Нелетательный аппарат: цикложир
- 1980 Ротор Шарпа (США) Патент на цикложир посадки и вертикального взлёта был взят американским изобретателем Томасом Шарпом 25 марта 1980 года. Как и многие другие конструкции, цикложир Шарпа так и не был выстроен, но одна из иллюстраций, приведенных Шарпом в патенте, весьма наглядно демонстрирует принцип работы лопастей ротора.
- Лопатки не жестко укреплены на роторе, но изменяют собственный угол в ходе вращения за счет дополнительного крепления к несоосному цилиндру, укрепленному на той же оси, что и ротор. Изменяющаяся геометрия разрешает лопаткам «захватывать» воздушный поток, пропускать его через ротор и выбрасывать иначе, толкая цикложир вперед.
- Шарп замечательно осознавал, как сложно создать ротор, что снабжал бы как подъемную, так и реактивную силы, исходя из этого его цикложир имел хвостовое оперение и крылья
1909 Самолет Сверчкова (Российская Федерация) Стал первым в истории летательным аппаратом, выстроенным по принципу цикложира. До наших дней дошла одна-единственная фотография устройства Сверчкова, но и по ней замечательно видно, что аппарат вряд ли имел возможность встать в атмосферу.
- 10-сильный двигатель конструкции Бюши не смог кроме того переместить «Самолет» с места на протяжении единственной сессии полевых опробований
1923 Цикложир Колдуэлла Рисунок, сделанный самим Колдуэллом для патента, отличался редкой неаккуратностью. Цикложир Джонатана Колдуэлла был скорее проектом по выбиванию денег из спонсоров, нежели настоящим летательным аппаратом.
- Его Gravity Aeroplane Company существовала по большей части на бумаге, а сам Колдуэлл каждые пара лет загадочно исчезал, дабы возвратиться с еще более сумасшедшим проектом. Однако Колдуэлл первым придумал схему, ставшую обычной для конструкций, ввел в технический язык понятие «цикложир» и взял первый в истории патент на подобную машину.
- Из последнего возможно было представить внешний вид летательного аппарата, но Колдуэлл не удосужился уделить время таким «малым» подробностям, как углы наклона лопастей по отношению к набегающему потоку
Цикложир Платта (США) Филадельфийский инженер Хэвиленд Платт запатентовал свой автомобиль в первой половине 30-ых годов XX века, основываясь на журнальных публикациях сумрачного германского гения Адольфа Рорбаха.
- Лопасти цикложира Платта поменяли угол атаки с хорошего на отрицательный на каждом обороте, создавая подъемную силу. Теоретически подобная система имела возможность создать любую комбинацию подъемной и реактивной сил. Платт кроме того отыскал деньги на постройку цикложира, но до завершения работ дело не дошло.
- Потом Платт оставил идею цикложира и спроектировал один из первых в истории двухвинтовых вертолетов поперечной схемы Platt-LePage XR-1, что был выстроен, удачно прошел опробования и принес Платту заслуженную славу в собственной области, не смотря на то, что и не отправился в серийное производство
2006 Propulsive wing (США) По сути собственной Fanwing — это прямой наследник цикложиров, лишь нормально летающий.
- Кроме Пиблса концепцию крыла-вентилятора разрабатывает и еще одна компания, находящаяся в ведении NASA, — Propulsive Wing. Крыло самолета аналогичного типа достаточно «толстое», а в том месте, где у простого летательного аппарата расположены лонжероны, у Propulsive Wing находится ротор-вентилятор.
- Он засасывает воздушное пространство, обтекающий верхнюю плоскость, и производит его через отверстие в задней оконечности крыла, так создавая дополнительную подъемную силу за счет разрежения на верхней плоскости и дополнительную тягу за счет реактивного результата. На сегодня компания проводит регулярные опробования действующих моделей Propulsive Wing. Летают маленькие самолеты в полной мере удачно, дело за малым — осталось только выстроить полноразмерную машину
- CYCLOGYRO (США, 1930) Гребной винт, приводивший в перемещение созданный в Сан-Франциско самолет, стал называться «циклоидный пропеллер». Но, несмотря кроме того на наличие крыльев, Cyclogyro от почвы не оторвался
До 17 декабря 1903 года, в то время, когда Уилбур Райт в первый раз поднял в атмосферу оснащенный двигателем аппарат тяжелее воздуха, не было человека, кто знал, какая схема получит успех. Крылья, расположенные в горизонтальной плоскости, были одним из бессчётных вариантов. Изобретатели не желали верить в то, что именно конструкция братьев Райт оптимальна.
Самолеты пробовали оборудовать несколькими сотнями мелких крыльев, парусами, крылом с замкнутым контуром В ходе бессчётных опытов нашелся и второй принцип летательного аппарата, везде распространенный сейчас, — вертолет. Некое время борьбу вертолетам составляли автомобили разработки испанца Хуана де ля Сьервы, автожиры, но сейчас они воспринимаются скорее как курьезы, чем как важные летательные аппараты.
А в 1909 году русский армейский инженер Евгений Павлович Сверчков выстроил первый в истории цикложир. Сейчас на самолет Сверчкова возможно наблюдать лишь со снисходительной ухмылкой: летать он не имел возможность ни в каком случае. Но в те далекие времена цикложиры имели ровно столько же шансов на взлёт и постройку, сколько и самолеты привычной нам схемы.
Что такое цикложир
Цикложир — это самолет с винтами, напоминающими гребные колеса парохода. Вращаясь, лопасти «загребают» воздушное пространство и отбрасывают его назад, за счет этого создавая реактивную и подъемную силы, толкающие аппарат. Причем лопасти укреплены на роторе не жестко: они движутся довольно его оси по определенному закону, изменяя угол атаки.
Прийти к идее цикложира было легко: именно на колесные пароходы и ориентировались изобретатели. Но при проектировании необходимо было учитывать большую отличие в плотности воды и воздуха. В случае если мерно вращающееся гребное колесо легко продвигало корабль по водной глади вперед, то лопасти цикложира должны были не только толкать машину, но и удерживать ее в воздухе, что представлялось значительно более тяжёлой задачей.
Но возвратимся к Сверчкову и его идее. Первой неточностью инженера был выбор спонсора: цикложир был выстроен на деньги Главного инженерного управления в Санкт-Петербурге, другими словами на средства армии. Каждая неудача безрадосно аукнулась бы изобретателю (фактически, так и вышло). Подъемная сила и тяга «Самолета» (такое очевидное наименование взял аппарат) создавались неким подобием лопастей числом 12 штук.
Лопасти были установлены попарно под углом 120°, но установочный угол возможно было поменять посредством совокупности пружин и эксцентриков. Вращаясь, лопасти отбрасывали воздушное пространство вниз и назад. Привод осуществлялся от 10-сильного двигателя конструкции швейцарца Альфреда Бюши при помощи ременной передачи.
Главный акцент Сверчков делал на легкость конструкции: масса безлюдного аппарата — 200 кг, рама из бамбуковых трубочек, отбрасываемое шасси.
В 1909 году машина демонстрировалась в Петербурге на выставке новейших технических достижений и взяла медаль — не смотря на то, что еще ни разу не испытывалась! Первый полет был назначен на ночное время. Публика прослышала об этом и в три часа ночи собралась, дабы взглянуть на диковинную машину в работе. Но полет не состоялся.
Как и следовало предположить, плоскости «гребных лопат» не хватило кроме того чтобы переместить ортоптер (такое наименование также бытовало в народе) с места. Сверчков взял на собственную голову важные проблемы, которые связаны с растратой казенных средств, а после этого кинул инженерию и ударился в политику. Но начало было положено.
Предстоящие попытки
1910-е годы дали миру еще пара проектов цикложиров, причем два из них были созданы в Российской Федерации. Изобретатели в первую очередь представили собственные проекты отделу изобретений Военно-промышленного комитета и и в том и другом случае взяли честные отказы. В то время, когда небо над Европой уже бороздили юркие «Ньюпоры» и «Фарманы», выбрасывать деньги на экзотические конструкции, к тому же и в разгар войны, правительство не планировало.
Исходя из этого и проект Медведева (1914), и проект Михайлова (1916) были обречены на неудачу.
История свидетельствует, что в 1910-х годах цикложиры строили еще во Германии и Франции, сохранились картинки а также кадры черно-белой кинопленки с попытками запустить подобные аппараты. Но более ничего об этом периоде сообщить запрещено. Как же так? — спросите вы.- Неужто ничего неизвестно? Ничего, причем по весьма несложной причине.
Ни российские разработки, ни таинственные европейские цикложиры не были запатентованы. В первой половине 20-ых годов XX века американец Брукс выстроил еще один аппарат, оснащенный легким мотором «Форд», — и также не защитил его авторским свидетельством. От ротоплана Брукса остались хотя бы фотографии, по которым возможно делать выводы, что данный аппарат вряд ли поднимался в атмосферу.
Расцвет ротопланов
Период расцвета цикложиростроения возможно сократить временными рамками: с 1923 по 1937 год. Полтора десятка конструкций аналогичного замысла было предложено за эти годы изобретателями из различных государств, четыре из них были выстроены в натуральную величину, оснащены двигателями и подвергнуты разнообразным опробованиям. А началось все с гениального канадского инженера-самоучки Джонатана Эдуарда Колдуэлла.
Колдуэлл был необычной фигурой. Никто ничего не знал о его личной жизни, а в 1930-х он и вовсе загадочно провалился сквозь землю. В феврале 1923 года Колдуэлл показался в офисе патентного бюро американского штата Калифорния с проектом, которому он дал наименование Cyclogyro — именно он придумал это слово и ввел его в потребление. До того говорили «ротоплан», «ортоптер» либо «орнитоптер». Цикложир Колдуэлла воображал собой простой самолет, вместо крыльев оборудованный двумя роторами.
На каждом роторе были установлены четыре маленьких «крыла», талантливых изменять угол атаки. Роторы приводились в перемещение одним двигателем, установленным в фюзеляжа.
Во второй половине 20-ых годов XX века патент был взят, но Колдуэлл к тому времени уже отказался от предстоящей работы с цикложиром и подал заявку на собственный новое безумное изобретение — орнитоптер с машущими крыльями. Изобретатель «всплыл» потом еще раз с новым проектом ротоплана в 1930-х, но это было последнее появление инженера на публике. Однако мысль Колдуэлла стала широко известна, и цикложиры стали появляться как грибы по окончании дождя.
Кроме этого широко известен был проект шведского инженера Стандгрена. Он запатентовал собственный цикложир в первой половине 20-ых годов XX века, по окончании чего в течение девяти лет проводил разные опробования с моделями роторов. Согласно расчетам Стандрена минимальная допустимая скорость вращения, при которой машина удерживается в воздухе, составляла 270 об/мин, а большая скорость вращения — 420 об/мин.
Стандгрен обосновал преимущества цикложира: посадка и вертикальный взлёт на любую пересеченную поверхность, хорошая крейсерская скорость (до 200 км/ч), большой потолок В первой половине 30-ых годов XX века Стандгрен наконец выстроил собственный цикложир в натуральную величину. У него оказалась машина весом 600 кг с лопастями длиной 245 см и ротором, вращающимися со скоростью 180 об/мин. 130-сильный двигатель разрешал машине ехать по земле, но в атмосферу ротоплан шведского изобретателя так и не встал.
В полный рост
В первой половине 30-ых годов двадцатого века в городе Сан-Франциско американский инженер германского происхождения Шредер выстроил один из самых известных на сегодня цикложиров — одномоторный самолет S-1 с мотором «Гендерсон». В отличие от своих предшественников, Шредер осознал, что обеспечить подъемную силу посредством маленьких роторов непросто, и сохранил собственному самолету простые крылья. «Цикложирная» составляющая представляла собой два «циклоидных пропеллера», напоминающих все те же пароходные колеса.
На опробованиях S-1 продемонстрировал себя лучше других: он сумел оторвать переднее шасси от почвы, немного подняв шнобель. Большего Шредеру добиться не удалось.
Гитлеровская Германия также не стояла в стороне от уникальной идеи. В первой половине 30-ых годов XX века инженер Адольф Рорбах спроектировал цикложир собственной конструкции с трехлопастными роторами длиной 4,4 м. Самолет с большим взлетным весом 950 кг теоретически имел возможность подниматься на высоту 4500 м и летать со скоростью 200 км/ч на расстояния до 400 км. Вертикальный взлет, высокая маневренность — все сказало в пользу разработки Рорбаха.
Инженер предложил свой проект деятельно развивающимся люфтваффе, но получил отказ. В том же году американский инженер Хэвиленд Плат запатентовал в Соединенных Штатах цикложир, подозрительно напоминающий по внешнему виду машину Рорбаха. Но и его разработка осталась лежать под сукном.
Как ни необычно, спустя десятилетия NASA извлекло из дальнего коробки патент Рорбаха (что к тому времени уже давно скончался, причем в Америке) и совершило дополнительные расчеты посредством современных компьютеров. Рорбах не совершил ошибку ни в одной цифре — все было верно. Вследствие этого NASA без шуток разглядывало проект разработки ротоплана, но в итоге пожалело средств.
Современные веяния
Сухая статистика говорит, что еще с дюжина проектов ротопланов показалось в течении последующих семи десятилетий. В первой половине 80-ых годов двадцатого века американец Томас Шарп запатентовал самолет вертикального взлета, трудящийся на цикложирных роторах малого диаметра. В том же году патент на цикложир с двухлопастным ротором взял француз Марсель Шабоне.
В первой половине 80-ых годов XX века изобретатель Артур Кримминс взял авторское свидетельство на дирижабль, движимый подобными роторами. Наконец, в первой половине 90-ых годов двадцатого века американец Хайнц Герхардт запатентовал цикложир хорошей компоновки с шестилопастными роторами. Но все эти проекты остались только на бумаге.
Настоящие очертания проект цикложира получил только в двадцать первом веке. Сходу пара исследовательских организаций рьяно взялись за воскрешение ветхой идеи — Сеульский национальный университет (Республика Корея), Национальный университет Сингапура, несколько Bosch Aerospace. Что характерно, и корейцы, и сингапурцы сумели выстроить действующие модели цикложиров, причем удачно летающие.
Громаднейшего успеха добились все-таки южнокорейцы. Университетское подразделение Aerospace Structures Laboratory исследует цикложиров с конца 1990-х годов и еще в 2000 году выстроило первую умелую четырехлопастную модель. В декабре 2004 года на университетской площадке красовался первый беспилотник Cyclocopter I, а годом спустя — и второе поколение. Действительно, в атмосферу они встать не смогли.
Историческое событие случилось только в 2007 году: пятая модель беспилотника весом 16,4 кг называющиеся Skywalker 3 удачно поднялась в воздух — вертикально вверх. Skywalker 3 оборудован четырьмя роторами по четыре лопасти на каждом. Радиус ротора — 25 см, протяженность лопасти — 50 см, электродвигателя мощностью 3 л.с. в полной мере хватает для успешной работы автомобили.
Сложно заявить, что будет дальше. К примеру, первый самолет с замкнутым контуром крыла был выстроен Блерио еще в 1906 году, а поднять подобную машину в атмосферу удалось только в 2004-м. Быть может, корейские инженеры уже сейчас творят революцию в авиационной индустрии. Либо госбюджет, как многие их предшественники.
Время рассудит.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№97, ноябрь 2010).
<
h4>