Автожир «КАСКР» был первым отечественным винтокрылым аппаратом, поднявшимся в воздух. С него началось советское автожиростроение, ставшее технической школой для последующего развития вертолетов.
Следующим летательным аппаратом Н.И. Камова стал автожир, получивший шифр А-7. Его разработка была начата в 1931 году в секции особых конструкций ЦАГИ. В этой уникальной машине были воплощены как идеи использования автожира, так и новые конструктивные решения. А-7 разрабатывался в первую очередь для использования в военных целях, по техническому заданию ВВС РККА в качестве корректировщика артиллерийского огня, связной машины и ближнего разведчика. Предусматривалось также его использование с кораблей ВМФ.
М.Л. Миль, В.А. Кузнецов (четвертый слева) и Н.И. Камов среди военных перед отправкой А-7 на фронт
Для начала давайте разберемся, что такое автожир. Необычное какое то слово, да ?
На самом деле ничего странного в этом слове нет. Просто оно имеет нерусское происхождение и образовано от греческих слов αύτός — сам и γύρος — круг. Название автожир чаще применяется в России. На западе более распространены названия гироплан, гирокоптер иротаплан
Но, вообщем-то, все эти названия достаточно близки и характеризуют принцип полета или точнее будет сказать принцип, с помощью которого этот интересный аппарат успешно держится в воздухе. Это принцип авторотации.
Вы о нем наверное знаете применительно к вертолету. Но для вертолета авторотация – режим аварийный. Вертолет может только снижаться на этом режиме с целью совершить по возможности безопасную посадку. А для автожира — это основной ( и единственно возможный) режим полета.
Способный летать самостоятельно автожир кроме свободного несущего винта имеет двигатель с толкающим или тянущим винтом, который обеспечивает аппарату горизонтальную тягу. При движении вперед как раз и создается встречный воздушный поток, обтекающий несущий винт определенным образом и заставляющий его авторотировать, то есть вращаться, создавая при этом подъемную силу. И именно поэтому зависать на месте (за исключением особых условий большого встречного ветра) или же подниматься строго вертикально подобно вертолету автожир, увы, не может.
Обтекание воздушным потоком несущего винта автожира.
Считается, таким образом, что автожир занимает промежуточное положение между самолетом и вертолетом. Для того, чтобы держаться в воздухе ему нужно движение вперед, но саму подъемную силу создает несущий винт, подобный вертолетному (только без двигателя ).
Картина обтекания несущего винта у этих аппаратов отличается. Если у вертолета встречный воздушный поток поступает сверху, то у автожира снизу. Плоскость вращения винта при горизонтальном полете у автожира наклонена назад ( у вертолета вперед). Картина обтекания лопастей при этом следующая….
Возникновение вращающей силы на лопасти винта.
Как уже было неоднократно (:-)) сказано при обтекании лопасти (или для простоты ее единичного профиля) образуется аэродинамическая сила, которую можно разложить на силу подъемную (нужную нам) и силу сопротивления (которая, конечно, мешает ). Углы атаки (установки лопастей) для существования устойчивой авторотации должны быть в примерном диапазоне 0° — 6° градусов.
В этом диапазоне полная аэродинамическая сила немного наклонена к плоскости вращения лопасти, и ее проекция на эту плоскость как раз и дает нам силу F, которая действует на лопасть, заставляя ее двигаться (вращаться). То есть винт сохраняет устойчивое вращение, создавая при этом подъемную силу, удерживающую аппарат в воздухе.
Из рисунка видно, что чем меньше сопротивление Х, тем больше сила F, вращающая лопасть. То есть поверхность лопасти для хорошего результата должна быть достаточно чистой, или говоря аэродинамическим языком ламинарной
Первый советский автожир КАСКР-1.
А-7 — крылатый автожир с механической раскруткой несущего винта перед взлетом. Фюзеляж представлял собой ферменную конструкцию и имел две отдельные кабины, для летчика и наблюдателя. С целью улучшения обзора и углов обстрела задней нижней полусферы хвостовая часть фюзеляжа была сильно заужена, практически превращена в хвостовую балку, типичную для современных конструкций винтокрылых летательных аппаратов.
Низкорасположенное крыло складывалось вверх по разъему с центропланом, что в сочетании со складывающимися лопастями создавало удобство для перевозки и размещения в ангарах и на кораблях. Для улучшения управляемости на малых скоростях полета применили щелевые элероны и обратную щель на горизонтальном оперении. Трехопорное шасси с носовым колесом и дополнительной хвостовой опорой обеспечивало устойчивость разбега и горизонтальное положение несущего винта в момент его раскрутки и торможении, что уменьшало колебания лопастей относительно вертикальных шарниров. Шасси с носовой стойкой способствовало уменьшению разбега из-за меньшего сопротивления винта. Все опоры имели гидравлические амортизационные стойки. Была предусмотрена установка летательного аппарата на лыжи. Трехлопастный несущий винт автожира имел втулку с горизонтальными и вертикальными шарнирами.
Удачная компоновка автожира в части обеспечения приемлемой частотной характеристики и установка шасси с носовым колесом позволили в конструкции втулки обойтись без демпферов вертикальных шарниров, используя лишь небольшое подпружинивание лопастей в горизонтальной плоскости. В целом, втулка отличалась простотой, и в отчетах по испытаниям не было замечаний по ее работе. Лопасти автожира отличались тщательностью изготовления и балансировки. Механическая раскрутка несущего винта производилась с помощью трансмиссии, состоящей из двух валов — горизонтального и наклонного — и промежуточного редуктора.
При разработке автожира особое внимание уделялось аэродинамической форме планера. Применение обтекателей на стойках крепления кабана и самом кабане, капота для двигателя, обтекателей шасси предвосхитило достижение совершенных аэродинамических форм на современных вертолетах. Все это способствовало уменьшению общего сопротивления автожира, имеющего массу 2230 кг на А-7 был смонтирован мотор воздушного охлаждения М-22 мощностью 480 л.с. с тянущим винтом фиксированного шага.
Военный по назначению автожир имел необходимое вооружение, которое состояло из синхронного пулемета ПВ-1 и пулемета системы Дегтярева с 12 магазинами на задней турельной установке. Предусматривалась на этой турели установка также спарки пулеметов. Четыре точки подвески бомбового вооружения на А-7 были оборудованы механической и электрической системами сбрасывания. Впоследствии на автожире применялось и реактивное оружие. На А-7 устанавливались приемно-передающая станция 13СК-3, замененная в дальнейшем на РСИ-3. Для аэрофотосъемки монтировался фотоаппарат ПОТТЭ 1Б.
Построили три модификации автожира: А-7 — опытная машина; А-7бис опытная машина после доработок, отличающаяся от предшественницы увеличенным кабаном, улучшенной аэродинамикой и измененным оперением; А-7-3а — серийная машина, отличающаяся от А-7бис сниженной массой. Максимальная скорость ее составляла 219 км/ч, а длина разбега на взлете — 28 м.
Летные испытания винтокрыла А-7 начались летом 1934 года, а весной 1937 года они были продолжены уже на А-7бис. Проведенные испытания и последующая доводка автожира стали фундаментальной основой для последующего развития винтокрылых машин.
Зимой 1939 года началась война с Финляндией. Два автожира А-7 и А-7бис направлены на фронт для обеспечения корректировки стрельбы советской артиллерии. Пилотировали эти машины летчики-испытатели А. Ивановский и Д. Кошиц.
Во время подготовки материальной части и при пробных полетах на автожирах случались неполадки. На одном винтокрыле при вынужденной посадке повредили переднюю лыжу, на другой — в бортовой радиостанции пробило конденсатор. Инженер И. Карпун и механик А.Каганский устранили неисправности и подготовили машины к выполнению боевого задания. До завершения войны, когда прорвали линию Маннергейма и штурмом взяли Выборг, автожиры выполнили несколько разведывательных вылетов.
В начале 1939 года на заводе №156 заложили серию из пяти А-7бис. Четыре машины быстро облетали и предъявили заказчику. Но из-за отсутствия наземной радиостанции невозможно было оценить качество радиосвязи. Тогда заказчик проверил радиосвязь одновременно на всех автожирах, из которых один летал над аэродромом, другой уходил за его пределы, а два стояли на земле. Связь между всеми машинами была отличная, и они прошли приемку.
Пятый автожир значительно задержался в доработке, так как несколько раз при включении двигателя выходил из строя механизм раскрутки несущего винта. Причину нашли с трудом. Ею оказалось смещение на 0,2 мм направляющего стержня одной из 18 отжимных пружин. Автожир взлетел и был принят заказчиком.
С первого дня войны на заводе срочно начали готовить отряд из пяти А-7бис. Вскоре с Ухтомского аэродрома они поднялись и строем улетели на фронт. Далее они были направлены в Первую корректировочную эскадрилью ВВС. Эти машины участвовали в Великой Отечественной войне, выполняя возложенные задачи на Западном фронте под Смоленском.
В первом боевом вылете на фронте автожиры не были обстреляны немцами, так как те еще не знали, что это за машина (об этом рассказал взятый в плен немец). В следующий раз один из автожиров попал под обстрел, но противник бил с большим упреждением, неправильно оценивая скорость, а когда скорректировал огонь, автожир уже скрылся в облаках.
В ночных вылетах автожиры без звука планировали над гитлеровскими позициями, разбрасывая листовки. Сложность использования винтокрылых аппаратов на фронте состояла в их маскировке. Маскировать несущий винт было весьма проблематично. Положительным качеством же А-7бис была высокая живучесть. Один из автожиров попал под очередь крупнокалиберного пулемета. Машина была пробита во множестве мест. Пострадали фюзеляж, оперение, лопасти несущего винта. Наблюдатель был ранен в ноги, а летчик получил ранение в руку, но автожир сохранил управление и благополучно прилетел в расположение части.
В годы войны на автожирах А-7 велась корректировка огня артиллерии, а также был осуществлен ряд ночных вылетов за линию фронта в места дислокации отрядов партизан.
Имея временный перевес в технике, враг продвигался вглубь страны. На одном из участков наши воинские части попали в окружение — и план-приказ о выходе из окружения был доставлен им на автожире. Руководство завода автожира получило приказ срочно эвакуироваться из подмосковной Ухтомской на Урал, в поселок Билимбай. Там в здании церкви разместился сборочный цех и другие мастерские, а механический цех был оборудован в церковной пристройке. Там быстро приступили к ремонту А-7бис, вернувшихся после сражения под городом Ельней.
Машины вскоре были отремонтированы, и военные пилоты начали летные тренировки, соорудив посадочную площадку на льду пруда. Но однажды утром летчики обнаружили, что поверхность площадки вся покрыта прорубями. Выяснилось, что сотрудники ОКБ В.Ф. Болховитинова ночью рыбачили и испортили площадку.
Полеты продолжили с полянки, которую расчистили на сопке. Интересно, что заводской летчик хотел произвести посадку на новую площадку на своем По-2, но, изучив ее и подходы к ней, передумал, так как площадка даже для такого самолета оказалась слишком мала. Он был удивлен, что автожиры садятся на нее.
По окончанию тренировочных полетов, отряд в составе трех машин отправился в Москву. Винтокрылы загрузили на две платформы, а экипажи расположились в двух теплушках. Свыше двух недель машины добирались до станции назначения в город Люберцы. Когда эшелон доехал, то летно-технический состав не узнал свою территорию, так она была захламлена. Часть ее вскопали под огороды, другую заняли авторемонтные мастерские. Однако тренировочные полеты были продолжены.
Позднее два автожира отправили в Оренбург, в школу для подготовки летчиков-корректировщиков. Однако наладить эксплуатацию автожиров в школе не получилось из-за отсутствия пилотов-инструкторов, освоивших эти машины.
В довоенные годы решались также вопросы использования автожиров в народном хозяйстве. Зимой 1938 года винтокрыл А-7 на ледоколе «Ермак» участвовал в спасении группы И.Д. Папанина с дрейфующей арктической льдины. А весной 1941 года была отправлена экспедиция в предгорья Тянь-Шаня, там летчик-инженер В.А. Карпов на автожире успешно произвел опыление массивов плодовых деревьев.
В развитии винтокрылых летательных аппаратов автожиры А-7 сыграли важную роль. В частности, на них впервые, и именно в Советском Союзе, была доказана возможность и целесообразность использования автожиров в военных целях для осуществления разведки, связи, корректировки артиллерийского огня и т.п. Также полностью оправдало себя их применение в сельском хозяйстве. Накопленный опыт практической эксплуатации А-7 включал в себя обучение летного состава, техническое обслуживание, эксплуатацию в боевом подразделении и проведение ремонтно-восстановительных работ.
Автожир А-7 так и остался самым крупным и скоростным из всех серийных автожиров в мире. В 1940 году камовцы начали проектирование автожира АК. Он разрабатывался по тактико-техническим требованиям ВВС РККА как мобильный артиллерийский наблюдательный пункт для установления координат местоположения невидимых с поверхности земли целей и корректировки артиллерийского огня различными методами. Предусматривалась транспортировка автожира на прицепе грузовика вслед за боевыми колонами. Перевод из транспортного положения в боевое не должен был превышать 15 мин.
Летательный аппарат прорабатывался в двух вариантах: автожира-геликоптера и автожира с прыжковым взлетом. Первый вариант представлял собой одновинтовой вертолет с компенсацией реактивного момента несущего винта с помощью рулевых поверхностей, использующих энергию струи воздуха, отбрасываемой толкающим винтом и частично несущим. Конструктивно это предполагалось выполнить в виде вертикального хвостового оперения, имеющего три руля поворота с закрылками и предкрылками. Совершать вертикальный взлет, висение и разгон этот аппарат должен был по вертолетному, и переходить в горизонтальном полете на автожирный режим — путем уменьшения общего шага несущего винта и отключения его от моторного привода.
В ЦАГИ провели исследования различных схем хвостового оперения, включавших закрылки и предкрылки. При этом эффективность оценивалась при разных углах скольжения и в присутствии струи от несущего винта. В конце исследований, в июне 1940 года на режиме висения была получена боковая сила на вертикальном оперении, равная 0,7 от значения тяги несущего винта. Такая боковая сила на оперении позволяла создавать относительно центра тяжести аппарата управляющий момент, на 30% превышающий реактивный крутящий момент несущего винта. В варианте автожира-геликоптера распределение мощности двигателя между несущим и толкающим винтами обеспечивало статический потолок 2000 м.
Однако краткие сроки правительственного задания и отсутствие уверенности в том, что данный 30-процентный запас управляющего момента окажется достаточным для путевой управляемости, заставили отказаться от этого очень интересного варианта винтокрылого аппарата и выбрать более простой второй вариант автожира, взлетающего без разбега. Прыжковый взлет такого автожира выполнялся за счет использования кинетической энергии несущего винта путем увеличения общего шага винта, раскрученного до больших оборотов.
Аппарат АК представлял собой бескрылый двухместный автожир с двигателем АВ-6, имеющим взлетную мощность 240 л.с. Кабина экипажа с сиденьями летчика и наблюдателя, расположенными рядом, находилась в носовой части фюзеляжа, а двигатель с толкающим винтом — позади нее. Такая компоновка обеспечивала компактность конструкции, хороший обзор, удобства экипажу и лучшую центровку. Шасси — трехопорное, с носовым колесом, отлично зарекомендовавшее себя на автожирах А-7. Амортизационные стойки опор и тормоза — гидравлические. Развитое хвостовое оперение крепилось на легких подкосах из труб к стойкам шасси и кабану.
На автожире устанавливался трехлопастный толкающий винт изменяемого шага с металлическими лопастями. Наличие регулятора оборотов позволяло выполнять раскрутку несущего винта при высоких оборотах двигателя и малой тяге пропеллера. Малая тяга позволяла надежно удерживать машину на тормозах. Двигатель имел принудительное охлаждение от вентилятора.
Система механической раскрутки несущего винта включала в себя одноступенчатый редуктор на моторе из двух цилиндрических шестерен с упругой муфтой на выходе, короткий горизонтальный валик, центральный редуктор с двумя коническими шестернями и гидрофрикционной муфтой включения, вертикальный валик с двумя шарнирами Гука и верхний редуктор с двумя цилиндрическими шестернями. Общее передаточное число было 6,33:1. В большой шестерне верхнего редуктора располагался демпфер крутильных колебаний трансмиссии.
В пояснительной записке к эскизному проекту новый автожир давался в сравнении с наиболее выдающимся в тот период немецким двухместным самолетом короткого взлета Физелер Fi-156 «Шторх». Этот самолет использовался для аналогичных целей и имел также, как и АК, мотор мощностью 240 л.с. В таблице приведены некоторые сравнительные данные. Как видно из этих данных, автожир АК превосходил лучший мировой самолет, аналогичный по назначению, количеству экипажа и взлетной массе. В конструировании автожира АК принимали участие Н.Г. Русанович, М.Л. Миль Е.И. Ошибкин, А.М. Зейгман, А.В. Новиков и многие другие. К сожалению, постройка автожира из-за трудностей военного времени не была завершена.
Именно с этих неказистых и грубоватых внешне аппаратов начиналось наше вертолетостроение. Очевидно, что без полетов А-7 не было бы и таких известных боевых машин как Ми-24, Ка-28 и Ка-52.
