Автор: Пьяхов Матвей
Возраст: 12 лет
Место учёбы:
Клуб технических видов спорта МБУ ДО «Центр дополнительного образования», секция «Авиа-ракетомодельный спорт»
МБОУ Гимназия, 6 «Г» класс
г.Урай, Ханты-Мансийский автономный округ-Югра
Руководитель: Меньшиков Владимир Алексеевич, педагог дополнительного образования МБУ ДО «Центр дополнительного образования», Заслуженный мастер спорта России, Заслуженный тренер России, Отличник Воздушного транспорта.
Историко-исследовательская работа «Какие преимущества имеют автожиры перед другими аппаратами?»
План
Введение. Почему я выбрал эту тему?
1. Что такое автожир?
2. Типы автожиров
3. История создания автожира
4. Автожиростроение в СССР. Первые шаги
5. Ограничения и недостатки автожиров первых поколений.
6. Боевое применение автожиров
7. Использование опыта автожиростроения при создании вертолётов
8. Основные достоинства и преимущества автожира по сравнению с другими летательными аппаратами
Заключение
Список использованных источников информации
«… не многие способны бросить вызов судьбе, потому что люди либо не ставят перед собой глобальных целей в принципе, либо не верят в то, что они способны их достичь…»
Александр Мисуркин
Герой России, лётчик-космонавт
Введение
Почему я выбрал эту тему?
Я уже четвёртый год занимаюсь авиамодельным и ракетомодельным спортом, имею второй спортивный разряд, являюсь бронзовым призёром Первенства России (2015г.), чемпионом и призёром Всероссийских соревнований. Мечтаю стать пилотом Гражданской авиации (если пройду медкомиссию) или выбрать профессию, связанную с авиацией или космонавтикой.
Когда я записывался в авиамодельную секцию Клуба технических видов спорта, нам, новичкам, тренер провёл экскурсию по Клубу и показал настоящие самодельные самолёты и автожир. Было очень интересно. Особенно мне понравилось, когда тренер Владимир Алексеевич Меньшиков показал, как легко и просто, зная аэродинамику, можно сделать из простого листочка бумаги модель, которая будет летать (планер) или, вращая лопастями, висеть и плавно снижаться (ротор). Я ещё тогда вспомнил, что и семена клёна, когда падают, тоже вращаются. Оторвавшись от ветки дерева и вращаясь, под действием ветра они улетают далеко, завораживая своим полётом. Я спросил, почему вращаются бумажная модель и семечко. Владимир Алексеевич рассказал, что семена клёна имеют аэродинамическую поверхность. Лопасти семечка имеют некоторую аэродинамическую крутку, поэтому, падая на землю, они совершают быстрое вращательное движение (как у вертолёта самовращение несущего винта). Меня это так поразило, что сама природа «знает» законы аэродинамики, и тогда я решил записаться в секцию, чтобы научиться и сделать что-нибудь похожее.
Это уже потом я делал модели ротошюта, изучая аэродинамику самовращения и улучшая лётные характеристики полёта модели. Мой ротошют – это гибрид ракеты и вертолёта, вернее, ракета, у которой система спасения – ротор. Со своими моделями я участвовал в различных соревнованиях.
Кстати, Владимир Алексеевич ещё в 9-м классе (1969г.) построил автожир, но не летал на нём. Он показал нам фотографию, где он сидит в кабине своего автожира.
Когда я узнал про Олимпиаду по истории авиации и воздухоплавания, я сразу выбрал эту тему, связанную с полётами летательных аппаратов на самовращении несущего винта, то есть, об автожирах. Я попытаюсь раскрыть особенности полёта автожира, сравнить его с другими летательными аппаратами тяжелее воздуха, показать недостатки и доказать преимущества автожира!
И даже, если я не стану победителем, всё равно я выиграю, потому что пришлось много читать, узнал очень много интересных исторических фактов, о которых раньше даже не слышал, или слышал, но не запоминал. Я узнал конструктивные, аэродинамические характеристики летательных аппаратов, их достоинства и недостатки, особенности полётов. Мне стало интересно более детально изучать историю авиации.
1. Что такое автожир?
Автожир (oт греческого autos – сам и gyros – круг, вращение) – летательный аппарат тяжелее воздуха, сочетающий в себе свойства самолёта и вертолёта, у которого подъёмная сила возникает на несущем винте, вращающемся свободно под действием набегающего потока воздуха, проходящего через несущий винт, а тяга для движения вперед создается силовой установкой.
Несущий винт (ротор) заставляют вращаться аэродинамические силы. Это явление называется авторотация, или самовращение несущего винта. Воздушный поток проходит через лопасти ротора снизу вверх. Поскольку ротор у автожира свободно вращается на подшипниках втулки – отсутствует реактивный момент. Значит, ему не нужен хвостовой (рулевой) винт, как у вертолёта.
Автожир в полёте, как и самолёт, перемещается и управляется относительно трёх пространственных осей: вертикальной, продольной и поперечной. Несущий винт (ротор) управляется отклонением ручки управления, поэтому создается необходимый момент тангажа, или крена. Путевое управление автожира, как и самолета, осуществляется рулём направления. Действия пилота автожира ручкой управления и педалями такие же, как у пилота самолёта.
2. Типы автожиров
У первых автожиров несущий винт (ротор) перед взлётом приводился во вращение методом раскрутки вручную или от тянущего винта, а число оборотов его увеличивалось уже при рулении и разбеге. Позже были оборудованы специальные приводы к несущему винту от двигателя.
В процессе разработки автожиров появились три принципиальные схемы:
1) крылатый – с неуправляемым несущим винтом;
2) бескрылый – с управлением несущего винта путем наклона оси ротора;
3) автожир с непосредственным («прыжковым») взлётом без разбега, способным произвести вертикальный взлёт как вертолёт при помощи механического устройства передачи мощности от двигателя к ротору.
3. История создания автожира
Самый первый автожир, как тип, в котором использовался принцип самовращения, придумал испанский авиаинженер доктор Хуан де ля Сиерва в 1920г. Когда из-за потери скорости разбился спроектированный и построенный им трёхмоторный самолёт, Сиерва задался целью создать безопасный летательный аппарат и создал автожир С-1. Далее Сиерва выпускает целый ряд опытных автожиров, хотя в первых образцах ему пришлось преодолеть много трудностей и неудач. Только в 1928г. он достиг желаемого результата и на автожире С-8 впервые совершил перелёт из Парижа в Лондон. После успешных полётов испанец переезжает в Англию, где организует компанию для серийного выпуска автожиров. Вслед за Англией производство автожиров организовано и в США. В 30-е годы было выпущено и продано более 200 автожиров. Многие зарубежные фирмы и компании покупают у конструктора лицензию на постройку его необычных летательных аппаратов. Поэтому все довоенные автожиры в мире являются модификацией машин Сиервы.
4. Автожиростроение в СССР. Первые шаги.
Успехи постройки и полётов автожиров за рубежом вызвали повышенный интерес к ним в нашей стране.
В экспериментально-аэродинамическом отделе (ЭАО) ЦАГИ были проведены исследования по изучению работы разных типов несущих винтов на режиме авторотации.
После организации в ЭАО ЦАГИ секции особых конструкций (1928г.) и постепенного пополнения секции новыми работниками появилась возможность кроме чисто вертолётной тематики непосредственно заняться новой отраслью техники – автожиростроением.
Небольшой группе сотрудников секции (инженеры И.П.Братухин и В.А.Кузнецов) было поручено ознакомиться с конструкцией построенных за границей автожиров, с их летными испытаниями и теоретическими разработками.
В СССР первый автожир был построен в 1929г. инженерами Н.И.Камовым и Н.К.Скржинским, его назвали КАСКР-1. Впоследствии на протяжении десяти лет в Советском Союзе было создано 9 типов автожиров, в цехе винтовых аппаратов построено 17 опытных экземпляров.
Мне хочется остановиться хотя бы на трёх автожирах. Это: КАСКР-1, КАСКР-2 и ЦАГИ А-7.
Автожир КАСКР-1 («Красный инженер»)
Осенью 1929г. был построен автожир КАСКР-1, названный так по имени авторов его проекта инженеров Н.И.Камова и Н.К.Скржинского. По своей схеме, геометрическим параметрам и конструкции он полностью повторял один из последних автожиров Сиерва – С-8. В нём был использован фюзеляж самолета Авро-504, двигатель РОН в 120л.с. Шасси переделано на очень широкую колею, а крылья сделаны подкосными. Несущий винт был установлен на четырехгранной пирамиде. Лопасти винта имели вертикальные и горизонтальные шарниры и соединялись между собой тросами с грузами для демпфирования (гашения) колебаний в плоскости вращения.
В первом в СССР автожире его авторам пришлось столкнуться со многими трудностями и неожиданностями и ценой больших усилий, успехов и неудач накапливать бесценный опыт. Управлять автожиром научились не сразу, случались поломки и аварии. Из-за недостаточной устойчивости КАСКРа во время взлета 12 октября случилась авария, автожир перевернулся и был сильно поврежден. Пилоты отделались лишь ушибами. В 1930г. аппарат КАСКР-1 был восстановлен.
Автожир КАСКР-2
2 сентября 1930г. на полёт «Красного инженера» приехал посмотреть начальник ВВС РККА П.И.Баранов, и машина не подвела. КАСКР выполнил на высоте 12 – 15 м три полёта продолжительностью секунд по тридцать каждый. Показательный полёт не прошел напрасно. Командующий Красным воздушным флотом помог достать для автожира новый двигатель «Титан» (235 л.с.), поскольку мощность старого «Рона» (120 л.с.) было явно недостаточной. С новым мотором автожир стал называться КАСКР-2 и впервые поднялся в воздух 11 января 1931г.
21 мая 1931г. на Центральном аэродроме в Тушино автожир Камова и Скржинского участвовал в показе новейшей авиационной техники руководству страны. Сталин, Ворошилов и Молотов обходили длинную шеренгу истребителей и бомбардировщиков, а замыкал «парад» необычный винтокрылый аппарат. Камов сам доложил Сталину о машине. Поддержал конструктора эффектным полетом и Д.Кошиц. Сделав три круга над аэродромом, летчик красиво спланировал и посадил КАСКР-2 вблизи трибуны с членами правительства, совершив пробег на посадке всего в несколько метров. Позже Баранов рассказывал, что автожир очень понравился всему руководству.
Интерес первых людей в государстве к КАСКРу помог развитию всего автожиростроения в СССР. Создатели «Красного инженера» переходят в Бюро особых конструкций при ЦАГИ (БОК ЦАГИ), где приступают к постройке новых машин.
На модифицированном автожире КАСКР-2 в течение 1930-1931г.г. было совершено около 90 полетов, достигнута максимальная высота – 450м, скорость – 110км/час, а продолжительность полета – 28 минут.
Этот аппарат был первым автожиром, конструкторский и летный опыт, приобретенный при испытаниях и доводке которого, оставил определенный след в истории советского автожиростроения.
К началу 1930 г. были изучены иностранный теоретический материал, схемы всех построенных за рубежом автожиров. На основании этого был разработан инженерный метод аэродинамического расчета автожира и его балансировки.
Автожир ЦАГИ А-7
В середине 1931г. было начато проектирование автожира ЦАГИ А-7 – ближний разведчик и артиллерийский корректировщик.
Это был двухместный автожир крылатого типа с трехлопастным ротором и двигателем М-22 мощностью 480л.с.
Фюзеляж автожира состоял из центральной части, имевшей три отсека (баковый отсек, кабина летчика и кабина наблюдателя), и хвостовой балки.
Крыло автожира состояло из центроплана с V-образными подкосами и консольных частей с элеронами.
Три лопасти ротора были подвешены к втулке с помощью горизонтальных и вертикальных шарниров. Лопасти ротора имели трубчатый лонжерон. Нервюры – деревянные.
Ротор автожира ЦАГИ А-7 перед взлетом раскручивался от двигателя с помощью системы механического запуска (раскрутки).
Шасси автожира трехстоечное с передней опорой (впервые в Советском Союзе).
Оборудование автожира ЦАГИ А-7 (электрорадиооборудование, фотоустановка) было аналогично оборудованию самолета того же назначения.
Впервые в мировой практике автожир ЦАГИ А-7 имел защитное вооружение. Оно состояло из передней пулеметной установки для стрельбы через тянущий винт и спаренного пулемета, установленного на турели в кабине наблюдателя. Предусматривалось использование бомб и реактивных снарядов.
В апреле 1934 г. постройка автожира ЦАГИ А-7 была окончена, а 3 мая 1934г. начались его летные испытания.
На А-7 впервые в мире была поднята нагрузка в 750 кг, достигнута скорость 221 км/ч и выполнены перелеты на расстояние 1000 км.
Для изучения возможности использования автожира в различных областях народного хозяйства весной 1941г. была организована экспедиция в Среднюю Азию. Экспедиция работала в предгорьях Тянь-Шаня в течение месяца и доказала возможность применения автожиров в лесном хозяйстве.
5. Ограничения и недостатки автожиров первых поколений
Автожиры первых двух поколений имели недостатки и ограничения:
- низкая надёжность и ремонтопригодность;
- потребность во взлётно-посадочной полосе;
- неповоротливость;
- неэкономичность.
6. Боевое применение автожиров
Качества, присущие автожирам, могли быть полезными военным. Это переброска разведчиков и диверсантов в тыл противника, воздушная разведка, полёты в партизанские отряды и к отрезанным воинским подразделениям на оккупированную территорию, корректировка артиллерийского огня, доставка почты. Свой интерес к автожирам проявили военные Германии, Великобритании, Франции, США, Японии, СССР.
Первыми испытали автожир на военной службе американцы в сентябре 1931 года, впервые продемонстрировав взлёт и посадку с палубы авианосца.
Американская компания Г.Питкрена по заказу английского правительства изготовила и отправила весной1942 года в Англию семь автожиров РА-39 для использования в противолодочной обороне морских конвоев. Но транспорт с автожирами был атакован немецкой подводной лодкой и потоплен, все автожиры вместе с судном оказались на дне.
Наибольшее количество военных автожиров перед началом Второй мировой войны было во Франции, но об участии их в боевых действиях мало что известно.
В Японии производились автожиры Ка-1 для военно-морского флота, они могли нести на борту две глубинные бомбы для борьбы с подводными лодками, но широкого применения не получили.
Германия использовала змей-автожир FA-330 для разведки с судов и подводных лодок при проведении боевых операций.
В Советском Союзе в1939г. А-7-бис и А-7 участвовали в зимней войне с Финляндией.
С началом Великой Отечественной войны сформировали отдельную автожирную эскадрилью из пяти А-7-3а. Осенью 1941 года их отправили на Западный фронт в район Ельни для ведения воздушной разведки. Действия автожиров оказались малоэффективными, пришлось отправить их обратно в Москву. На фронт их больше не посылали – толку от них там не было.
А-7 был первый боевой автожир в мире и первый серийный винтокрылый аппарат в СССР. Именно с этих неказистых на вид аппаратов начиналось отечественное вертолётостроение. Очевидно, что без полётов А-7 не было бы сегодня таких боевых вертолетов как Ми-24, Ми-28 и Ка-50 и др.
7. Использование опыта автожиростроения при создании вертолётов
Первый советский автожир был построен в 1929г., а в 1937г. испытан автожир ЦАГИ А-15 – последний автожир, созданный в Советском Союзе.
Несмотря на столь короткий срок, практический опыт, накопленный при проектировании, летных испытаниях и доводке построенных автожиров, оказался полезным при создании и совершенствовании советских вертолётов.
К 1940г. работы по автожирам в ЦАГИ прекратились, и с января 1940г. при Московском авиационном институте (МАИ) было организовано вертолётное ОКБ-3. Руководил новым ОКБ – Б.Н.Юрьев, а затем И.П.Братухин. До 1945г. других ОКБ по вертолётам не было, а работы по автожирам вообще были прекращены и больше не возобновлялись.
Автожиры строились потом в нашей стране только по инициативе студентов ВУЗов или же конструкторов-энтузиастов сверхлегких летательных аппаратов, в том числе и любительской постройки.
Работа над автожирами позволила разрешить многие проблемы, возникшие при создании вертолётов. Удалось исследовать вопросы устойчивости, уточнить основные параметры, возникающие при снижении авторотации, замерить усилия в системах управления, изучить маховые движения и флаттер лопастей ротора, явление «земного резонанса». Многочисленные исследования, проведённые с автожирами, стали хорошей школой для конструкторов, приступивших позднее к созданию вертолётов.
8. Основные достоинства и преимущества автожира по сравнению с другими летательными аппаратами
Итак, подвожу итог моего исследования.
Несмотря на имеющиеся недостатки, современные автожиры всё-таки обладают рядом заметных, и даже существенных, преимуществ перед другими летательными аппаратами.
К таким преимуществам относятся:
1.Автожиры превосходят самолёты и вертолёты по безопасности полётов.
2.При потере скорости полёта автожир начинает спускаться и не сваливается в штопор.
3.При отказе двигателя автожир не падает камнем, а, используя режим самовращения (авторотацию) запросто производит безопасную посадку, в том числе, на ограниченную площадку (у вертолёта при переходе на режим самовращения теряется время для сохранения оборотов несущего винта при вынужденной посадке).
4.Управлять автожиром проще, чем самолётом и вертолётом, значит, легче научиться летать, в том числе, в лётных училищах и аэроклубах.
5.Автожир в среднем гораздо дешевле лёгких самолётов и вертолётов.
6.Стоимость лётного часа в несколько раз меньше, чем у вертолёта (если заказывать на различные виды работ – осмотр нефте- и газопроводов, ЛЭП, пожаров, аэрофотосъёмка и т.д.).
7.Автожир менее чувствителен к восходящим и нисходящим (термическим) потокам воздуха по сравнению с дельталётом и паралётом, в том числе, и к болтанке.
8.Уменьшенная вибрация (по сравнению с вертолётом).
9.При определённых метеоусловиях автожир способен взлетать с места, а производить посадку – практически без пробега (для сравнения – самолёту нужна взлётно-посадочная полоса).
10.Большой диапазон скоростей горизонтального полёта от минимальной 25-30 км/ч до максимальной около 200 км/ч.
Заключение
Самое большое достоинство автожира – это его надёжность, маневренность и устойчивость. Управлять им так легко, что одновременно можно заниматься и другим делом, ради которого вы, возможно, и совершаете полёт. Важно – если, вдруг откажет мотор, ротор будет всё равно вращаться. И, хотя это не означает, что вы зависнете в воздухе, у вас всё равно будет достаточно времени, чтобы оглядеться и прикинуть, где посадить машину. В любом случае, ротор продолжает вращаться, и аппарат остаётся полностью управляемым.
Автожир является самым безопасным летательным аппаратом, благодаря этому он имеет огромную популярность в мире и в России сейчас и большие перспективы в будущем.
«Я считаю, что автожир – полноправный член семьи летательных аппаратов. Ему незачем конкурировать с вертолётом – он просто его брат!»
Кен Уоллис, конструктор и пилот автожиров
Список использованных источников информации
Журналы:
«Моделист-конструктор»
«Техника молодёжи»
«Крылья Родины»
«Юный техник»
«Самолёты мира» №4-1996г.
А.М.Изаксон. Советское вертолётостроение. Москва, «Машиностроение» 1981г.
А.Жабров. Как и почему летает автожир. Москва, Ленинград, «Главная редакция научно-популярной литературы» 1936г.
М.Маслов. Утерянные победы советской авиации. Москва, «Яуза» «ЭКСМО» 2012г.
И.Дроговоз. Биография несущего винта от Леонардо да Винчи до Игоря Сикорского. Белоруссия, Минск 2013г.
http://ru.wikipedia.org
| 
