Сначала он обратился к орнитоптеру и геликоптеру. Принципы их полета были известны еще с древности, но на практике никто так и не смог построить нормально летающий аппарат, хотя попытки были. На орнитоптере — летательной машине тяжелее воздуха, получающей подъемную силу за счет машущих крыльев, подняться в небо никому не удалось. Идея же геликоптера, основанная на получении подъемной силы за счет вращения винта, приводимого в движение двигателем, оказалась более реальной.
В начале 20-х годов 20 века многие развивали эту идею, но до летающей винтокрылой машины было еще далеко. Первый геликоптер, который поднялся в воздух с человеком на борту, был построен братьями Бреге. Однако подъем был условным: четыре человека с шестами обеспечивали устойчивость машины. Первый же «свободный» подъем осуществил Поль Корню, который 13 ноября того же 1907 года поднялся на своей машине на несколько метров без какой-либо поддержки с земли. После Первой мировой войны работы! в области геликоптеростроения велись почти во всех промышленно развитых странах. Однако эти летательные аппараты поднимались на высоту всего лишь нескольких метров и совершали полеты на незначительные расстояния. Причинами медленного улучшения летных характеристик геликоптеров были сильные вибрации, плохая управляемость и устойчивость, невозможность планирования при остановке двигателя.
Проанализировав уже накопленный опыт создания винтокрылых аппаратов, Сиерва пришел к выводу, что проблему безопасности в значительной степени можно решить, если удастся создать систему крыльев, которые двигались бы относительно аппарата (были с ним конструктивно связаны) и, более того, поддерживали бы это относительное движение без двигателя. По утверждению некоторых биографов испанского конструктора, Хуан де ла Сиерва в своих предположениях отталкивался от детской игрушки — так называемой «китайской вертушки». Наблюдая плавные снижения вертушки, он пришел к выводу, что существуют режимы, на которых винт может самовращаться (авторотировать). На практике же проблема состояла в том, чтобы результирующая подъемной силы каждого крыла задуманной системы одновременно побуждала бы его к движению относительно аппарата. Сиерва изучил различные варианты и остановил свой выбор на системе крыльев, которые вращаются вокруг почти вертикальной оси. Он назвал ее ротором. Ротор был предназначен для выполнения тех же функций, что и несущий винт вертолета, но в отличие от последнего не приводился в движение двигателем: он свободно вращался под действием набегающего потока воздуха — авторотировал.
Для поддержания авторотации необходимо, чтобы набегающий поток подходил к диску с некоторой составляющей, направленной кверху, то есть диск всегда должен иметь положительный угол атаки по отношению к набегающему потоку. Для поступательного движения аппарат должен иметь двигатель с тянущим (или толкающим) винтом, как у обычного самолета. В набегающем потоке ротор способен поддерживать режим авторотации на углах атаки до 90°, то есть при вертикальном снижении аппарата. Эффект авторотации конструктор открыл, когда ему было 25 лет. Он сразу же его запатентовал и приложил максимум усилий, чтобы использовать этот эффект на практике. Поначалу Сиерва назвал систему самовращающихся крыльев «аутохироптеро» («ауто» — само, «хиро» — вращение), потом сократил это слово до «аутохиро». К нам же слово «автожир» пришло из французского — autogire.
В 1920 году Хуан де ла Сиерва построил первый в мире автожир, назвав его С-1. Автожир имел два соосно расположенных четырехлопастных ротора. Но конструктор не смог справиться с большим опрокидывающим моментом в поперечной плоскости. Два последующих автожира, выполненные по одновинтовой схеме, С-2 и С-З, тоже оказались неудачными. Они также отличались неустойчивостью, а лопасти ротора в корневой части разрушались усталостными напряжениями. Причиной этого являлось жесткое крепление лопастей. На четвертом опытном автожире — С-4, построенном в 1922 году, Сиерва ввел в крепления лопастей шарниры. Теперь лопасти могли в небольших пределах махать вверх-вниз.
Для создания автожира С-4 конструктор использовал фюзеляж, ротативный двигатель Рон-9^ (110 л.с.), двухлопастный деревянный тянущий винт, оперение и шасси французского учебного самолета «Анрио-14». Но от бипланной коробки сохранил только часть нижнего крыла, а перед кабиной пилотов на расчаленной тросами стойке разместил несущий винт. Длинные жесткие свободнонесущие лопасти делать еще не умели, поэтому они были снабжены расчалками. 9 января 1923 года этот летательный аппарат совершил первые полеты над Мадридом, в том числе самый продолжительный по замкнутому маршруту длиной 25 км. Именно эта машина С-4 и стала первым в мире автожиром, а сам термин — общим для этого класса машин.
Сиерва продолжал развивать свою идею. На следующем автожире С-5, построенном в 1923 году, он ввел элероны, установ их на концах длинной балки. С их помощью впервые удалось совершить круг над летным полем. Созданный в 1925 году автожир С-6А стал первым двухместным аппаратом такого типа. Так же, как и С-4, он являлся переделкой обычного самолета. На этот раз за основу взяли широко распространенный английский биплан «Авро-504». С этой машиной британское министерство авиации пригласило Сиерву принять участие в авиационной выставке в Фарнборо для демонстрационного полета. Ознакомление с необычным аппаратом привело к тому, что британское министерство авиации заказало Сиерве два модифицированных образца автожира с новым типом лопасти (более жестким). С-6 бис показал хорошие летные качества, его полеты широко комментировались прессой и вызвали интерес в деловых кругах Англии.
Хуан де ла Сиерва в кабине своего автожира
В октябре 1925 года Сиерва выступил с докладом «Развитие автожира» перед членами английского Королевского авиационного общества. В докладе, который сопровождался показом диапозитивов и кинофильмов, он сообщил, что в общей сложности испытал 32 варианта автожира — один С-1, девять С-3, четыре С-2, пятнадцать С-4, один С-5 и два С-6. Комментируя это событие, журналисты писали: «Можно смело сказать, что за последние несколько лет ни один докладчик в Королевском авиационном обществе не привлекал столько народа».
Наступил момент направить будущее автожира в нужное русло. Хотя в Испании Сиерва и находил поддержку своим проектам, он понимал, что необходимой базы здесь нет, а главное — нет долговременных источников финансирования. После первых контактов с заинтересованными лицами в европейских странах он остановил свой выбор на Англии. Там Сиерва нашел людей, которые были готовы сделать ставку на автожир. В 1925 году Сиерва переехал жить в Англию, основал компанию по выпуску автожиров «Сиерва Аутоджайро». В тот же период он подал заявку на несколько английских патентов на новые изобретения, поскольку вклад изобретателя в компанию состоял только из его идей.
Конечно, новые изобретения не родились в момент создания компании. Это был продукт постоянной и напряженной работы ума, всецело поглотившей творца автожира. Основной патент Сиервы на маховое движение лопастей в вертикальной плоскости в 1923 году был уже принят во Франции и в Англии, чуть позже — в США и Германии. В ноябре 1925 года конструктор подал заявки на семь патентов, которые ему были выданы в начале 1927 года. Они содержали несколько важных идей, которые впоследствии были внедрены на практике: способы раскрутки ротора от двигателя через трансмиссию; различные формы лопастей; способ складывания лопастей для удобства перевозки; использование крыльев для получения дополнительной подъемной силы и крепления элеронов; второе шарнирное сочленение; уменьшение колебаний лопасти в плоскости вращения с помощью расчалок с центробежными грузиками или резиновыми шнурами (этот патент включал в себя втулку с осевыми и радиальными подшипниками и систему смазки шарниров под действием центробежных сил); небольшой поворот горизонтального шарнира относительно оси лонжерона лопасти для демпфирования колебаний лопасти в вертикальной плоскости и др.