Советские автожиры бескрылого типа

К концу 1933 г советское автожиростроение уже имело богатый опыт проектирования, постройки и испытаний крылатых автожиров. Перед ООК ЦАГИ была выдвинута новая задача: освоение автожиров бескрылого типа с непосредственным управлением.

Автожир ЦАГИ А-14

В августе 1935 г. автожир ЦАГИ А-8 (второй экземпляр) после окончания летных испытаний был поставлен на переделку под бескрылый вариант с непосредственным управлением.

Автожир подвергся следующим конструктивным изменениям:

• снято крыло;
• частично изменена конструкция шасси;
• снято управление элеронами;
• произведены доделки в системе управления втулкой ротора.

Новый автожир получил марку ЦАГИ А-14.

Основное отличие его от ранее выпущенных автожиров заключалось в новой схеме управления. Автожир имел своеобразное управление наклоном оси ротора в поперечной плоскости и рулем высоты в продольной плоскости.

Автожир ЦАГИ А-14

То и другое осуществлялось обычным движением ручки пилота в поперечном и продольном направлениях. Кроме того, с помощью специального штурвала можно было наклонять ось ротора в продольной плоскости. Это делалось для лучшей балансировки автожира при разных центровках и на разных режимах полета, а не для целей управления.

Для улучшения путевой устойчивости на стабилизаторе были установлены две килевые шайбы, а позднее - отгибы.

Для уравновешивания давления, передающегося от ротора на ручку пилота, в систему поперечного управления ротором были включены регулируемые пружинные устройства.

Первый полет на автожире ЦАГИ А-14 был совершен 17 сентября 1935 г. (летчик-испытатель С. А. Корзинщиков).

Втулка ротора автожира ЦАГИ А-14 с пересекающимися в центре втулки осями горизонтальных шарниров

Обнаружилось отсутствие у аппарата поперечной устойчивости. Устранение люфтов в управлении поперечным наклоном оси ротора, подбор более подходящего передаточного числа в кинематической цепи, установление нужного градиента усилий на ручке пилота от пружинного разгрузочного устройства - все это дало возможность проводить нормальные летные испытания автожира, хотя и не решило полностью вопроса о поперечной устойчивости.

В результате летных испытаний было установлено, что:

• летные характеристики и взлетно-посадочные свойства автожира А-14 изменились весьма мало по сравнению с автожиром А-8 (с крылом);
• продольная устойчивость значительно улучшилась;
• поперечное управление автожиром наклонением оси ротора достаточно эффективно на всех режимах полета и позволяет совершать все обычные маневры.

Автожир ЦАГИ А-14 был создан как экспериментальный аппарат для освоения и изучения особенностей бескрылых автожиров с непосредственным управлением втулкой ротора. Данные, полученные при его испытании, должны были помочь в создании нового автожира ЦАГИ А-12 того же типа.

На новом автожире была запроектирована втулка ротора принципиально новой схемы: с пересекающимися в центре втулки осями горизонтальных шарниров.

Было решено втулку новой схемы предварительно испытать и изучить на уже облетанном автожире. Подобная втулка для автожира ЦАГИ А-14 была изготовлена и испытана.

Эти испытания были проведены в начале 1936 г. и дали вполне удовлетворительные результаты.

Несмотря на окончание официальных испытаний автожира ЦАГИ А-14, на нем продолжались полеты, изучалось его поведение, производилась конструктивная доработка для улучшения устойчивости и управляемости аппарата.

В этой работе принимали участие летчики-испытатели К. К. Попов, А. П. Чернавский, Д. А. Кошиц, С. Козырев.

Всеми конструкторскими работами по автожиру ЦАГИ А-14 руководил В. А. Кузнецов, наблюдавший также за летными испытаниями и доводкой аппарата. Все аэродинамические изыскания и расчеты, связанные с созданием автожира и его испытаниями, проводили М. Л. Миль и В. К. Квашнин.

Автожир ЦАГИ А-12

В течение 1934 г. в бригаде аэродинамики ООК ЦАГИ производилось теоретическое обследование нескольких вариантов автожира (влияние изменения ряда основных параметров автожира на его летные качества).

Среди обследованных вариантов особое внимание привлек к себе проект одноместного автожира с двигателем большой мощности, дающего высокие для автожира летные качества: максимальная скорость - порядка 300 км/ч, минимальная скорость - около 45 км/ч, потолок - выше 7000 м, длина разбега - порядка 35-45 м.

При создании автожира этого типа предстояло разрешить целый ряд важных теоретических вопросов, не встречавшихся до сих пор в мировой практике автожиростроения, что также представляло значительный интерес.

В начале 1935 г. были начаты проектные работы по созданию нового экспериментального автожира ЦАГИ А-12.

В период эскизного и рабочего проектирования были проведены многочисленные теоретические изыскания и большое количество экспериментальных исследований по вопросам:

• устойчивости автожира (продольной и поперечной) при установке втулки ротора принципиально новой схемы (с пересекающимися осями горизонтальных шарниров);
• усилий в системе управления и на ручке пилота при втулке ротора новой схемы;
• поведения автожира при взлете и посадке;
• поведения лопастей ротора при больших окружных скоростях;
• охлаждения двигателя большой мощности при полете автожира на минимальных скоростях.

В основном это были вопросы, связанные с работой втулки ротора новой схемы. Для их успешного разрешения нужно было преодолеть большие трудности.

Были проведены специальные летные испытания на автожирах ЦАГИ А-8, ЦАГИ А-14, Сиерва С-30.

Автожир ЦАГИ А-12

Автожир ЦАГИ А-12 представлял собой одноместный автожир бескрылого типа с непосредственным управлением втулкой ротора, с двигателем «Райт-Циклон» мощностью 650 л. с.

Двигатель был закрыт дуралюминовым кольцом типа NACA, которое для регулирования степени охлаждения двигателя имело открывающуюся «юбку», управление которой производилось из кабины пилота.

Кабан ротора состоял из основной трубы, переднего подкоса и двух ленточных расчалок в поперечной плоскости.

Автожир был снабжен трехлопастным ротором диаметром 14 м со свободной подвеской лопастей.

Конструктивно лопасти ротора этого автожира были выполнены аналогично лопастям роторов других автожиров. К лонжерону из хромомолибденовых закаленных труб крепились заклепками с помощью розеток деревянные нервюры.

Носовая часть лопастей была обшита фанерой, хвостовая часть - полотном. Внешние концы лопастей, работающие на больших окружных скоростях, были целиком зашиты фанерой.

Лопасти имели профиль Геттинген-429 (на большей части) и Стэк 0009-63 (на конце).

Ось вращения втулки и оси всех горизонтальных шарниров пересекались в одной точке.

Раскрутка ротора на земле перед взлетом осуществлялась от двигателя при помощи системы механического запуска.

Управление автожиром производилось наклоном втулки ротора, рулем поворота и закрылками стабилизатора.

При стоянке на земле и при рулежке ручка управления стопорилась в специальном гнезде на доске приборов.

Для упрощения управления автожиром перед взлетом органы управления системой механического запуска, тормозами колес и замком ручки летчика были сблокированы между собой.

Рядом с сектором газа был сделан второй сектор, которым можно было одновременно выключить механический запуск, тормоза колес и прибавить газ двигателю сектором газа. Выключить механический запуск и тормоза колес было невозможно, не вынув из замка ручку управления втулкой ротора.

Хвостовое оперение автожира ЦАГИ А-12 состояло из стабилизатора, руля поворота и двух шайб.

У правой половины стабилизатора был перевернутый профиль для компенсации реактивного момента тянущего винта.

Стабилизатор имел два закрылка, управляемых порознь от двух штурвалов в кабине летчика. Стабилизатор можно было переставлять на земле в пределах +3°.

Руль поворота был снабжен флетнером, угол установки которого можно было изменять на земле.

Лопасти ротора могли складываться назад (крепление - на специальных штативах).

Постройка автожира была закончена в апреле 1936 г.

После тщательной проверки и регулировки всех агрегатов и аппарата в целом 10 мая 1936 г. летчик-испытатель ЦАГИ А. П. Чернавский совершил на автожире две пробежки с небольшими подлетами у земли. Была обнаружена сильная неустойчивость автожира в воздухе, вызванная наличием на головке ротора больших люфтов.

Для устранения этого дефекта на головку ротора были поставлены четыре пружины, чтобы ее задемпфировать от самопроизвольных колебаний и для выбирания люфтов, сильно уменьшен люфт в игольчатых подшипниках в кардане наклона втулки ротора и сменены бронзовые втулки на ползуне ручки управления втулкой ротора.

Принятые меры дали определенный эффект, и 27 мая 1936 г. А. П. Чернавский совершил первый полет продолжительностью 10 мин.

Александр Петрович Чернавский (1936 г.)

Второй полет длился 55 мин и проходил на высоте 2000 м.

Дальнейшие полеты на автожире ЦАГИ А-12 должны были выявить поведение аппарата на разных режимах, устранить обнаруженные дефекты, снять балансировочные кривые, определить летные характеристики и взлетно-посадочные свойства аппарата.

В летных испытаниях автожира принял участие летчик- испытатель С. Козырев. Всего было совершено 43 полета общей продолжительностью 17 ч 55 мин.

23 мая 1937 г. с автожиром произошла катастрофа, в результате которой трагически погиб летчик Козырев.

Несмотря на длительное и тщательное расследование, достоверно установить причину катастрофы автожира в то время было невозможно. Лишь много лет спустя было установлено, что причиной катастрофы автожира ЦАГИ А-12 была неудовлетворительная конструкция лопастей ротора, в которой не были учтены явления усталости материала лонжерона в условиях переменных динамических нагрузок.

Из-за катастрофы не удалось закончить летные испытания автожира и полностью определить его летные данные.

Тщательный анализ результатов всех полетов дал возможность утверждать, что на автожире ЦАГИ А-12 можно было бы достигнуть соответствия фактических летных данных расчетным, если бы летные испытания аппарата были доведены до конца.

Полученные в этих полетах данные были очень высоки:

 реально достигнутая наибольшая скорость   45 км/ч 
 наибольшая достигнутая высота полета      5570 м 

Было доказано, что создание автожира подобного типа с такими летными качествами вполне осуществимо.

Предварительная проработка эскизного проекта автожира ЦАГИ А-12 и многочисленные изыскания по выбору его рациональных параметров выполнялись под руководством М. Л. Миля.

Руководил проектированием автожира, наблюдал за его постройкой, летными испытаниями и доводкой Н. К. Скржинский.

Николай Кириллович Скржинский (1936 г.)

Конструктивную разработку отдельных агрегатов автожира выполняли инженеры Г. В. Никонов, Н. Н. Андреева, В. И. Баршев, И. Г. Карпун, К. А. Черкасов и др.

Многочисленные аэродинамические изыскания и расчеты выполняли инженеры В. К. Квашнин и А. Н. Михайлов под руководством М. Л. Миля.

Расчетами автожира на прочность занимались Б. В. Богатырев и А. Я. Бахур.

Постройка автожира проходила под руководством А. А. Кобзарева.

Летные испытания автожира проводили летчики-испытатели А. П. Чepнавский и С. Козырев.

Автожир ЦАГИ А-15

В конце 1935 г. в отделе особых конструкций ЦАГИ была начата предварительная разработка эскизного проекта нового мощного автожира ЦАГИ А-15.

Это был двухместный бескрылый автожир с непосредственным управлением втулкой ротора, снабженный мощным двигателем М-25В. Новый автожир предназначался для использования в качестве артиллерийского корректировщика и ближнего разведчика.

Рабочее проектирование продолжалось в течение всего 1936 г. и было окончено в начале 1937 г. Постройка автожира ЦАГИ А-15 была закончена в апреле 1937 г.

Автожир был снабжен металлическим двухлопастным винтом Гамильтон-Стандарт диаметром 2,96 м.

Перед кабиной летчика на специальных узлах на верхней панели фюзеляжа был укреплен кабан ротора, состоявший из основной центральной опоры, переднего подкоса и двух стальных ленточных расчалок в поперечной плоскости.

Ротор автожира имел три свободнонесущих лопасти. Диаметр ротора составлял 18 м. От корня лопасти до радиуса 5,5 м лопасти имели профиль ЦАГИ серии В относительной толщины 17,6 - 15% и от радиуса 5,5 м до конца лопасти - профиль Стэк относительной толщины 12,8 - 11%.

Конструкция лопастей ротора автожира ЦАГИ А-15 была аналогична конструкции лопастей ротора автожира ЦАГИ А-12: стальной трубчатый лонжерон, деревянные нервюры, насаженные с помощью заклепок на специальные розетки, фанерная и полотняная обшивка.

Хвостовое оперение автожира состояло из стабилизатора, двух управляемых закрылков, двух боковых шайб, нижнего киля и руля поворота.

В соответствии с назначением автожир ЦАГИ А-15 имел соответствующее фото- и радиооборудование, а также защитное вооружение.

Автожир ЦАГИ А-15

После опробования системы механического запуска ротора автожира началась систематическая работа по изучению поведения машины на земле и устранению выявившихся дефектов.

В результате большой работы по проверке и доводке всех параметров ротора, соответствующих конструктивных изменений и подбора жесткости демпферов на оси вертикальных шарниров лопастей ротора удалось почти полностью устранить раскачивание автожира при раскручивании ротора от системы механического запуска. Подбором разгрузочных пружин в системе управления втулкой ротора вождение ручки летчика и усилие на ручку удалось также значительно уменьшить.

Катастрофа с автожиром ЦАГИ А-12 не могла не отразиться на темпах испытания автожира ЦАГИ А-15.

Работы были временно законсервированы, пока происходил углубленный анализ всех параметров автожира ЦАГИ А-12 и возможных причин катастрофы.

Испытания автожира ЦАГИ А-15 возобновились в феврале 1938 г. Требовалось небольшое усилие для устранения имевшихся еще дефектов в системе механического запуска, но это не было сделано. Дальнейшие работы с автожиром были приостановлены и аппарат был окончательно законсервирован, не будучи даже испытан в полете.

Все аэродинамические изыскания, связанные с выбором основных параметров автожира ЦАГИ А-15, были проведены бригадой аэродинамики ООК ЦАГИ под руководством М. Л. Миля.

Он же выполнил предварительную разработку эскизного проекта автожира, руководил рабочим проектированием аппарата и наблюдал за его постройкой и летными испытаниями В. А. Кузнецов. В разработке конструкции отдельных агрегатов автожира принимали участие А. П. Проскуряков, Н. С. Терехов, Г. В. Никонов, Т. М. Дзерве и др.

Многочисленные аэродинамические расчеты выполнялись под руководством М. Л. Миля сотрудниками бригады: В. К. Квашниным, Е. Куролесовой, Е. Похвальновой. Расчеты на прочность агрегатов автожира производили Б. В. Богатырев, А. Я. Бахур, Л. В. Балкинд и другие сотрудники бригады прочности КБ.

Руководил постройкой автожира в цехе винтовых аппаратов (ЦВА) А. А. Кобзарев.

В наземных испытаниях принимали участие А. И. Иванов и А. П. Чернавский.

Автожир ЦАГИ А-10

После гибели автожира ЦАГИ А-12 на протяжении почти двух лет проводились тщательные теоретические и экспериментальные исследования возможных причин катастрофы, была подвергнута критическому пересмотру аэродинамика построенных ранее автожиров и их основных параметров.

В результате указанных работ, в значительной степени затрагивавших вопросы устойчивости и управляемости автожиров (особенно бескрылого типа с непосредственным управлением), были выявлены слабые места в выборе некоторых параметров советских автожиров, построенных ранее. Это создавало условия для появления нового автожира, более совершенного, безопасного в полете и пригодного для широкой эксплуатации.

В 1938-1939 гг. было разработано несколько вариантов эскизного проекта нового автожира, получившего марку А-10^*.

^* (Эта марка ранее была присвоена пассажирскому автожиру крылатого типа, эскизный проект которого разрабатывался в 1933 г. Так как этот автожир не был построен, то его марка была использована для нового автожира бескрылого типа. )

Автожир А-10 - двухместный, с двигателем «Рено» (МВ-4) мощностью 140 л. с. и деревянным двухлопастным тянущим винтом. Автожир был бескрылого типа. Продольное и поперечное управление осуществлялось наклоном втулки ротора. Стабилизатор имел закрылки, регулируемые на земле.

Аппарат был снабжен тормозными колесами, тормозом ротора и механическим запуском, действующим от рычагов блока комбинированного управления. Выключение обоих рычагов блока производилось специальным выключателем, который работал только после освобождения из замка ручки управления.

Автожир А-10 (эскизный проект, шестой вариант) 1939 г.

Ротор автожира - трехлопастный. Для удобства хранения и перевозки автожира лопасти складывались назад.

Втулка ротора - нормальной схемы с разнесенными горизонтальными шарнирами.

Всю работу по созданию автожира А-10 намечалось осуществить в два этапа.

1-й этап - постройка автожира с управлением наклоном втулки ротора в том виде, как описано выше, для отработки устойчивости и управляемости. Автожир был снабжен мощным механическим запуском ротора, обеспечивавшим укороченный разбег при взлете. Аппарат должен был быть полностью доведен и передан в серийное производство и затем в эксплуатацию в 1939 г.

2-й этап - изготовление спроектированной втулки ротора с механизмом изменения шага ротора на взлете и испытания ее на втором экземпляре автожира А-10.

Новая втулка должна была обеспечить взлет автожира без разбега. При этом автожир А-10 должен был стать «прыгающим». Второй этап работ намечалось выполнить в течение 1940 г.

При обычной схеме управления бескрылым автожиром путем наклона втулки ротора мощность механического запуска достигала 28 л. с.

При управлении поворотом лопастей мощность механического запуска возрастала до 35 л. с. При этом можно было раскрутить ротор при 0° до повышенной частоты вращения, при которой накапливалась значительная кинетическая энергия, используемая для взлета («прыжка») при увеличении угла от 0 до 5-7°.

Предполагалось, что новый автожир сможет найти практическое применение в первую очередь в полярной авиации, в гражданском воздушном флоте, в пограничной авиации и т. п.

Эти надежды не оправдались, так как интерес к автожиру упал и дальнейшие работы по автожиру были прекращены.

Эскизный проект автожира А-10 разрабатывал Н. К. Скржинский совместно с В. А. Кузнецовым (первый вариант эскизного проекта) и с В. П. Лаписовым (все последующие варианты).

Автожир ЦАГИ А-9

В начале 1937 г. проводилась эскизная разработка экспериментального автожира бескрылого типа с непосредственным управлением втулкой ротора, осуществляющего взлет без разбега («прыгающий» автожир).

Предполагалось этот автожир с маркой А-9 построить на базе автожира ЦАГИ А-13, спроектировать заново систему механического запуска ротора, шасси, весь ротор и систему управления им.

Эти агрегаты были проработаны в эскизном порядке. Особое внимание было обращено на проектирование специальной автодинамической втулки ротора.

Поскольку автожир А-9 проектировался как сугубо экспериментальный аппарат, в конструкции автодинамической втулки предусматривалась возможность в довольно широких пределах изменять ее основные параметры. Но дальше предварительной эскизной проработки работа по созданию автожира А-9 не пошла.

Руководил работой Н. К. Скржинский. Ему же принадлежит разработка конструкции автодинамической втулки.

Автожир АК

В 1940 г. было начато проектирование нового автожира с непосредственным управлением, взлетающего без разбега.

Этот автожир, получивший марку АК, имел двухместную кабину закрытого типа; на нем был установлен двигатель МВ-6 мощностью 225 л. с. с толкающим воздушным винтом. Ротор автожира был трехлопастный, профиль лопастей - NACA-23012. Втулка ротора имела гидравлический механизм изменения общего шага лопастей ротора, соединенный с общей гидросистемой автожира.

Управление автожира должно было осуществляться с помощью автомата перекоса, воздействующего на циклический шаг лопастей ротора.

Автожир АК в стадии постройки (1942 г.)

На специальной трубчатой форме было расположено оперение, состоявшее из стабилизатора с наклонными шайбами и центрального киля.

Постройка автожира, происходившая во время войны в условиях эвакуации, не была закончена.

Автожир проектировался под руководством Н. И. Камова при участии М. Л. Миля, В. А. Кузнецова и Н. Г. Русановича.