется не более 50 м взлётного пространства, а посадку они могут осуществлять «в точку». Взлёт осуществляется за счёт силы тянущего (толкающего) винта, как и у самолёта. Но здесь имеется одно отличие – современные автожиры полностью крыльев. Если аппараты времён второй мировой войны ещё сохраняли рудиментарные плоскости, то современные конструкторы гиропланов полностью отказались от этого «пережитка».

Лёгким автожирам крылья были бы только лишней обузой – с задачами поддержания аппарата в воздухе отлично справляется большой несущий винт, расположенный, как и у вертолёта, наверху корпуса. Казалось бы, всё понятно – двигатель по-вертолётному раскручивает несущий винт, который и создаёт за счёт своих лопастей подъёмную тягу. Однако здесь имеется одно «но» — несущий винт гироплана в большинстве случаев вообще не имеет никакого двигателя. А если и имеет небольшой мотор, или привод от тянущего двигателя – то лишь для сокращения разбега при взлёте. Остальной же полёт происходит безо всякого их участия.

Суть эффекта авторотации

Но каким же образом создаётся подъёмная сила, как работает автожир без двигателя несущего винта? Здесь следует обратиться к аэродинамике. Как известно, подъёмная сила крыла самолёта создаётся за счёт разницы давления под ним и над ним. При этом за счёт особой формы крыла снизу создаётся область высокого давления, которая и толкает крыло, а с ним и самолёт, вверх. Аналогично работает и пропеллер: лопасти, расположенные под некоторым углом, при раскручивании винта начинают забирать воздух под себя, создавая позади повышенное давление, толкающее летательный аппарат либо вперёд (у самолёта), либо вверх (у вертолёта) – всё зависит от расположения винта относительно горизонтальной плоскости.

То есть, вертолётный винт заменяет крыло, создавая подъёмную тягу. При этом несущий пропеллер должен раскрутиться до определённой скорости, и неважно за счёт чего она будет достигнута. Поэтому на автожирах нет двигателя, вращающего верхний пропеллер во время полёта – он разгоняется до нужной скорости под действием потока набегающего воздуха при движении вперёд. Раскручиваясь до нужных параметров, несущий винт начинает создавать достаточную подъёмную силу для удержания летательного аппарата в воздухе. В качестве грубого примера: если поместить на крышу автомобиля пропеллер с лопастями, расположенными под нужным углом, и разогнаться, то пропеллер начнёт вращаться под действием воздушного потока. При этом лопастями будет создаваться подъёмная сила, тянущая автомобиль вверх – чем больше скорость движения, тем быстрее крутится винт, и тем сильнее тянет автомобиль вверх. Кстати, подобные «автожиромобили» создавались в Великобритании в 1943 году: их предполагалось использовать для высадки десанта в Нормандии. Сбрасываемые с бомбардировщиков армейские джипы с установленным пропеллером планировали над землёй, выбирая удобную точку для приземления. Раскручивающийся винт удерживал машину с десантом в воздухе до 10 минут, а при приземлении обеспечивал мягкую посадку.

Этой особенностью и решили воспользоваться первые создатели автожиров. Новый летательный аппарат снабжался тянущим пропеллером, разгоняющим его до необходимой скорости. При этом свободно прикреплённый к корпусу, с помощью подшипника, верхний пропеллер приобретал скорость за счёт набегающего воздуха и создавал вертикальную тягу. Этот эффект получил название «авторотация» — «самостоятельное вращение». В этом и состоит главное отличие, как работает автожир и вертолёт.

Авторотация и безопасность полёта

Впрочем, подобный эффект используется и на вертолётах, во время аварийной посадки. При отказе несущего двигателя пилоты вертолёта переводят винт в режим авторотации. При этом пропеллер, имея значительный запас кинетической энергии продолжает вращаться, удерживая машину. Благодаря авторотации значительно замедляется скорость падения винтокрылой машины, позволяя смягчить посадку. Но у автожира, в отличие от вертолёта, такой режим полёта вовсе не аварийный, а штатный. Воздушный винт в режиме авторотации не требует расходов горючего, ему не нужен двигатель.

Даже в случае отказа толкающего вперёд двигателя и потери аппаратом скорости, несущий винт способен исполнить роль парашюта. Если в подобной ситуации самолёт обычно валиться в штопор, а вертолёт идёт вертикально вниз, то гироплану она практически ничем не грозит. Пилот автожира полностью сохраняет все функции по управлению аппаратом, выбирая точку приземления. В этой особенности и заключается безопасность полётов на автожире – чем выше скорость снижения, тем быстрее раскручивается несущий винт, удерживая аппарат в воздухе.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *