|
Несущий винт. Ещё в древности, наблюдая за птицами и насекомыми, люди установили, что для полёта нужны крылья. Но были и другие варианты. Одну из альтернатив людям также подсказала природа. Семена липы, клёна и ряда других деревьев при рассеянии могут совершать довольно длительный полёт благодаря вращательному движению отрывающихся от деревьев плодов с крылышками. Устройство, позволяющее летать с помощью быстрого вращения изогнутых плоскостей особой формы, называется несущим винтом.
Первый летательный аппарат, работающий по такому принципу, создан в Китае, предположительно в эпоху "Воюющих царств" (476 – 221 гг. до н.э.).
Он представлял собой бамбуковую палочку, на валу которой крепились два изогнутых пера. Аппарат носил название "жу циньхин" ( ), что означает "бамбуковая стрекоза". Путём вращения этого устройства в ладонях создавалась подъёмная сила, благодаря которой "жу циньхин" совершал короткий полёт. Более эффектного полёта можно было добиться, раскручивая устройство с помощью намотанного на него тросика.
Это были всего лишь игрушки, которые к XV веку достигли Европы. Их и сегодня можно встретить в магазинах для детей - чаще всего их делают из пластмассы. А любители самоделок могут построить их сами из палочек для мороженого, как показано в следующих роликах -
- www.youtube.com/watch?v=nkd0guONvzU
- www.youtube.com/watch?v=ctI2BravUDs.
Более серьёзным оказался проект пилотируемого вертолёта, разработанный в 1483 выдающимся деятелем эпохи Возрождения Леонардо да Винчи. Его аппарат представлял собой отрезок архимедова винта с каркасом из прочного камыша, остовом из железной проволоки "толщиной с верёвку" и обшивкой из накрахмаленной льняной ткани. Радиус винта 8 локтей
(примерно 3,6 - 3,7 м). Под винтом располагалась платформа, вмещающая четырёх человек, которые, вращая рукоятки, должны приводить винт во вращение.
Проект мастера не стал достоянием современников - его обнародовали лишь в конце XVIII века. Но приоритет да Винчи в разработке полномасштабного вертолёта признаётся во всём мире. Изображение его машины в качестве эмблемы долгое время использовала авиакомпания All Nippon Airways (начинала как вертолётный оператор). Сегодня имя Леонардо носит крупнейший производитель вертолётов в Италии.
От проектов к моделям. Первая действующая самодвижущаяся модель вертолёта была создана спустя два с половиной
века в России. Столь же выдающимся деятелем, но уже эпохи Просвещения - Михаилом Васильевичем Ломоносовым. Ломоносов первым (или одним из первых) открыл наличие реактивного момента у несущего винта, для устранения которого требуется другой винт, вращающийся в противоположную сторону. В его конструкции было два соосных винта, приводимых в движение часовой пружиной через систему шестерёнок. Автор назвал своё изобретение "аэродромической (воздухобежной) машинкой". Он намеревался использовать свою модель для подъёма в атмосферу измерительных приборов.
Впервые Ломоносов продемонстрировал устройство 1 июля 1754 на конференции Императорской Академии наук и художеств. Модель вертолёта была подвешена на тросе, связанном через
два блока с противовесом - чашкой с грузиками. При спуске заведённой пружины лопасти начинали вращаться, поднимая аппарат и опуская противовес. Меняя количество грузиков в чашке, Ломоносов установил подъёмную силу аппарата - она составила два золотника (8,531502 грамма). Этого не хватало для самостоятельного полёта устройства.
Некоторые источники утверждают, что первую свободно летающую модель вертолёта построил французский математик Поктон (S.P.Paucton) - в 1768. Большинство же других склонны отдавать приоритет другим французам - натуралисту
Лонуа (Christian de Launoy) и его механику Бьенвеню (Bienvenu). В 1784 они построили
небольшое устройство,
весом 85 грамм, представляющее собой
существенно доработанный
"жу циньхин". Здесь
на концах стержня располагались два двухлопастных несущих винта с обшивкой из шёлка. Они были установлены под противоположными углами друг к другу. На оси стержня также смонтирован лук из китового уса, концы которого стянуты тетивой, наматываемой на стержень.
При распрямлении натянутого лука винты начинали вращаться в разные стороны, поднимая аппарат в воздух.
Демонстрация устройства членам Французской академии наук
состоялась 28 апреля 1784.
Аппарат поднялся до потолка конференц-зала академии, после чего упал на пол. Лонуа
и Бьенвеню собирались построить и полномасштабный пилотируемый аппарат, однако отсутствие подходящего двигателя не позволило им осуществить эту затею.
Демонстрация вертолёта
Лонуа
и Бьенвеню состоялась через пять месяцев после успешного полёта воздушного шара братьев Монгольфье. Начавшаяся баллономания на долгое время затормозила дальнейшие работы над аппаратами тяжелее воздуха. Серьёзные исследования продолжал лишь отец теоретической аэродинамики Джордж Кейли (George Cayley). Лишь в середине XIX века, когда рассеялись надежды превратить воздушные шары в транспортное средство, вновь активизировались изобретатели вертолётов.
Новые модели стали появляться одна за другой. В 1842 модель с паровым двигателем построил англичанин Филипс (W.H.Phillips), в 1845 появилась модель француза Коссю (Cossus). В 1863 Понтон д'Амекур (Gustave Ponton d'Amécourt) сконструировал устройство с двумя соосными винтами, названное им "Helicopter". Ныне это название применяется для вертолёта в большинстве стран мира. Хотя д'Амекур не первым внедрил соосную схему, патент на соосные несущие винты получил именно он.
В 1871 появилась модель Альфонса Пено (Alphonse Pénaud), в 1877 вертолёты Эмануэля Дьеда (Emmanuel Dieuaide) и Энрико Форланини (Enrico Forlanini). Модель итальянского инженера с паровым двигателем поднялась на высоту 13 м и продержалась в воздухе 20 секунд.
Год спустя появилась модель
Пьера Кастеля (Pierre Castel), в 1895 австрийского инженера Вильгельма Кресса (Wilhelm Kress).
Что касается проектов, во второй половине XIX они появлялись чуть ли не каждый год. Некоторые изобретатели предлагали в качестве двигателя мускульную силу человека. Но большинство выбирало тепловые двигатели - сначала паровые машины, в конце века и бензиновые моторы. Были и другие варианты. Александр Николаевич Лодыгин выбрал для своего аппарата "Электролёт" (1869) электрический двигатель мощностью 221 кВт. Позже такую же силовую установку предложил Томас Алва Эдисон.
Первые вертолёты. Время создания полноразмерных вертолётов наступило на рубеже XIX и XX веков. В 1901 Анри Виллар (Henry Villard) сконструировал аппарат с двумя тандемными винтами по 7,22 м диаметром. Каждый из винтов, имевший множество узких лопастей, приводился в движение двигателем мощностью 12 л.с. В том же году австриец Порак де Варна (Waldemar Porak de Varna)
построил аппарат, рассчитанный на полезную нагрузку 300 кг, названный "Hubschrauber". Как и вертолёт Виллара, он не смог подняться в воздух, но название его аппарата стало нарицательным для всех вертолётов в немецкоязычном мире.
В 1905 Альберто Сантос-Дюмон строил вертолёт с двумя тандемными винтами диаметром 6 м, вращающимися в противоположные стороны. Он получил обозначение Santos-Dumont No.12. Приводить винты во вращение должен был двигатель Antoinette 8V мощностью 24 л.с. Предварительные испытания конструкции показали, что мощности мотора не достаточно для взлёта. В результате аппарат не был завершён постройкой.
Ближе всех к созданию пилотируемого вертолёта подошли братья Луи и
Жак
Бреге
(Louis Charles Bréguet, Jacques Bréguet), потомки знаменитого швейцарского часовщика Абрахама-Луи Бреге. В 1905 они, при содействии профессора Шарля Рише (Charles Robert Richet), приступили к постройке вертикально взлетающего аппарата на собственном предприятии в городе Дуэ на севере Франции. Это устройство представляло собой Х-образную раму, на концах которой расположены четыре четырёхлопасных бипланных винта диаметром по 8 м. В центре рамы смонтировано место пилота и силовая установка Antoinette мощностью 42 - 45 л.с. Полный вес аппарата 578 кг, подъёмная сила винтов 620 кг.
Первое испытание вертолёта, получившего название Bréguet-Richet Gyroplane No.1, состоялось в один из дней 1907. Согласно одним источникам это случилось 24 августа, другие указывают на 29 сентября.
Расходятся авторы и в имени пилота. По одной версии это был
Луи Бреге, по другой инженер Волюмар (Volumard).
Вертолёт поднялся на высоту 60 или 90 см, однако это не был свободный полёт.
При взлёте аппарат по концам удерживали Жак Бреге, механик Дефож и ещё два человека. Кроме того им пришлось подпирать конструкцию деревянными брусками, чтобы обеспечить её устойчивость.
Лавры же человека, совершившего первый свободный
пилотируемый полёт на вертолёте достались Полю Корню - соотечественнику и конкуренту братьев Бреге.
Конструктор Корню... Поль Корню (Paul Cornu, 1881-1944) происходил из многодетной семьи (кроме Поля у его родителей было ещё 14 детей). В 1890 это семейство переехало в город Лизьё (Нормандия). Здесь отец Поля Жюль Корню (Jules Cornu) основал фирму Cornu et Fils, представлявшую собой небольшое автотранспортное предприятие и механическую мастерскую, где ремонтировались велосипеды, мотоциклы и автомобили, а кроме того швейные машинки. Спрос на ремонтные услуги мастерской Корню был высок не только у местных автолюбителей, но и у парижских водителей, проезжавших Лизьё по пути к морскому побережью Нормандии.
Когда Поль подрос, он, вместе с братьями, принял участие в семейном бизнесе. В 1902 транспортное предприятие было закрыто и семейство Корню сосредоточилось на работе в мастерской.
К тому времени помимо ремонта Поль начал создавать оригинальные конструкции. В 1998 он построил велосипед с моторчиком, в 1899 вместе с отцом сконструировал роторный двигатель (в 1902 Корню получили на него патент), а в 1900 поршневой двигатель.
Затем последовали трёхколёсный мотоцикл с паровым двигателем (1902), двухколёсный мотоцикл (1903) и малолитражный автомобиль без коробки передач с двумя бензиновыми двигателями (1904).
Затем Поль Корню стал разрабатывать авиационные конструкции. Увлечение талантливого изобретателя авиацией возникло не без влияния отца, разработавшего проект дирижабля. Оно было естественным в эпоху, когда авиацией бредила чуть ли не вся Франция, да и не только она. В отличие от большинства французских пионеров авиации, строивших самолёты, Поля Корню больше интересовала проблема вертикального взлёта.
К разработке первого вертолёта Поль Корню приступил в 1905, вместе с отцом и братом Жаком (Jacques
Cornu, 1888-1914).
Первым делом была создана модель с двумя тандемными двухлопастными винтами диаметром 2,25 м, установленными на концах рамы, сваренной из стальных труб. Винты модели через ременную передачу приводились во вращение от миниатюрного одноцилиндрового двигателя Buchet 190 мощностью 2 л.с. Вес модели составил 13 кг, подъёмная сила достигала 16 кг.
Первый полёт эта модель совершила в мае 1906. Публичная демонстрация аппарата состоялась 4 октября 1906 во дворе колледжа города Лизьё на проводившейся там ежегодной сельскохозяйственной ярмарке. Маленький вертолёт взлетел в воздух, поднялся на высоту и выполнил круговой полёт на привязи. На присутствующих это произвело огромное впечатление.
Благодаря полученному эффекту Полю Корню удалось собрать 12 000 франков на постройку полноразмерного вертолёта, способного поднять в воздух человека.
Кроме удовлетворения собственных амбиций, изобретатель надеялся получить приз президента французского аэроклуба Эрнеста Аршдекона и крупного промышленника Дойч де ла Мерта. В 1903 они
учредили приз размером в 50 000 франков для того, кто первым пролетит 1 км по замкнутому кругу.
...и его вертолёт. К разработке и постройке пилотируемого вертолёта Корню приступил вскоре после публичной демонстрации масштабной модели и получения суммы на создание полноразмерного аппарата. 30 октября 1906 он заказал у фирмы Antoinette двигатель (на покупку которого ушла половина собранной суммы) и начал проектирование машины. Корню решил повторить конструкцию своей удачной модели, увеличив её в размерах и немного доработав.
Конструкция вертолёта Корню оказалась гораздо проще и легче Bréguet-Richet Gyroplane No.1. Она базируется на раме длиной 6,2 м из толстых стальных труб, согнутых под тупым углом в виде буквы V. В центре рамы, в нижней её части, установлен двигатель и велосипедное сиденье - место пилота. Сверху на концах рамы располагаются два двухлопастных винта диаметром 6 м, связанные с двигателем ременным приводом. Снизу к раме крепится шасси с четырьмя велосипедными колёсами. Дополнительную прочность конструкции обеспечивают боуден-тросы.
Каждая лопасть винта имеет каркас из стальных труб, сплющенный к концу, с обшивкой из прорезиненного шёлка. Лопасти шарнирно крепятся к ободу в виде велосипедного колеса. Длина лопастей 1,8 м, наибольшая ширина 0,9 м. Лопасти также растянуты специальными тросами к ободу винта. Диаметр обода 1,8 м. Конструкция винта позволяет изменять шаг лопастей.
Ременный привод представляет собой плоский бесконечный ремень длиной 22 м и шириной 100 мм, со шкивами на вертикальном валу двигателя и на осях винтов. Он имеет передаточное число 1:10. Привод обеспечивает вращение винтов в противоположных направлениях - для компенсации реактивного момента. Для горизонтального перемещения под винтами - в их струе, смонтированы две плоскости. Каркас плоскостей стальной, обшивка из шёлка. Длина плоскостей 2,5 м, максимальная ширина 0,6 м. На эту схему Поль Корню и его отец в 1906 получили патент.
С помощью рычагов управления через систему тросов плоскости меняют наклон поворотом вокруг оси, изменяя направление тяги от винтов. В систему управления также входит муфта, обеспечивающая сцепление двигателя с вертикальным валом с ременной передачей, и рычаг управления газом.
Двигатель Antoinette 8V - V-образный 8-цилиндровый жидкостного охлаждения с впрыском топлива, его мощность 24 л.с. Топливный бак на 7 литров и масляная ёмкость для питания двигателя, а также 12-литровый резервуар с водой для системы охлаждения мотора расположены в нижней части рамы, перед двигателем. Здесь же аккумуляторы системы зажигания.
Общий вес аппарата 203 кг - вдвое меньше, чем вертолёт Бреге-Рише. Рама весит 50 кг, винты - по 24,5 кг, направляющие плоскости и система управления - 9 кг.
Постройка вертолёта началась в декабре 1906 и завершилась в августе 1907. В семейной мастерской были проведены стендовые испытания, выявившие сильный изгибающий момент на лопастях. Для его устранения Корню прикрепил на конце лопастей балансировочные грузики - по 55 грамм на одном винте и 75 грамм на другом.
Другой проблемой стало проскальзывание передаточного ремня на шкивах при увеличении оборотов двигателя. Меняя угол установки лопастей и диаметр шкива на валу двигателя, конструктору удалось частично решить и эту проблему.
31 августа 1907 Корню впервые пытался поднять свой аппарат на привязи. На место пилота он погрузил мешок с песком весом 50 кг. При вращении вала двигателя со скоростью 750 об/мин и винтов 70 об/мин вертолёт на пару мгновений оторвался от земли. Однако началось проскальзывание ремня, что потребовало новых доработок. При тестировании аппарата 27 сентября удалось довести обороты двигателя до 850 об/мин и винтов, соответственно, до 80 об/мин. На этот раз вертолёт оторвался от земли почти полностью.
После этого конструктор перевёз вертолёт в здание заброшенного завода в комунне Кокенвилье, расположенной в 8 км от Лизьё. Здесь началась подготовка к полётам. Первая попытка пилотируемого полёта состоялась 9 ноября 1907, Однако она не удалась из-за продолжающегося проскальзывания ремня. Для уменьшения трения Корню обмазал ведущий шкив слоем каучука.
Наконец, 13 ноября 1907 при числе оборотов двигателя 900 об/мин, а винтов 90 об/мин вертолёту впервые удалось полностью оторваться от земли. Согласно отчёту Корню в журнале l'Aerophile аппарат поднялся на 30 см и продержался в воздухе несколько секунд.
Вес поднятого устройства вместе с грузом составил 260 кг. Полёт оказался весьма кратким из-за возобновившегося проскальзывания ремня.
Вновь натянув ремень, Корню
в тот же день провёл ещё одно испытание - на этот раз вертолёту удалось подняться примерно на 1,6 метра. Конструктор и его брат Жак пытались удержать аппарат в руках, однако он поднял их обоих в воздух. Полю Корню удалось вскочить на раму и, ухватившись за рычаги управления, благополучно посадить машину. На этот раз поднятый вес составил 328 кг (включая вес конструктора и его брата). Так вертолёт впервые поднял человека в воздух в свободном полёте, хоть и поневоле. При этом аппарат Корню оказался не только первым пилотируемым вертолётом, но и вертолётом, впервые поднявшим в воздух пассажира.
Первый же настоящий пилотируемый полёт, после замены ремня и других доработок, состоялся, по словам конструктора, 4 декабря 1907. На этот раз ему удалось продержаться в воздухе больше минуты и немного переместиться в горизонтальном направлении.
Корню так и не получил желанный приз Аршдеккона - Дойч де ла Мерта. Его опередил Анри Фарман на самолёте Voisin-Farman I.
Но конструктор из Лизьё упорно продолжал работу над своим вертолётом. Его испытания с переменным успехом продолжались в начале 1908. Скольжение ремня удалось устранить лишь к весне - в испытании 3 марта 1908 оно уже не наблюдалось. Однако из-за изношенности винтов при взлёте начиналась сильная вибрация.
Тем не менее, 28 марта 1908 Корню осуществил в Кокенвилье публичный показ своего устройства. В присутствии 200 человек он поднялся над землёй на 40 см. Из-за ветра вертолёт оказался не очень устойчивым, но он мог двигаться вперёд и назад со скоростью около 11 км/час.
Следует отметить, что некоторые авиационные специалисты сомневаются, что вертолёт Корню был способен летать. Они ссылаются на то, что описания его полётов базируются на отчётах самого авиаконструктора и не подкреплены убедительными аргументами из независимых источников. Скептики указывают на малую мощность установленного на вертолёте двигателя и ненадёжность ременной передачи. И всё же большинство историков авиации считают аппарат Корню первым вертолётом, совершившим свободный пилотируемый полёт.
Получив опыт создания полноразмерного вертолёта, Корню взялся за новую конструкцию с соосной схемой винтов. Он отказался от ременной передачи, заменив её системой конических шестерёнок. На эту машину предполагалось установить двигатель мощностью 70 л.с. Однако, из-за отсутствия средств, вертолёт не был завершён постройкой.
В разработке также был гибридный аппарат, который Корню назвал Helicoplane.
Здесь кроме двух несущих винтов диаметром 6 м, расположенных поперечно, было неподвижное прямоугольное крыло размахом 12 м и хордой 1 м. Угол установки лопастей должен был регулироваться механизмом перекоса, на который Корню в 1909 получил патент. Здесь должен был стоять двигатель мощностью 80 л.с. Скорость аппарата оценивалась в 100 км/час. Автор демонстрировал этот проект на Первом авиационном салоне в Париже в декабре 1908, однако и на этот раз он не смог найти инвесторов.
Корню был талантливым конструктором, но, в отличие от других французских пионеров авиации, оказался плохим бизнесменом. Он не смог извлечь из своих изобретений такой же пользы, как Блерио, Фарман или Бреге. К примеру, ещё на малолитражный автомобиль 1904 нашлось много заказчиков, причём не только во Франции. Однако Корню не смог организовать его серийное производство. Недостаток деловой хватки не позволил ему довести до ума и авиационные конструкции.
Вскоре после Первом авиационного салона Корню отошёл от авиационной деятельности - много времени занимало содержание огромного семейства. Затем грянула Первая Мировая война и создатель вертолёта был призван в армию, где служил медбратом. А по окончании войны у него появилось новое увлечение - радиотехника. И новые обязанности - служба в городском совете Лизьё.
Связь Корню с миром авиации ограничивалась в эти годы лишь сотрудничеством с журналом Les Ailes. Так случилось, что один из пионеров авиации стал жертвой её дальнейшего развития. Он погиб 6 июня 1944 во время налёта англо-американской авиации на Лизьё.
До конца жизни Поль Корню хранил свою первую действующую модель вертолёта. А в 2007 - в год столетия первого полёта полноразмерного вертолёта, группа студентов из расположенного в пригороде Парижа политехнического института ESTACA построила его копию. С 15 декабря 2007 она демонстрируется в Musée de l'Air et de l'Espace. Перед этим состоялась его презентация на территории парижского Лувра - www.youtube.com/watch?v=PRtlt2xlSoY.
Ещё одна копия в 2007 была создана в вертолётном музее немецкого города Бюккенбург - Hubschraubermuseum Bückeburg.
|
Cornu No.2 