Проекти оригінальних літальних апаратів з'являються регулярно. У Білорусії побудували літак із замкнутим контуром крила, англієць Патрік Піблс спроектував крило-вентилятор, а в Ульяновську йде робота над дирижаблем типу локомоскайнер. Всі ці ідеї не нові - їх прототипи були створені ще на початку XX століття, на зорі літакобудування.
До 17 грудня 1903 року, коли Уілбур Райт вперше підняв в повітря оснащений двигуном апарат важчий за повітря, ніхто не знав, яка схема знайде успіх. Крила, розташовані в горизонтальній площині, були одним з численних варіантів. Винахідники не хотіли вірити в те, що саме конструкція братів Райт оптимальна. Літаки намагалися обладнати кількома сотнями маленьких крил, вітрилами, крилом із замкнутим контуром ... В процесі численних дослідів знайшовся і другий принцип літального апарату, повсюдно поширений сьогодні, - вертоліт. Деякий час конкуренцію вертольотам становили машини розробки іспанця Хуана де ля Сьерво, автожири, але сьогодні вони сприймаються скоріше як курйози, ніж як серйозні літальні апарати.
А в 1909 році російський військовий інженер Євген Павлович Сверчков побудував перший в історії цікложір. Сьогодні на літак Сверчкова можна дивитися тільки з поблажливою посмішкою: літати він не зміг би ні за яких умов. Але в ті далекі часи цікложіри мали рівно стільки ж шансів на будівництво і зліт, скільки і літаки звичної нам схеми.
Патент на цікложір вертикального зльоту і посадки був отриманий американським винахідником Томасом Шарпом 25 березня 1980 року. Як і багато інших конструкції, цікложір Шарпа так і не був побудований, але одна з ілюстрацій, наведених Шарпом в патенті, дуже наочно демонструє принцип роботи лопатей ротора. Лопатки не твердо укріплені на роторі, але змінюють свій кут в процесі обертання за рахунок додаткового кріплення до Неспіввісність циліндру, укріпленого на тій же осі, що і ротор. Змінюється геометрія дозволяє лопаток «захоплювати» повітряний потік, пропускати його через ротор і викидати з іншого боку, штовхаючи цікложір вперед. Шарп прекрасно розумів, наскільки складно створити ротор, який забезпечував би як підйомну, так і реактивну сили, тому його цікложір мав крила і хвостове оперення.
Що таке цікложір
Цікложір - це літак з гвинтами, що нагадують гребні колеса пароплава. Обертаючись, лопаті «загрібають» повітря і відкидають його назад, за рахунок цього створюючи реактивну і підйомну сили, що штовхають апарат. Причому лопаті укріплені на роторі не твердо: вони рухаються щодо його осі за певним законом, змінюючи кут атаки. Прийти до ідеї цікложіра було легко: як раз на колісні пароплави і орієнтувалися винахідники. Але при проектуванні потрібно було враховувати значну різницю в щільності води і повітря. Якщо мірно обертається гребне колесо легко просував корабель по водній гладі вперед, то лопати цікложіра повинні були не тільки штовхати машину, але і утримувати її в повітрі, що уявлялося набагато більш важким завданням.
Але повернемося до Сверчковим і його ідеї. Першою помилкою інженера був вибір спонсора: цікложір був побудований на гроші Головного інженерного управління в Петербурзі, тобто на кошти армії. Будь-яка невдача сумно відгукнулася б винахіднику (власне, так і вийшло). Підйомна сила і тяга «Літака» (таке банальне назву отримав апарат) створювалися якоюсь подобою лопатей числом 12 штук. Лопаті були встановлені попарно під кутом 120 °, але інсталяційний кут можна було міняти за допомогою системи пружин і ексцентриків. Обертаючись, лопаті відкидали повітря вниз і назад. Привід здійснювався від 10-сильного двигуна конструкції швейцарця Альфреда Бюші за допомогою пасової передачі. Основний упор Сверчков робив на легкість конструкції: маса порожнього апарату - 200 кг, рама з бамбукових трубочок, відкидає шасі.
1909. Літак Сверчкова (Росія). Став першим в історії літальним апаратом, побудованим за принципом цікложіра. До наших днів дійшла одна-єдина фотографія пристрою Сверчкова, але і по ній чудово видно, що апарат навряд чи зміг би піднятися в повітря. 10-сильний двигун конструкції Бюші не зміг навіть зрушити «Літак» з місця під час єдиною сесії польових випробувань.
У 1909 році машина демонструвалася в Санкт-Петербурзі на виставці новітніх технічних досягнень і отримала медаль - хоча ще жодного разу не випробовувалася! Перший політ був призначений на нічний час. Публіка почула про це і о третій годині ночі зібралася, щоб подивитися на дивовижну машину в роботі. Але політ не відбувся. Як і слід було припустити, площині «гребних лопат» не вистачило навіть для того, щоб зрушити ортоптер (таку назву теж існувала в народі) з місця. Цвіркунів отримав на свою голову серйозні неприємності, пов'язані з розтратою державних коштів, а потім кинув інженерію і вдарився в політику. Але початок було покладено.
подальші спроби
1910-і роки дали світові ще кілька проектів цікложіров, причому два з них були розроблені в Росії. Винахідники насамперед представили свої проекти відділу винаходів Військово-промислового комітету і в обох випадках отримали справедливі відмови. Коли небо над Європою вже борознили верткі «Ньюпор» і «Фарман», викидати гроші на екзотичні конструкції, та ще й у розпал війни, уряд не збирався. Тому і проект Медведєва (1914), і проект Михайлова (1916) були приречені на невдачу.
Малюнок, зроблений самим Колдуелл для патенту, відрізнявся рідкісною неакуратністю. Цікложір Джонатана Колдуелл був скоріше проектом з вибивання грошей із спонсорів, ніж реальним літальним апаратом. Його Gravity Aeroplane Company існувала в основному на папері, а сам Колдуелл кожні кілька років загадково зникав, щоб повернутися з ще більш божевільним проектом. Проте Колдуелл першим придумав схему, що стала типовою для наступних конструкцій, ввів в технічну мову поняття «цікложір» і отримав перший в історії патент на подібну машину. З останнього можна було уявити зовнішній вигляд літального апарату, але Колдуелл не спромігся приділити увагу таким «незначним» деталям, як кути нахилу лопатей по відношенню до набігаючого потоку.
Історія свідчить, що в 1910-х роках цікложіри будували ще у Франції і Німеччині, збереглися малюнки і навіть кадри чорно-білої кіноплівки зі спробами запустити подібні апарати. Але більш нічого про цей період сказати не можна. Як же так? - запитаєте ви.- Невже нічого невідомо? Нічого, причому з дуже простої причини. Ні російські розробки, ні загадкові європейські цікложіри були запатентовані. У 1920 році американець Брукс побудував ще один апарат, оснащений легким мотором «Форд», - і теж не захистив його авторським свідоцтвом. Від ротоплана Брукса залишилися хоча б фотографії, за якими можна судити, що цей апарат навряд чи піднімався в повітря.
розквіт ротопланов
Період розквіту цікложіростроенія можна обмежити тимчасовими рамками: з 1923 по 1937 рік. Півтора десятка конструкцій подібного плану було запропоновано за ці роки винахідниками з різних країн світу, чотири з них були побудовані в натуральну величину, оснащені двигунами і піддані різноманітним випробувань. А почалося все з талановитого канадського інженера-самоучки Джонатана Едварда Колдуелл.
Філадельфійський інженер Хевіленд Платт запатентував свою машину в 1933 році, грунтуючись на журнальних публікаціях похмурого німецького генія Адольфа Рорбаха. Лопаті цікложіра Платта міняли кут атаки з позитивного на негативний на кожному оберті, створюючи підйомну силу. Теоретично подібна система могла створити будь-яку комбінацію підйомної і реактивної сил. Платт навіть знайшов гроші на будівництво цікложіра, але до закінчення робіт справа не дійшла. Згодом Платт відмовився від ідеї цікложіра і спроектував один з перших в історії двухвінтових вертольотів поперечної схеми Platt-LePage XR-1, який був побудований, успішно пройшов випробування і приніс Платт заслужену славу в своїй області, хоча і не пішов у серійне виробництво.
Колдуелл був дивною фігурою. Ніхто нічого не знав про його приватного життя, а в 1930-х він і зовсім загадково зник. Лютого 1923 року Колдуелл з'явився в офісі патентного бюро американського штату Каліфорнія з проектом, якому він дав назву Cyclogyro - саме він придумав це слово і ввів його в ужиток. До того говорили «ротоплан», «ортоптер» або «орнітоптер». Цікложір Колдуелл був звичайний літак, замість крил обладнаний двома роторами. На кожному роторі були встановлені чотири невеликих «крила», здатних змінювати кут атаки. Ротори наводилися в рух одним двигуном, встановленим усередині фюзеляжу.
У 1927 році патент був отриманий, але Колдуелл на той час уже відмовився від подальшої роботи з цікложіром і подав заявку на своє нове божевільне винахід - орнітоптер з махають крилами. Винахідник «сплив» згодом ще раз з новим проектом ротоплана в 1930-х, але це була остання поява інженера на публіці. Проте ідея Колдуелл отримала досить широку популярність, і цікложіри почали з'являтися як гриби після дощу.
Також широко відомий був проект шведського інженера Стандгрена. Він запатентував свій цікложір в 1924 році, після чого протягом дев'яти років проводив різні випробування з моделями роторів. За розрахунками Стандрена мінімальна допустима швидкість обертання, при якій машина утримується в повітрі, становила 270 об / хв, а максимальна швидкість обертання - 420 об / хв. Стандгрен обгрунтував переваги цікложіра: вертикальний зліт і посадка на будь-яку пересічену поверхню, відмінна крейсерська швидкість (до 200 км / год), висока стеля ... У 1934 році Стандгрен нарешті побудував свій цікложір в натуральну величину. У нього вийшла машина вагою 600 кг з лопатями довжиною 245 см і ротором, що обертаються зі швидкістю 180 об / хв. 130-сильний двигун дозволяв машині їхати по землі, але в повітря ротоплан шведського винахідника так і не піднявся.
В повний зріст
У 1930 році в місті Сан-Франциско американський інженер німецького походження Шредер побудував один з найвідоміших на сьогоднішній день цікложіров - одномоторний літак S-1 з мотором «Гендерсон». На відміну від своїх попередників, Шредер зрозумів, що забезпечити підйомну силу за допомогою невеликих роторів непросто, і зберіг свого літака звичайні крила. «Цікложірная» складова представляла собою два «циклоїдних пропелера», що нагадують все ті ж пароплавні колеса. На випробуваннях S-1 показав себе краще інших: він зумів відірвати переднє шасі від землі, піднявши ніс. Більшого Шредеру домогтися не вдалося.
Cyclogyro (США, 1930). Гребний гвинт, який наводив в рух створений в Сан-Франциско літак, отримав назву «циклоїдний пропелер». Але, не дивлячись навіть на наявність крил, Cyclogyro від землі не злетів ...
Гітлерівська Німеччина теж не стояла осторонь від оригінальної ідеї. У 1933 році інженер Адольф Рорбах спроектував цікложір власної конструкції з трилопатевими роторами довжиною 4,4 м. Літак з максимальною злітною вагою 950 кг теоретично міг підніматися на висоту 4500 м і літати зі швидкістю 200 км / год на відстані до 400 км. Вертикальний зліт, висока маневреність - все говорило на користь розробки Рорбаха. Інженер запропонував свій проект активно розвиваються люфтваффе, але отримав відмову. У тому ж році американський інженер Хевіленд Плат запатентував в США цікложір, підозріло нагадує за зовнішнім виглядом машину Рорбаха. Але і його розробка залишилася лежати під сукном.
Як не дивно, через багато років NASA зробить із далекої шухляди патент Рорбаха (який на той час уже давно помер, причому в Америці) і провело додаткові розрахунки за допомогою сучасних комп'ютерів. Рорбах не помилився ні в одній цифрі - все було правильно. У зв'язку з цим NASA серйозно розглядало проект розробки ротоплана, але в підсумку пошкодував коштів.
По суті своїй Fanwing - це прямий спадкоємець цікложіров, тільки нормально літаючий. Крім Піблс концепцію крила-вентилятора розробляє і ще одна компанія, яка перебуває у віданні NASA, - Propulsive Wing. Крило літака подібного типу досить «товсте», а там, де у звичайного літального апарату розташовані лонжерони, у Propulsive Wing знаходиться ротор-вентилятор. Він засмоктує повітря, що обтікає верхню площину, і випускає його через отвір в задній частині крила, таким чином створюючи додаткову підйомну силу за рахунок розрідження на верхній площині і додаткову тягу за рахунок реактивного ефекту. На сьогоднішній день компанія проводить регулярні випробування діючих моделей Propulsive Wing. Літають невеликі літаки цілком успішно, справа за малим - залишилося лише побудувати повнорозмірну машину.
сучасні віяння
Суха статистика говорить, що ще з десяток проектів ротопланов з'явилося протягом наступних семи десятиліть. У 1980 році американець Томас Шарп запатентував літак вертикального зльоту, що працює на цікложірних роторах малого діаметра. У тому ж році патент на цікложір з дволопатеве ротором отримав француз Марсель шабоно. У 1984 році винахідник Артур Кріммінс отримав авторське свідоцтво на дирижабль, який рухається подібними роторами. Нарешті, в 1993 році американець Хайнц Герхардт запатентував цікложір класичної компоновки з шестилопатевими роторами. Але всі ці проекти залишилися лише на папері.
Реальних обрисів проект цікложіра знайшов лише в XXI столітті. Відразу кілька дослідних організацій завзято взялися за відродження старої ідеї - Сеульський державний університет (Південна Корея), Національний університет Сінгапуру, група Bosch Aerospace. Що характерно, і корейці, і сінгапурці зуміли побудувати діючі моделі цікложіров, причому успішно літаючі.
Найбільшого успіху домоглися все-таки південнокорейці. Університетське підрозділ Aerospace Structures Laboratory веде дослідження цікложіров з кінця 1990-х років і ще в 2000 році побудувало першу дослідну Чотирьохлопатевий модель. У грудні 2004 року на університетській майданчику красувався перший безпілотник Cyclocopter I, а роком опісля - і в другому поколінні. Правда, в повітря вони піднятися не змогли. Історична подія відбулася лише в 2007 році: п'ята модель безпілотника вагою 16,4 кг під назвою Skywalker 3 успішно піднялася в повітря - вертикально вгору. Skywalker 3 обладнаний чотирма роторами по чотири лопаті на кожному. Радіус ротора - 25 см, довжина лопаті - 50 см, електродвигуна потужністю 3 л.с. цілком вистачає для успішної роботи машини.
Складно сказати, що буде далі. Наприклад, перший літак із замкнутим контуром крила був побудований Блеріо ще в 1906 році, а підняти подібну машину в повітря вдалося лише в 2004-му. Можливо, корейські інженери вже сьогодні творять революцію в авіаційній промисловості. Або просто витрачають державний бюджет, як багато їх попередники. Час розсудить.
Стаття «Нелетательний апарат» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №11, Січень 2010 ).
Як же так?Невже нічого невідомо?
