Если у вертолета только один несущий винт, то его реактивный момент может заставить вращаться всю машину. Поэтому приходится ставить дополнительный хвостовой винт.
Многие вертолеты строят по соосной схеме с двумя винтами, вращающимися в разные стороны на одной оси. Здесь реактивного момента нет и хвостовой винт не нужен. Однако устройство винтов остается прежним. Только они должны двигаться зеркально-согласованно по отношению друг к другу.
Можно попытаться представить, сколь сложной получается система, обеспечивающая такое движение!
Устройство периодического изменения шага винта (автомат-перекос) предложил еще в 1911 студент МВТУ, впоследствии академик и Генеральный конструктор Б.Н.Юрьев. Шарнирное крепление лопастей первоначально было разработано для автожира испанским инженером Хуаном де Ла Сиервой в 1925 году. Таким образом, винт вертолета обязан своим рождением этим двум изобретениям. А все современные вертолеты лишь результат их развития.
Однако, как вы уже знаете, профессор Г.А. Ботезат доказал, что устойчиво летать могут и вертолеты с жесткими винтами.
В июне 1921 года он получил от армии США первый в мире заказ на строительство военного вертолета (рис. 4).
Машина имела четыре винта, расположенные крестообразно и в противоположных направлениях. Поэтому, с какой бы стороны ни дул на них ветер, возникавшие на винтах опрокидывающие моменты получались равными по величине, но противоположными по направлению, а, значит, уничтожались.
Была у вертолета и другая изюминка: оси винтов имели небольшой наклон и пересекались в точке, расположенной где-то высоко над машиной. Летательный аппарат вел себя подобно гигантскому маятнику на виртуальной подвеске и после любого бокового толчка возвращался к положению равновесия.
Горизонтальную тягу создавали два отдельных винта, позволяющих машине летать в любом направлении. Все винты были снабжены механизмом изменения шага самолетного типа.
Вертолет показал высокую устойчивость и побил все мировые вертолетные рекорды своего времени. Он летал с грузом 450 кг на высоте 10 м со скоростью 50 км в час. Посмотреть полеты приходили именитые люди — от бывшего президента Гувера до военного министра. Но специальная комиссия сочла аппарат слишком сложным для производства, и работу над ним решили не продолжать. Правда, читая в статье Б.В. Сергиевского о таинственных событиях, сопровождавших создание этой машины, невольно усомнишься в объективности ее решения.
В конце 30-х годов профессор Ботезат построил на свои деньги небольшой вертолет соосной схемы. О летных качествах этой машины с восторгом отзывается Б.В. Сергиевский в своей статье.
Этот летательный аппарат принципиально отличается от всех современных соосных вертолетов. Начнем с того, что он имеет жесткие винты, вращающиеся в противоположные стороны. Благодаря этому опрокидывающие моменты от встречного потока или ветра на них взаимно уничтожаются. Сравнивая фотографии вертолета в полете и стоящего на земле, можно заметить, что в полете концы лопастей немного подняты вверх. Можно предположить, что и здесь для повышения устойчивости используется метод виртуального маятника.
Возможно, результирующие аэродинамических сил каждой лопасти пересекаются в одной точке над аппаратом. Однако не исключено, что это не точка, а некая небольшая область, напоминающая по своим очертаниям циклоиду. За счет этого период колебаний вертолета под действием горизонтального толчка становится независимым от амплитуды толчка.
Управление полетом осуществлялось наклоном оси винтов в нужную сторону. Шаг винтов изменялся, как у самолета, на всем роторе в целом. Но допускалась возможность для поворота вокруг оси по-разному изменять шаг верхнего и нижнего винтов.
Может удивить расположение двигателя между винтами. Но профессор наверняка имел серьезные основания для такого решения.
Одно из них приводит Б.Сергиевский — это снижение вибраций и шума в кабине вертолета. Вероятно, были и другие соображения.
Попытаемся их разгадать.
Можно предположить, что Г.А. Ботезат создавал единый компактный винтомоторный агрегат в качестве модуля. Из таких модулей, как из деталей конструктора, можно было бы строить разные по размерам и назначению многовинтовые машины (рис. 5).
Очень важно, что затраты и сроки на их разработку были бы ничтожно малы по сравнению с разработкой таких же машин классической схемы. Учитывай исключительную дешевизну таких модулей, их можно было бы поставить даже на то, что обычно не летает. На крышу автомобиля, например, или на легкое жилье для геологов и нефтяников.
Было бы, наверное, интересно построить модель соосного вертолета Ботезата. В одной из старых книг мы нашли для нее прототип (см. рис. 6).
Модель имеет два соосных винта различного диаметра. На нижнем, большем, винте жестко закреплен и вращается вместе с ним компрессионный авиамодельный двигатель. На его валу — винт меньшего диаметра. Он вращается с большой скоростью в противоположном направлении и уравновешивает реактивный момент. Однако из-за различия диаметров винтов опрокидывающий момент от встречного потока или порыва ветра уравновешивается не полностью. Поэтому лопасти нижнего винта имели упругую подвеску на стержнях из стальной проволоки.
На модели применялся компрессионный мотор мощностью 0,5 л.с.
Чтобы перейти к схеме Ботезата с жесткими винтами, необходимо придать им такой диаметр, чтобы вал двигателя мог вращаться относительно своего корпуса с номинальной скоростью. Для модели с компрессионным мотором типа МК-17 это примерно 200–300 мм.
Следует учесть, что скорость вращения этих винтов относительно воздуха будет ровно в два раза меньше (6000 оборотов в минуту), чем относительно корпуса двигателя (12 000 оборотов). Поэтому шаг и профиль лопастей винта нужно выбирать, исходя из скорости 6000 об/мин.
Есть сведения, что вращающийся (ротативный) мотор в начале 60-х пытались использовать в ФРГ для соосного вертолета с жесткими винтами. Но постройку его до конца не довели.
Слепо копировать схему с двигателем между винтами на первых порах совсем не обязательно. Гораздо легче расположить двигатель внизу, а передачу к соосным винтам обеспечить обычным способом при помощи полого вала и шестерен. В этом случае можно применить электромотор и можно пойти по пути универсального винто-моторного агрегата с жесткими лопастями. В силу своей дешевизны он придется по вкусу прежде всего авиамоделистам. Из таких модулей можно создавать дистанционно пилотируемые многовинтовые конструкции, пригодные для самых неожиданных целей.
А.ИЛЬИН
ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Как зажечь старую лампу
Перегоревшие люминесцентные лампы обычно несут на помойку. А зря. Во-первых, они отравляют среду, так как изготовлены с применением ртути и рано или поздно она попадает из разбитых ламп на землю. А во-вторых, перегоревшие лампы могут светить и дальше. И здесь нет ничего удивительного, если знать устройство и принцип работы таких ламп.