Автожир (гироплан, ротаплан, гирокоптер).
Автожир (гироплан, ротаплан, гирокоптер) – винтокрылый летательный аппарат, использующий для создания подъемной силы свободновращающийся в режиме авторотации несущий винт.
Автожир (гироплан, ротаплан, гирокоптер)
Принцип работы автожира. Отличие от вертолета и самолета
Свойства и характеристики автожира
Типы и виды автожиров. Классификация автожиров
Преимущества и достоинства автожира
Автожир (гироплан, ротаплан, гирокоптер). Принцип работы автожира. Отличие от вертолета и самолета:
Человек всегда стремился летать: пройдя трудный и не всегда успешный путь развития – от Икара до современных истребителей, человечество изобрело авиацию и множество летательных аппаратов. Одним из них считается автожир – небольшой винтокрыл, внешне очень похожий на вертолет. Его название, довольно смешное для русского уха, образовано от греческих слов αύτός — сам и γύρος — круг. На западе его больше знают под именами гироплан, ротаплан и гирокоптер.
Автожир (гироплан, ротаплан, гирокоптер) – винтокрылый летательный аппарат, использующий для создания подъемной силы свободновращающийся в режиме авторотации несущий винт.
Внешним видом автожир напоминает вертолет небольших размеров, но на этом общее между машинами практически заканчивается. Оба аппарата имеют несущий винт (при этом вертолет может быть оснащен несколькими винтами!), обеспечивающий появление подъемной силы, работу которого обеспечивают:
– у вертолета – постоянный привод, соединенный с двигателем сложной системой трансмиссии;
– у автожира – аэродинамические силы (лобовое сопротивление набегающего воздуха) в режиме авторотации.
Авторотация – это состояние, когда несущие винты летального аппарата или турбины двигателя вращаются энергией, возникающей от набегающего на несущий винт (или лопасть двигателя турбины) потока воздуха. Этот принцип позаимствован у природы: семена некоторых растений и деревьев, имеющие своеобразный пропеллер (липовые «сережки», кленовые «самолетики»), отделяясь от ветки, не падают вертикально вниз, а медленно планируют, уносимые потоками воздуха на значительные расстояния.
У вертолета за изменение плоскости вращающегося несущего винта в нужном положении отвечает автомат перекоса, он же обеспечивает:
– регулирование скорости;
– маневрирование;
– поступательное движение.
Принцип работы автожира другой, что обусловлено его конструкций, и больше общего он имеет с самолетом, а точнее, с планером или мотодельтапланом. Так, ротор – свободно вращающийся несущий винт, исполняет роль крыла, а поступательное движение вперед возложено на маршевый двигатель. Движитель (маршевый двигатель) может создавать тянущее или толкающее усилие и располагаться спереди или сзади автожира. Взлет тоже обеспечивается маршевым двигателем, но отбор энергии последнего минимален, т.к. необходим только на начальном этапе его работы для поднятия машины в воздух и обеспечения нужной частоты вращения винта.
Путь разбега, в отличие от самолета, у автожира довольно короткий, и с того момента, как летательный аппарат поднимается в воздух, его движение обеспечивают набегающие потоки воздуха. Вращение ротора (несущего винта) обуславливается аэродинамическими силами (набегающим потоком воздуха) на протяжении всего полета и заканчивается в момент полной посадки. Необходимая для полета подъемная сила возникает благодаря тому, что ротор (несущий винт) во время движения способен менять угол атаки, располагаясь в нужном положении. Эта же характеристика – возможность управлять наклоном плоскости несущего винта, позволяет легко посадить автожир даже без пробега по поверхности земли.
У вертолета, как правило, несущий винт образует с горизонтальной плоскостью полета острый угол, который направлен вперед.
Рис. 1. На рисунке виден угол наклона несущего винта вертолета. Острый угол направлен вперед
У автожира, наоборот, несущий винт образует с горизонтальной плоскостью полета острый угол, который направлен назад (в противоположную сторону).
Рис. 1. На рисунке виден угол наклона несущего винта автожира. Острый угол направлен назад
Вертолет также может работать в режиме авторации. В этом случае, с помощью автомата перекоса вертолет меняет угол несущего винта наклона с «прямого» на «обратный» (как у автожира).
Свойства и характеристики автожира:
История автожиров началась в 1919 году в Испании, с создания первого подобного летательного аппарата инженером-конструктором Хуаном де ла Сиерва. Более чем сотню лет модели совершенствовались и видоизменялись, и сегодня существует множество разновидностей гиропланов, каждый из которых имеет свои особенности.
Так, большая часть ротапланов не способны совершать вертикальный взлет, но и длина разбега у них незначительная – от 10 до 50 метров. При этом все они способны зависать в воздухе при столкновении с сильными встречными потоками: порывы ветра до 20м/с им не страшны. Посадка тоже не требует значительных расстояний: большая часть автожиров садятся строго вертикально, некоторые – с пробегом в несколько метров. Так, по маневренности они располагаются между вертолетом и самолетом, а по разбегу и посадке значительно превосходят последние.
Еще один показатель – безопасность полета. Если по потере скорости самолет падает в штопор, то гироплан просто начинает плавное снижение, обеспечивающееся авторотацией. Она же не позволяет упасть летательному аппарату при отказе движителя – планирование, в отличие от падения самолета, автожиру обеспечено, при этом остается возможность полного контроля полета и управления машиной. Тот факт, что ротаплану не требуется длинная посадочная полоса, является еще одним преимуществом, особенно при вынужденном снижении в неизвестной местности.
Скорость движения автожиров идентична вертолетам и легким самолетам – в среднем 180 км/ч. При этом расход топлива значительно ниже, чем у обычных самолетов: около 15 литров на сотню километров, что делает их довольно экономным видом транспорта, сравнимым с содержанием обыкновенного автомобиля, только передвигающимся в воздушном пространстве. Что касается легких самолетов, то здесь гироплан уступает: усиленное сопротивление несущего винта требует затрат топлива, что не присуще легкому виду классической пассажирской техники.
Еще одна особенность – ширина обзора: широкая и светлая кабина позволяет легко рассматривать окружающий пейзаж, а уменьшенная вибрация делает автожир идеальной техникой для проведения фото и видеосъемки.
Существует тип гиропланов, способных осуществлять взлет вертикальным прыжком. Лопасти винта остаются в горизонтальном положении, запуск двигателя раскручивает винт до усиленных оборотов (превышающих полетные) и позволяет ему накопить энергию, приводящую к прыжку. Однако такая техническая возможность требует определенных изменений в конструкции: усложнения втулки ротора, утяжеления лопастей и пр. При наличии предварительной раскрутки маршевого двигателя автожир способен взлетать без разбега, но при условии наличия попутных воздушных потоков.
Большинство автожиров имеют одно или два посадочных места, реже встречаются гиропланы для трех пассажиров и более.
В 1998 году был разработан шестиместный автожир, который развивал скорость до 600 км/ч. Его особенностями считались:
- взлет прыжком;
- возможность замедлять ротор при развитии большой скорости;
- малый размер крыльев.
Машина успешно совершала полеты.
Типы и виды автожиров. Классификация автожиров:
Классификация автожиров производится по различным параметрам: по расположению маршевого двигателя, в зависимости от конструктивных особенностей,
По расположению маршевого двигателя различаются автожиры:
1. с тянущим винтом (винт расположен спереди). Им оборудовались первые изобретенные аппараты. К плюсам оборудования относили:
– улучшенное охлаждение за счет постоянного обдува встречными воздушными потоками;
– безопасность при вынужденной посадке – при движителе, расположенном на задней части машины, увеличивается риск выпадения мотора в кабину и травмирование пилота при лобовом столкновении с землей;
2. с толкающим винтом (винт расположен сзади). Его преимуществом считается широкий обзор, позволяющий проводить обзорные экскурсии, вести аэросъемку.
В зависимости от конструктивных особенностей автожиры делятся на:
1. автожиры, раскрутка лопастей которых осуществляется вручную. Именно так приводились в движение первые летательные аппараты, сегодня уже не выпускаемые. Причины просты: для раскрутки несущего винта требовалось приложить значительные физические усилия, а после еще запрыгнуть в кабину разогнавшегося гироплана;
2. автожиры, раскрутка лопастей которых осуществляется с помощью электрического привода. Несущий винт раскручивается поворотом ключа в замке зажигания, что довольно удобно, но схема имеет множество недостатков. Главный из них – присутствие тяжелого аккумулятора, замедляющего разгон и сам полет автожира. Сегодня также такие автожиры не используются;
3. автожиры, раскрутка лопастей которых осуществляется с помощью механической системы. Механическая система – еще один тип привода, используемый в начале эры автожиров. Вращение винта обеспечивалось муфтой сцепления и системой карданных валов, возникающий крутящий момент был достаточно велик, но сама система отличалась тяжестью, сложностью и высокой ценой. В последние годы почти не используется;
4. автожиры, раскрутка лопастей которых осуществляется с помощью гидравлического привода. Гидравлический привод включает два шестерёнчатых гидронасоса – один закреплен на втулке винта, второй – на самом двигателе, последний и передает ротору значительный крутящий момент. Плюсы привода – малый вес и легкость управления.
Преимущества и достоинства автожира:
Сравнительно с вертолетами и самолетами, автожир обладает многими преимуществами:
– при потере скорости или отказе движителя летательный аппарат продолжает планировать, а не уходит в «штопор», что свидетельствует о его безопасности;
– авторотация (которая тоже присутствует в вертолетах, но только в качестве аварийного режима) позволяет легко и мягко посадить автожир даже при отказе всего оборудования;
– нет необходимости в значительной полосе разбега или большой площади посадочной платформы, гироплан способен взлетать и садиться даже на ограниченных участках;
– полеты возможны в условиях турбулентности и сильных порывах ветра;
– отличается малой стоимостью производства, экономичен в обслуживании;
– управлять автожиром намного проще, чем другими летательными аппаратами.
Недостатки автожира:
Несмотря на все достоинства, автожиры все же имеют ряд минусов, устранением которых постоянно занимаются авиаконструкторы и простые инженеры-любители:
– конструкция даже современных автожиров не исключает возможность «кувырков» при полете, при этом наиболее уязвимыми считаются летательные аппараты со слабым хвостовым оперением;
– полностью не исследовано, а потому не устранено, такое явление, как «мертвая зона авторотации» – ситуация, когда воздушные потоки исчезают и винт прекращает свою работу, что становится причиной снижения и вынужденной посадки;
– запрещено совершать вылеты на автожире при низких температурах, т.к. существует угроза покрытия ротора льдом с последующим прекращением его работы;
– низкий коэффициент полезного действия использования силовой установки – именно это служит причиной того, что при равных с вертолетом и самолетом показателях массы и скорости движения, автожиру требуется более мощный движитель.
Несмотря на наличие недостатков, автожир вот уже более ста лет успешно осваивается авиаторами всех стран. Его применение было актуально в военные годы для выполнения разведывательных задач, распространения агитационных листовок. Сегодня гиропланы – это преимущественно летательные аппараты для частного использования, но в последние годы началось их активное применение в аграрном секторе, некоторых государственных структурах. Так, на западе и в странах Европы ротапланы успешно выполняют патрулирование районов и осмотр местности работниками полиции. Существуют и школы, обучающие управлению автожиром, по окончании которых пилот получает свидетельство для управления сверхлегким летательным аппаратом европейского образца (UL).
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com