Проекты вертолетов в России во второй половине XIX в.

Известно несколько проектов вертолетов, с которыми их создатели выступали в надежде заинтересовать соответствующие правительственные учреждения и получить необходимые материальные возможности для осуществления своих замыслов.

Оценивая эти предложения, можно отметить, что большинство из них не выходило за пределы общего технического уровня вертолетостроения во всем мире. В основе их лежало утверждение о возможности осуществить подъем летательного аппарата тяжелее воздуха, используя тягу несущего винта. Поступательное движение имелось в виду осуществить посредством второго (тянущего) винта или путем наклона оси основного поддерживающего винта. Вопросы управления вертолетом и его устойчивости не рассматривались.

Не во всех проектах предусматривалось парирование реактивного крутящего момента, возникающего при вращении несущего винта. Авторы ряда проектов, не представляя себе величину потребной для подъема вертолета мощности, предлагали использовать для этой цели мускульную силу человека.

Большие трудности у всех авторов вызывал вопрос о двигателе, так как подходящих двигателей не существовало. Некоторые авторы предлагали применить паровую машину, другие предлагали электродвигатель, получающий электроэнергию с земли, т. е. делали тем самым вертолет привязным.

Низкий уровень техники и отсутствие материальной поддержки не позволили реализовать ни один из предложенных проектов.

Известный русский изобретатель электротехник А. Н. Лодыгин предложил проект вертолета с электрическим двигателем. Представляя в 1869 г. Главному инженерному управлению свой проект «электролета», А. Н. Лодыгин дал описание своего аппарата.

«Электролет» представлял собой длинный цилиндр, оканчивавшийся в задней части конусом, а спереди полушарием. Остов аппарата состоял из продольных и поперечных брусьев, скрепленных медными скобами и обшитых снаружи кровельным железом.

Со стороны полушария на горизонтальной оси был предусмотрен тянущий винт, который должен был сообщать аппарату движение в горизонтальной плоскости. Этот винт мог отклоняться вправо и влево, что обеспечивало управление аппаратом.

Второй винт (несущий) был расположен сверху и его лопасти были несколько наклонены к корпусу «электролета». Устанавливая лопасти винта под различными углами, автор рассчитывал изменять в полете тягу, а комбинируя при помощи особого механизма работу обоих винтов, - сообщать аппарату движение в горизонтальной или вертикальной плоскости. При уменьшении тяги несущего винта можно было, по замыслу автора, совершить плавную посадку «электролета».

Для вращения винтов изобретатель спроектировал электродвигатель мощностью 300 л. с., передававший вращение винтам через специальную трансмиссию - редуктор с рядом зубчатых колес. «Электролет» проектировался массой около 500 пудов (свыше 8 т).

Проект А. Н. Лодыгина получил отрицательный отзыв, и в средствах на осуществление этого проекта ему было отказано.

Впервые высказанная А. Н. Лодыгиным и подробно им разработанная идея применения на летательном аппарате в качестве двигателя электромотора не была осуществлена, но не прошла бесследно. Эта идея была использована во Франции применительно к управляемому аэростату.

В 1891 г. изобретатель С. Гроховский разработал проект летательного аппарата, представляющего собой комбинацию вертолета и самолета. По этому проекту аппарат имел два восьмилопастных несущих винта, вращавшихся около двух вертикальных осей в разные стороны. В качестве двигателя намечалось использовать электромотор.

Для горизонтального полета предназначались две пары гибких крыльев, совершавших маховое движение от ног воздухоплавателя. Сохранение горизонтальности в поперечной плоскости, по замыслу изобретателя, обеспечивалось с помощью «балансьеров» - плоских веерообразных рулей, прикрепленных на шарнирах с боков корпуса аппарата и приводимых в движение от руки воздухоплавателя с помощью особой рукоятки.

Для изменения наклона продольной оси аппарата и направления его движения был установлен дополнительный руль такого же типа, приводимый в движение также от руки воздухоплавателя.

После отрицательного заключения проект С. Гроховского был отклонен.

В работах VII (воздухоплавательного) Отдела русского технического общества активное участие принимал один из его организаторов - военный инженер П. Д. Кузьминский. Будучи в основном специалистом в области кораблестроения и теплотехники, П. Д. Кузьминский заинтересовался вопросами воздухоплавания и авиации и много работал в этой области. В частности, он проявил большой интерес к летательным аппаратам вертолетного типа, в связи с чем на протяжении более десяти лет (1881- 1892 гг.) изучал работу несущих и тянущих винтов и разрабатывал вопрос об их оптимальных параметрах.

10 марта 1892 г. он сделал доклад на заседании VII отдела о вычисленной и построенной им поверхности для целей воздухоплавания, в котором изложил разработанную им наивыгоднейшую с его точки зрения форму несущего винта, принципы его построения и намеченную обширную программу испытаний такого винта, названного им «русоид».

Встретив благожелательное отношение к своему докладу, П. Д. Кузьминский 4 декабря 1893 г. обратился с письмом к военному министру, где выдвинул предложение построить привязной вертолет «русолет», который может поднять на высоту до 200 м наблюдателя и прожектор, имея в виду после испытаний обратить его в свободный «русолет» и использовать для активной службы. П. Д. Кузьминский просил об ассигновании для постройки привязного «русолета» 10 000 рублей и разрешения производить постройку на заводе артиллерийского ведомства.

Это предложение рассматривалось 3 марта 1894 г. на заседании электротехнического комитета Главного инженерного управления и было отклонено. Одновременно было признано полезным оказать содействие автору для производства опытов.

На основании такого заключения П. Д. Кузьминский разработал обширную программу опытной проверки работы предлагаемых им винтов «русоидов» и создания для этой цели соответствующего экспериментального оборудования.

Проект 'аэроплана' В. П. Коновалова

Эти предложения были отклонены военным министром.

П. Д. Кузьминский продолжал свои эксперименты с «русоидом» на ассигнования VII отдела, которые были очень незначительны. Одновременно П. Д. Кузьминский спроектировал двигатель для вертолета, названный им «газопаротурбинным». Построенный им опытный образец дал 25 паровых сил, весил 250 кг и имел передний и задний ход.

Работа с этим двигателем и испытания «русоида» остались незавершенными в связи со смертью П. Д. Кузьминского (1900 г.).

В 1895 г. мастер Сестрорецкого завода В. П. Коновалов предложил проект комбинированного аппарата (вертолет-самолет), над которым он работал в течение 6 лет. Аппарат имел овальный корпус, выполненный из стальных труб и обтянутый проволочной сеткой. В средней части аппарата над корпусом была укреплена несущая поверхность площадью 30,1 м². В корпусе были установлены два четырехтактных бензиновых двигателя. Каждый двигатель развивал мощность 18,5 л. с. Двигатели приводили во вращение два трехлопастных несущих винта, укрепленных на вертикальных осях. Стальные лопасти были установлены под небольшим углом к плоскости вращения.

По мысли изобретателя, подъемную силу винтов можно было увеличить, поместив над ними неподвижные оболочки («кольцевые тенты»), установленные под некоторым углом к горизонту. Площадь каждого «тента» намечалась в 100 м². Аппарат, который предполагалось построить из стали, должен был весить 600 кг. Было предусмотрено централизованное питание двигателей горючим, рассчитанное на 2 ч полета. Угол установки «тентов» можно было менять, что должно было изменять направление движения аппарата.

Проект В. П. Коновалова не получил поддержки; в средствах, необходимых для постройки аппарата, ему было отказано, и дальнейшие работы с аппаратом были прекращены.

Известный русский инженер-металлург Д. К. Чернов проявлял большой интерес к вопросам летания и разработал проект вертолета. В 1884 г. в Русском техническом обществе им было сделано предложение «О выгоде заменить в геликоптере винт рядом хорошо отполированных металлических пластинок параболической формы».

26 сентября 1890 г. был рассмотрен разработанный Д. К. Черновым проект вертолета, названного им «воздухоплаватель».

Основной элемент этого аппарата - парашют, представлявший собой металлический каркас, обтянутый материей. Под парашютом по радиусу был расположен ряд перегородок, наклоненных под некоторым углом. Парашюту сообщалось вращательное движение - и радиальные перегородки направляли захватываемый воздух вверх под оболочку парашюта, создавая там повышенное давление и тем самым - подъемную силу.

Для поступательного движения аппарат был снабжен воздушным винтом, сделанным также из материи, натянутой на металлический остов. Вращение парашюта и тянущего винта должно было, по мысли автора, осуществляться человеком, действующим ногами, или от динамоэлектрической машины.

При рассмотрении проекта были указаны основные принципиальные его недостатки:

• ошибочное представление о возможности при такой схеме получить подъемную силу;
• отсутствие каких-либо приспособлений для парирования реактивного крутящего момента.

Проект Д. К. Чернова был забракован и отклонен. Все же было признано целесообразным ходатайствовать о выделении небольшой суммы для производства ряда опытов.

В 1893 г. на заседании VII отдела РТО был заслушан доклад Д. К. Чернова «О наступлении возможности механического воздухоплавания без помощи баллона».

Разработанные Д. К. Черновым схемы вертолета: а - соосная схема; б - двухвинтовая продольная; в - двухвинтовая поперечная

В этой работе был высказан ряд интересных положений, а именно:

• выгодность крыла, расчлененного на элементы (типа разрезного крыла);
• возрастание подъемной силы пропорционально квадрату, а работы - пропорционально кубу скорости;
• наличие разряжения воздуха над элементами летящего самолета и др. Д. К. Чернов пытался установить наивыгоднейший угол атаки крыла, ему же принадлежит мысль о значении вогнутых поверхностей для увеличения подъемной силы.

Хотя доклад вызвал большой интерес, средства, необходимые для дальнейших опытов, не были найдены.

Д. К. Чернову принадлежит разработка некоторых, ныне общеизвестных, схем вертолета.

Идея создания вертолета, взлетающего с помощью мускульной силы человека, оказалась весьма привлекательной. Она неоднократно предлагалась как за границей, так и в России.

В связи с развитием велосипеда эта идея обрела новую форму - вертолета-велосипеда. В России многие изобретатели предлагали и такие проекты.

Известен проект такого аппарата, предложенный в 1897 г. И. Быковым. Проект вертолета-велосипеда примерно такой же схемы разрабатывал московский кустарь Н. М. Митрейкин.

Замечательные работы с воздушными змеями и запускаемыми на привязи планерами проводил в 90-х годах XIX в. талантливый конструктор-изобретатель и крупный исследователь С. С. Неждановский.

Проект вертолета-велосипеда И. Быкова

С. С. Неждановский окончил математический факультет Московского университета, некоторое время учился в МВТУ, а затем целиком посвятил себя изобретательской и исследовательской деятельности, долгие годы работал под руководством Н. Е. Жуковского. С 1904 по 1906 гг. работал в Аэродинамическом институте в Кучино, а после 1919 г. на протяжении ряда лет - в ЦАГИ.

Предложенная С. С. Неждановским схема двухвинтового вертолета с перекрытием несущих винтов

Своими работами по воздушным змеям и планерам, предложениями по обеспечению продольной и поперечной устойчивости планеров (постановка стабилизаторов и отгибы концов крыльев), глубокими исследованиями в этой области С. С. Неждановский предвосхитил на много лет соответствующие работы, появившиеся за границей. Он внес много нового и ценного и в другие разделы авиационной науки и техники: работал в области воздушных винтов, специальной аппаратуры для экспериментальных исследований, аэросаней, реактивных винтов и др.

Однако не все стороны многогранной конструкторской и научной деятельности С. С. Неждановского были известны при его жизни.

Предложенная С. С. Неждановским схема одновинтового вертолета с рулевым винтом

Только в последние годы при изучении А. И. Яковлевым^* технических дневников С. С. Неждановского, которые он вел систематически на протяжении почти всей своей жизни, были обнаружены записи, относящиеся к проблеме вертолета. Они свидетельствуют о том, что С. С. Неждановский интересовался вопросами создания вертолета и продумывал наиболее рациональные схемы такого аппарата.

^* (На эту тему А. И. Яковлев сделал сообщение на заседании секции авиации Советского национального объединения историков естествознания и техники 2 марта 1959 г. [60].)

В записях, относящихся к 1894 г., С. С. Неждановский рассматривал двухвинтовую схему вертолета с противоположным направлением вращения несущих винтов. Для уменьшения массы конструкции и элементов трансмиссии и уменьшения сопротивления С. С. Неждановский предусматривал возможность сближения осей несущих винтов и расположения их с частичным перекрытием ометаемых дисков.

Несколько позднее С. С. Неждановского приклекла своей сравнительной простотой и компактностью одновинтовая схема. Зная о наличии реактивного крутящего момента, С. С. Неждановский рассматривал разные схемы его парирования.

Вначале он предложил парировать реактивный момент посредством руля, расположенного в струе несущего винта.

Горизонтальный полет вертолета он намечал осуществить за счет горизонтальной тяги несущего винта, ось которого наклонена смещением центра тяжести аппарата. Управление вертолетом в горизонтальной плоскости он предлагал осуществлять при помощи специальных плоскостей, расположенных в потоке несущего винта и отклоняемых по воле летчика.

Позднее С. С. Неждановский предложил более рациональный способ парирования реактивного момента и управления аппаратом в путевом направлении - с помощью рулевого винта. В 1895 г. он писал, что мощность, приходящаяся на рулевой винт, невелика и передача к нему будет легкой, что позволит винт приводить в движение от привода несущего винта.

Разрабатывает С. С. Неждановский и схему реактивного вертолета, у которого на лопастях несущего винта размещены воздушно- реактивные двигатели, названные им «горелками». Привлекает его в такой схеме отсутствие реактивного крутящего момента и общая простота конструктивной схемы.

Все эти предложения были разработаны С. С. Неждановским еще в конце прошлого века, и он предвосхитил в них интересные идеи, получившие практическое осуществление на несколько десятилетий позднее.