Безраздельно господствовал в воздухе. За это время многократно возросли скорость и грузоподъемность крылатых машин, которые из неуклюжих фанерных «этажерок» превратились в мощных реактивных красавцев, воплощавшие в себе самые передовые технические достижения человеческой мысли.
Однако при всех своих достоинствах любой самолет имеет один важный недостаток - для того чтобы оставаться в воздухе, он должен постоянно и с достаточно большой скоростью перемещаться в горизонтальной плоскости, ведь подъемная сила его крыльев напрямую зависит от скорости движения. Отсюда необходимость разбега при взлете и пробега при посадке, которые приковывают самолет к аэродрому.
Между тем часто возникает необходимость в таком летательном аппарате, который обладает подъемной силой, не зависящей от скорости полета, может вертикально подниматься и садиться, а кроме того, способен «зависать» в воздухе. Эта ниша после долгих конструкторских поисков была занята винтокрылой машиной - вертолетом.
Обладая всеми летными качествами, присущими самолету, вертолет имеет, кроме того, целый ряд замечательных специфических свойств: он может взлетать с места без предварительного разбега, неподвижно висеть в воздухе на нужной высоте, передвигаться поступательно во всех направлениях, производить повороты в любом направлении как во время поступательного движения, так и при зависании; наконец, он может садиться на маленькую площадку без последующего пробега.
Создание аппарата, обладавшего комплексом этих качеств, оказалось чрезвычайно сложным делом, поскольку теория вертолета намного сложнее теории самолета. Потребовались годы упорного труда многих конструкторов, прежде чем вертолет стал уверенно чувствовать себя в воздухе и смог разделить с самолетом заботы о воздушных перевозках.
Первые винтокрылые аппараты (геликоптеры и автожиры) появились едва ли не в одно время с первыми самолетами. В 1907 году четырех — винтовой вертолет французов Бреге и Рише впервые смог оторваться от земли и приподнять над ней человека. После этого многими изобретателями были предложены различные конструкции вертолетов.
Все они имели сложную многовинтовую схему, в которой несколько винтов служили для поддержания аппарата в воздухе, а еще несколько других - для того, чтобы толкать его в нужном направлении. Одновинтовая схема (к которой в наше время принадлежит 90% всех вертолетов) никем поначалу всерьез не рассматривалась.
Да и была ли она реальна? Поднять аппарат в воздух с помощью одного винта - еще, куда ни шло. Но как 
сообщить ему горизонтальное поступательное движение? Как им управлять? Те изобретатели, которые достаточно хорошо разбирались в аэродинамике, указывали еще на один крупный недостаток одновинтовой схемы - наличие реактивного момента. Дело в том, что при осуществлении привода несущего винта от двигателя, жестко соединенного с гондолой, последний должен был вращать не столько сам винт, сколько (в противоположную сторону) корпус аппарата.
Казалось, что парализовать реактивный момент можно лишь тогда, когда в конструкции вертолета используется несколько несущих винтов, вращающихся в противоположных направлениях. Причем винты эти могли располагаться как отдельно друг от друга (продольная и поперечная схемы), так и на одной оси - один под другим (соосная схема). Приходили на ум и другие достоинства многовинтовой схемы. Ведь имея несколько управляющих винтов, было легче направлять машину в нужном направлении.
Но вскоре обнаружилось: чем больше у вертолета винтов, тем больше у него проблем - расчет аппарата даже с одним винтом представлял из себя очень сложную задачу, учесть же взаимное влияние многих винтов оказалось вообще невозможно (по крайней мере, в первой четверти XX века, когда аэродинамика делала только первые шаги, а теория воздушного винта только-только начинала формироваться).
Значительную лепту в преодоление многих из перечисленных проблем внес русский изобретатель Борис Юрьев. Наиболее важные свои открытия он сделал еще в ту пору, когда был студентом Московского высшего технического училища и состоял активным членом Воздухоплавательного кружка известного русского ученого Жуковского.
Заинтересовавшись одновинтовой схемой, Юрьев, прежде всего, задался вопросом: как сообщить вертолету поступательное движение в нужном направлении? Большая часть изобретателей в начале XX века, как уже говорилось, была уверена, что для этого необходимо снабдить аппарат не только несущими винтами, но и пропеллерами. Однако, экспериментируя с множеством различных моделей, Юрьев установил, что с помощью наклона оси несущего винта можно получить хорошую горизонтальную скорость полета, не делая специального винта-пропеллера с горизонтальной тягой.
Поступательного движения вертолета можно добиться также наклоном вперед корпуса аппарата. В этом 
случае сила большого винта разлагается на две силы - подъемную и тягу, и аппарат начинает двигаться поступательно. И чем больше наклон аппарат, тем больше будет скорость полета.
Следующая проблема заключалась в том, как уравновесить реактивный момент, действующий на гондолу. Юрьев предположил, что легче всего этого можно добиться с помощью маленького винта, расположенного на хвосте вертолета и приводимого во вращение легкой передачей. За счет того, что сила, создаваемая хвостовым винтом, прилагалась к длинному плечу (относительно центра тяжести аппарата), действие ее без труда компенсировало реактивный момент.
Расчеты показывали, что на это уйдет 8-15% мощности двигателя. Юрьев предложил далее сделать лопасти 
этого винта с изменяемым шагом. Увеличивая или уменьшая угол наклона этих лопастей к плоскости вращения, можно было увеличивать или уменьшать тягу этого винта. При большой тяге хвостовой винт должен был пересиливать реактивный момент главного винта и разворачивать гондолу в нужном направлении.
Но наибольшую трудность представляло создание надежной системы управления. Пилот должен был иметь в своем распоряжении устройства, позволявшие ему быстро менять ориентацию машины относительно всех ее трех осей: то есть поворачивать ее в любую сторону относительно вертикальной оси, наклонять корпус вверх и вниз, а также накренять его вправо и влево. Проблема поворота разрешалась с помощью небольшого хвостового винта.
Для этого, как уже отмечалось, достаточно было сделать его лопасти поворачивающимися и соединить 
механизм их поворота с рулями. Но как обеспечить управляемость относительно продольной и поперечной осей? Самым простым средством было бы устройство еще двух рулевых винтов, вынесенных на консолях на некоторое расстояние от центра тяжести машины и поворачивающих вертолет в нужную для пилота сторону.
Здесь винт 1 служит для компенсации реактивного момента, а также выполняет роль руля направления; винт 2 дает крены и аналогичен по своему действию элеронам (перекашивающимся плоскостям крыльев самолета), а винт 3 служит как бы рулем высоты. Но эта система, кроме того, что была чрезмерно сложной, обладала еще тем недостатком, что делала вертолет очень неустойчивым в полете. Юрьев стал размышлять над вопросом: нельзя ли основной несущий винт устроить таким образом, чтобы он сам создавал два необходимых для управления вертолетом момента? Поиски его завершились в 1911 году изобретением одного из самых замечательных в истории вертолета устройств - созданием автомата перекоса.
Принцип действия этого автомата очень прост. Каждая лопасть винта описывает при вращении круг. Если лопасти несущего винта сделать подвижными относительно своих продольных осей, таким образом, что они смогут менять угол наклона к плоскости вращения, то можно очень легко управлять движением вертолета.
Действительно, если часть очерчиваемого ею круга лопасть пройдет с большим углом установки, а другую 
часть - с меньшим, то, очевидно, тяга с одной стороны будет больше, а с другой меньше, и несущий винт (а вместе с ним и вся машина) будет поворачиваться в соответствующую сторону.
Автомат перекоса как раз и обеспечивал необходимую установку лопастей. Для этого на валу несущего винта на карданном подвесе устанавливалось кольцо, к которому с помощью шарниров были присоединены поводки, идущие к рычагам, поворачивающим лопасти. Кольцо вращалось вместе с валом винта. С двух сторон оно было охвачено свободно сидящим на нем неподвижным кольцом. Это последнее кольцо можно было свободно поворачивать с помощью рулевых тяг и давать ему любой наклон в двух плоскостях.
При этом внутреннее кольцо также наклонялось, одновременно вращаясь внутри неподвижного кольца. Легко 
видеть, что при этом внутреннее кольцо будет совершать за один оборот полное колебание, что в свою очередь заставит колебаться каждую связанную с ним лопасть: все они в течение оборота будут менять установочный угол от какой-то минимальной величины до максимальной. Углы эти будут зависеть от наклона неподвижного кольца, связанного с рычагами управления.
Если пилоту требовалось повернуть в какую-либо сторону свою машину, он должен был направить в эту сторону внешнее кольцо автомата перекоса. В этом режиме угол наклона каждой лопасти изменялся независимо от других лопастей. Но легко было сделать и так, чтобы автомат перекоса в случае необходимости мог менять угол установки сразу у всех лопастей одновременно. Это требовалось, к примеру, при поломке мотора в режиме, называемом авторотацией, когда под действием воздушного потока винт падающего вертолета начинал самопроизвольно вращаться, действуя как парашют.
Вертолет при этом как бы планировал (в природе этот эффект можно наблюдать у падающих семян клена). Для этого достаточно было сделать кардан автомата перекоса, скользящим вдоль вала винта (сверху вниз). Поднимая или опуская автомат перекоса, пилот сразу поворачивал все лопасти винта в одну сторону, тем самым увеличивая или уменьшая установочный угол или делая его отрицательным (то есть способным вращаться в противоположную сторону, что как раз и требовалось при авторотации).
Таким образом, к 1911 году 22-летний студент МВТУ Борис Юрьев разработал в общих чертах всю схему 
одновинтового вертолета. Запатентовать ее он не смог, так как не имел на это денег. В 1912 году по проекту Юрьева студенты МВТУ собрали нелетающий макет вертолета в натуральную величину. На международной выставке воздухоплавания и , проходившей в том же году в Москве, эта модель была удостоена малой золотой медали. Однако средств на то, чтобы построить действующую машину, у училища не нашлось. Начавшаяся вскоре Первая мировая, а затем и Гражданская войны надолго отвлекли Юрьева от работ над его проектом.
Между тем в других странах продолжали появляться модели многовинтовых вертолетов. В 1914 году построил 
свой геликоптер англичанин Мумфорд. На нем впервые был осуществлен полет с поступательной скоростью. В 1924 году француз Эмишен впервые пролетел на своем вертолете по замкнутому кругу. В то же время Юрьев, заняв пост начальника Экспериментального аэродинамического отдела ЦАГИ, попробовал реализовать свою одновинтовую схему.
Под его руководством Алексей Черемухин построил первый советский вертолет 1-ЭА. Эта машина имела два рулевых винта и два мотора «Рон» мощностью по 120 л.с. каждый. Она также была впервые снабжена автоматом перекоса. Первые же испытания 1930 года дали блестящий результат. Пилотируемый Черемухиным вертолет уверенно отрывался от земли и легко взмывал на высоту нескольких сот метров, свободно описывал в воздухе восьмерки 
и другие сложные фигуры.
В 1932 году Черемухин поднялся на этом вертолете на высоту 605 м, поставив тем самым абсолютный мировой рекорд. Однако и этот вертолет был еще очень далек от совершенства. Он был неустойчив. Несущий винт был сделан жестким (лопасти не меняли махового движения), что делало его работу неудовлетворительной. В дальнейшем были разработаны и построены другие модели. В 1938 году под руководством Ивана Павловича Братухина был создан первый советский двухвинтовой вертолет 11-ЭА поперечной схемы.
Но в целом в 30-е годы вертолетостроение не получило в СССР государственной поддержки. В это время большую популярность получила теория, согласно которой самолет несравненно совершеннее вертолета и по скорости, и по грузоподъемности, а вертолет - это лишь дорогая игрушка. Только в 1940 году Юрьеву с большим трудом удалось добиться разрешения на создание специального конструкторского бюро, которое он и возглавил. Вскоре загруженный большой преподавательской работой, он передал руководство отделом Ивану Братухину. Через год началась война, и создание совершенного вертолета опять отдвинулось на неопределенный срок.
В это время лидером в вертолетостроении была Германия. Талантливый конструктор Генрих Фокке создал в 30-е годы несколько совершенных двухвинтовых вертолетов поперечной схемы. В 1937 году на его вертолете FW-61 были установлены мировые рекорды: высоты - 2439 м, скорости - 123 км/ч и дальности - 109 км полета. В 1939 году новый вертолет Фокке достиг высоты 3427 м, а в 1941 году его машина FA-223 была запущен в небольшую серию. Война положила конец его разработкам, но успехи «Фокке-Вульфов» надолго приковали внимание конструкторов к поперечной схеме.
В том, что одновинтовая схема все-таки утвердилась в вертолетостроении как главенствующая, огромная 
заслуга принадлежит американскому авиаконструктору Игорю Сикорскому. (Русский по происхождению он в 1919 г эмигрировал в Америку, а в 1923 г. основал здесь свою фирму «Сикорский».) За свою жизнь Сикорский разработал несколько десятков моделей самолетов, но мировую славу ему принесло создание вертолета. Именно он впервые довел до совершенства классическую одновинтовую схему Юрьева.
Свой первый вертолет S-46 (VC-300) Сикорский построил в 1939 году. Он сразу отказался от мысли определить все параметры аппарата путем расчетов и решил создать такой вертолет, в который в ходе летных испытаний можно было бы легко вносить конструктивные изменения. Его машина имела подчеркнуто примитивный вид: простой фюзеляж был собран в виде фермы из стальных труб, летчик открыто сидел в маленьком кресле впереди двигателя. Движение от небольшого двигателя в 65 л.с. передавалось посредством ремней вверх на редуктор, от которого приводился простой по конструкции трехлопастный и трехшарнирный несущий винт. Хвостовой однолопастный рулевой винт устанавливался на длинной коробко-образной балке.
Уже первые испытания выявили многочисленные недостатки конструкции. Автомат перекоса работал очень плохо, так как был неправильно рассчитан; из-за этого вертолет плохо слушался руля и раскачивался при подъеме. В конце концов, он опрокинулся и сильно поломался. Тогда Сикорский отказался от автомата перекоса и ввел три рулевых винта (реализовав, таким образом, раннюю схему Юрьева, о которой говорилось выше).
В этой конструкции вертолет показал хорошую управляемость. В мае 1940 года Сикорский публично 
демонстрировал свое детище в Бриджпорте перед американскими летчиками. На присутствующих его машина произвела большое впечатление: вертолет свободно перемещался вверх и вниз, вбок и назад, неподвижно зависал и разворачивался на месте. Вертолет имел только один недостаток - он упорно не хотел лететь вперед.
Понадобилось несколько месяцев на то, чтобы выяснить причину его «упрямства». Оказалось, что воздушные вихри, создаваемые несущим винтом, оказывали сильное воздействие на работу рулевых винтов, так что на большой скорости они отказывались работать. Когда рулевые винты были вынесены из зоны действия основного винта, маневренность и управляемость VS-300 сразу значительно улучшилась. Вообще, VS-300 имел для Сикорского огромное значение. В ходе двухлетних испытательных полетов на нем были опробованы несколько систем управления, различные типы винтов и конструкций, отработана сама форма вертолета. Количество конструкционных улучшений, внесенных в первоначальную модель, было настолько значительно, что к 1942 году от прежнего вертолета остались только кресло пилота, центральная часть фюзеляжа, топливный бак и два колеса главного шасси. Благодаря этим испытаниям намного облегчилось создание следующих вертолетов.
Вскоре командование ВВС США сделало Сикорскому заказ на разработку военного вертолета, который можно 
было бы использовать для корректировки огня и для связи. Новый образец получил наименование VS-316 (S-47). Многочисленные неудачи с первой машиной убедили конструктора в том, что автомат перекоса совершенно необходим для одновинтовой схемы. На этот раз автомат был рассчитан с большой тщательностью, что и предрешило успех модели. В январе 1942 года начались летные испытания готового вертолета. В апреле машина уже демонстрировалась перед военными.
Сидевший за штурвалом пилот-испытатель Чарльз Морис сумел показать огромные возможности винтокрылого летательного аппарата. Он зависал над головами изумленных зрителей, взлетал и снова садился на старое место - прямо в выемки от колес, перемещался вперед, назад, вбок, разворачивался на месте. Потом он поднимал специальной трубкой авоську с яйцами, переносил на другое место и опускал, не разбив ни одного. Были продемонстрированы и другие трюки, например, спуск и подъем пассажира по веревочной лестнице в зависший над землей вертолет.
Сейчас это, разумеется, не вызывает удивления, но в то время было в диковинку и до глубины души поражало 
видавших виды генералов. Один из присутствовавших высокопоставленных начальников воскликнул: «Эта штука может делать все, что делает лошадь!» А известный английский летчик-испытатель Бри признался: «Мы присутствовали при чуде». Под конец Морис продемонстрировал крейсерскую скорость - около 130 км/ч, поднялся над землей на 1500 м, а потом осуществил посадку с выключенным двигателем на авторотации.
В мае 1942 года VS-316 был принят на вооружение армии США под наименованием XR-4 и запущен в серийное производство. Всего было построено 130 таких вертолетов. В 1944 году они были впервые опробованы в боевых условиях в Бирме. Война здесь шла в джунглях, и вертолет оказался единственным транспортным средством, пригодным для снабжения войск. Японские истребители развернули настоящую охоту за тихоходными «вертушками», но не смогли сбить ни одного - при малейшей опасности вертолет прижимался к земле, скрывался между деревьями и таким образом легко уклонялся от боя.
В 1943 году фирма Сикорского выпустила новый вертолет XR-5, отличавшийся гораздо большей скоростью и 
грузоподъемностью. Для него впервые был разработан специальный вертолетный двигатель. Всего было построено 65 таких машин, так как из-за окончания войны министерство обороны аннулировало свои заказы. Между тем в 1944 году у Сикорского уже была готова новая модель - S-49 (всего их было выпущено 229 штук).
После войны вертолеты начали быстро распространяться по всему миру. Сикорский недолго сохранял монополию на их производство, поскольку только в США 300 фирм приступили к разработке своих моделей винтокрылых машин. Однако Сикорский имел перед ними важные преимущества - хорошо отработанную конструкцию и налаженное производство.
Несмотря на конкуренцию, его фирма не только процветала, но и расширяла производство. В 1946 году он разработал модель S-51 (всего выпущено 554 машины), которая нашла широчайшее применение как в военной, так и в хозяйственной сферах. Этот вертолет был впервые оснащен автопилотом, который значительно облегчил управление.
Однако самый большой успех выпал на вертолеты S-55 «Чикасо» (1949) и S-58 «Сибэт» (1954). Только на заводе Сикорского было собрано 1828 штук вертолетов первой модели и 2261 - второй. Кроме того, множество фирм в 
разных странах приобрело лицензию на их производство. В 1952 году два S-55-х впервые совершили перелет через Атлантический океан (с одной дозаправкой на палубе авианосца) из Америки в Европу. S-58 был признан лучшим вертолетом первого поколения. Он стал также «лебединой песней» самого Сикорского. В 1957 году 68-летний конструктор отошел от руководства компанией.
В эти годы полным ходом развернулась разработка вертолетов в СССР. После войны Юрьев сумел добиться организации двух новых КБ: Михаила Миля, который взялся разрабатывать одновинтовой вертолет, и Николая Камова, избравшего соосную схему. В работу по проектированию вертолета включилось также КБ Яковлева. Продолжал свои работы над вертолетами поперечной схемы Братухин.
В 1946 году появился его вертолет Г-3. В 1947 году выпустил свой первый вертолет Ка-8 Камов. Но когда в конце 40-х годов был объявлен конкурс на лучшую советскую модель, его выиграл вертолет Миля Ми-1, созданный по одновинтовой схеме Юрьева. В 1951 году он был запущен в производство.
Во втором десятилетии ХХ века в истории винтокрылых летательных аппаратов начался новый этап. Изменился сам подход к проблеме: вертолет перестал считаться конкурентом самолета и начал рассматриваться как транспортное и военное средство, способное решать задачи, принципиально не выполнимые с помощью самолетов и воздушных шаров. Новому подъему интереса к вертолетостроению способствовали и многочисленные аварии, случавшиеся в те годы с самолетами. Вспомнили энтузиасты воздухоплавания и знаменитое высказывание Томаса Эдисона: «Пока самолет должен разбегаться, чтобы взлететь, он изобретен только наполовину».
Первый отрыв от земли в 1907— 1910 годах вертолетов Бреге, Корню, Райта, Инглиша, Уильямса и Берлинера с летчиками на борту доказал принципиальную возможность подъема в воздух посредством несущего винта. Следующей актуальной задачей стал управляемый полет, для реализации которого требовались специальные органы и горизонтальная тяга винта. Изобретатели вертолетов придумали немало различных средств управления: рулевые винты, управляемые поверхности, располагаемые в воздушном потоке, и даже догадались о возможности изменения общего и циклического шага несущего винта. Регулировка угла наклона лопастей позволяла обеспечить балансировку вертолета только с помощью основного винта без дополнительных громоздких агрегатов. Однако реализовать эффективный механизм управления общим, а уж тем более циклическим шагом было непросто. Для создания так называемого автомата перекоса потребовалось решить множество задач из области аэродинамики, механики, кинематики и теории прочности.
В 1912 году поднялся в воздух пилотируемый вертолет датчанина Якоба-Христиана Эллехаммера. Аппарат взлетной массой 350 кг имел двигатель мощностью 36 л. с. и два соосных несущих винта диаметром по шесть метров. Воздействуя на рычаги управления, пилот мог изменять общий и циклический шаг лопастей верхнего винта, то есть вертолет Эллехаммера впервые в истории был оснащен прообразом автомата перекоса. При помощи этого устройства обеспечивается продольно-поперечное регулирование на всех современных вертолетах.
В 1913 году оторвался от земли вертолет немца Отто Баумгартля. В этой модели угол лопастей соосных несущих винтов мог изменяться для регулирования величины подъемной силы и перехода на режим авторотации или дифференциально — для путевого управления. Вертолет Баумгартля, как и Эллехаммера, не летал свободно, а лишь «висел» на привязи. Осуществлять свободные поступательные перемещения тогда еще никто не отваживался.
Впервые полетать с поступательной скоростью удалось шотландцу Эммануилу Мумфорду. Шесть несущих винтов его аппарата приводились во вращение мотором в 40 л. с., масса превышала 700 кг. Шотландец зафиксировал валы несущих винтов с небольшим наклоном вперед. Осенью 1914 года вертолет «Мумфорд-2» прошел над водной гладью почти стометровую дистанцию на высоте около трех метров со скоростью 15 узлов (28 км/ч) и… упал. Органов управления на нем не было.
В том же году завершились успехом многолетние опыты бельгийца Анри Виллара на вертолете «Орнис-2», где реактивный момент несущего винта парировался хвостовым рулевым винтом. Подъемная сила едва превышала вес аппарата и летчика. Тем не менее 28 июня 1914 года Виллару впервые в истории удалось оторвать от земли аппарат одновинтовой схемы с хвостовым рулевым винтом. Начало Первой мировой войны прервало опыты бельгийца, как и эксперименты других первых вертолетостроителей. Параллельно с А. Вилларом и Б.Н. Юрьевым отдельный вклад в развитие классической одновинтовой схемы накануне войны внесли также американец Э. Берлинер и новозеландец Р. Пирс. Тогда же появился и первый в мире вертолет с реактивным концевым компрессорным приводом несущего винта — «Жироптер» французских инженеров Альфонса Папена и Диде Руйи. Внешне он напоминал лист сикомора — единственная лопасть вращалась вокруг кабины пилота и уравновешивалась с противоположной стороны мотором и компрессором. Компрессор нагнетал воздух внутрь лопасти, с конца которой он выбрасывался в направлении, обратном направлению вращения винта. Увы, плохо динамически сбалансированная «сикомора» опрокинулась при первом же запуске мотора.
Полчаса в воздухе
Особую роль для развития вертолетостроения в годы Первой мировой войны сыграли легкие (удельной массой 1,5 кг/л. с.) звездообразные ротативные моторы типа «Гном-Рон» — двигатели внутреннего сгорания с воздушным охлаждением, где цилиндры вместе с картером и воздушным винтом вращались вокруг неподвижного коленчатого вала, жестко связанного с корпусом.
В этот период венгерские конструкторы Стефан Петроцци, Теодор Карман и Вильгельм Цуровец приступили к созданию «привязного» вертолета для замены аэростатов наблюдения. В марте 1918 года начались испытания PKZ-1. Четыре установленных в ряд вдоль длинного фюзеляжа четырехметровых несущих винта приводились во вращение электромотором мощностью 190 л. с. Взлетная масса достигала 1 100 кг. Ток подавался по проводам с земли. Мотор постоянно перегревался и при четвертом запуске сгорел вместе с вертолетом.
Аппарат PKZ-2 оказался более удачным. Карман и Цуровец отказались от многовинтовой схемы и электропривода. Вес тяжелого кабеля вместе с давлением на него ветра аннулировал все преимущества легкого электромотора. Построенный в марте 1918 года PKZ-2 имел два соосных шестиметровых несущих винта и ферменный корпус, сваренный из стальных труб в виде трехлучевой звезды. В корневой части каждого из трех «лучей звезды» стояло по ротативному стодвадцатисильному мотору «Рон». PKZ-2, как и его предшественник, не имел органов управления. Балансировка в воздухе должна была осуществляться натяжением трех тросов привязи, крепившихся к концам «лучей». Взлетная масса вертолета составляла 1 600 кг.
Испытания PKZ-2 продолжались со 2 апреля по 10 июня 1918 года. Всего было совершено 30 подъемов на высоту до 50 м. Такую высоту подъема удалось повторить только спустя 10 лет. Временами вертолет оставался в воздухе до получаса при натянутых тросах привязи, но стоило этим тросам ослабнуть, аппарат начинал раскачиваться. Во время одного из подъемов 10 июня 1918 года аэродромная команда не обеспечила нужного натяжения тросов и PKZ-2 опрокинулся.
Попытки построить вертолет в годы Первой мировой войны предпринимали не только в Австро-Венгрии. Командование французской армии поддержало в 1916—1918 годах разработки конструкторов Э. Дуэре, А. Туссена, Л. Лакоэна и Л. Дамбланка. Особенно интересным был вертолет Лакоэна и Дамбланка «Алерьон». Он имел двухвинтовую поперечную схему — несущие винты стояли на консолях по бокам самолетного фюзеляжа. Но, к сожалению, при первом же запуске моторов из-за динамической неустойчивости конструкции — банального резонанса — вертолет разрушился в одно мгновение. Причиной этого стало совпадение собственной частоты колебаний правой консоли конструкции с частотой вращения винта.
В Америке столь же безрезультатными оказались попытки поднять в воздух вертолет Кроккера и Хьюита, в Германии — Р. Рюба. Революция в России помешала завершить постройку машин Г.А. Ботезата, И.А. Эйды, Х.Г. Берланда.
Успехи ботезата
По окончании войны постройку вертолетов продолжил американец Эмиль Берлинер. Он соорудил в 1919 году маленький аппарат двухвинтовой соосной схемы. Для его управления использовались многочисленные поверхности, закрепленные в воздушном потоке несущих винтов. Эффективность их оказалась крайне низкой, но тем не менее достаточной для обеспечения наклона вертолета вперед. Таким образом, Берлинеру удалось осуществить первый в истории вертолетостроения управляемый полет с поступательной скоростью. В 1922 году конструктор построил новый вертолет: он отказался от соосной схемы в пользу поперечной, более сложной и тяжелой, но зато обещавшей лучшую поперечную устойчивость. Ротативный мотор «Бентли» мощностью 230 л. с. вращал несущие винты диаметром 6 м, установленные по концам крыла. Летно-технические характеристики вертолета заметно превзошли показатели предшественников: дальность полета была почти километровой, а достигнутая скорость (90 км/ч) оставалась непревзойденной до 1937 года.
Дальнейшее совершенствование теории расчета несущих винтов, развитие представлений об аэродинамике и динамике винтокрылых машин, а также появление в конце Первой мировой войны мощных и надежных ротативных двигателей «Рон» и «Бентли» с удельной массой 1 кг/л. с. позволили вертолетостроителям в начале 20-х годов оснастить свои аппараты всевозможными средствами управления и добиться на них серьезных успехов. Вертолеты стали перемещаться в любую сторону, выполнять виражи и развороты на месте.
Построенный по заказу американской армии в 1922 году аппарат русского эмигранта профессора Георгия Александровича Ботезата имел четыре несущих винта диаметром 8 м. В центре крестообразного ферменного корпуса располагались мотор «Бентли» мощностью 220 л. с. и кабина пилота. Продольно-поперечное управление обеспечивалось дифференциальным изменением общего шага несущих винтов, путевое — рулевыми винтами. Аварийная посадка при отказе силовой установки должна была обеспечиваться переводом винтов на режим авторотации. С декабря 1922 по апрель 1923 года вертолет Ботезата осуществил свыше сотни управляемых свободных полетов, продемонстрировал хорошие устойчивость и управляемость. 17 апреля 1923 года на нем были подняты в воздух последовательно два, три и четыре пассажира. Максимальный вес пассажиров вместе с пилотом составил 450 кг. Аналогичной грузоподъемности в истории вертолетостроения удалось достичь только через 20 лет. Взлетный вес аппарата Ботезата при испытаниях достигал 1 700—2 020 кг. Знаменитый изобретатель Томас Эдисон поздравил Ботезата с созданием «первого успешного вертолета».
Компоненты устойчивости
Первый одновинтовой вертолет, способный совершать управляемые свободные полеты, был создан на средства британского военного ведомства изобретателем Луи Бренненом в 1921 году. Огромный по тем временам двухлопастный несущий винт диаметром 18,3 м приводился во вращение тягой маленьких пропеллеров, установленных по концам лопастей, которые вращал мотор Бентли мощностью 230 л. с., находящийся на оси несущего винта. Сложная механическая система позволяла летчику изменять в полете наклон оси несущего винта. При испытаниях взлетный вес аппарата, совершавшего небольшие управляемые перемещения на незначительной высоте, достигал 1 360 кг. Но устойчивость его была очень плохой, и осенью 1925 года он опрокинулся. Специальная комиссия авиационного министерства постановила аппарат не восстанавливать, а направить средства на опыты с казавшимися в те годы более перспективными автожирами.
Что же касается устойчивости, то в это понятие вертолетостроители 20— 30-х годов включали ряд факторов, входящих в настоящее время в определения «пилотажные характеристики», «прочность», «надежность», «работоспособность».
В крупнейших авиационных научно-исследовательских центрах — ЦАГИ (СССР), NASA (США), ARC (Великобритания), DVL (Германия) — начались тогда серьезные исследования проблем, мешающих созданию винтокрылых летательных аппаратов.
Автожиры Хуана
Увеличение высоты полета вертолетов зависело и от освоения аварийной посадки на режиме авторотации. Хотя принципиальная возможность такого режима работы винта была хорошо известна, практически она оставалась неопробованной. Освоить режим авторотации стало возможным лишь в начале 20-х годов, когда испанский инженер Хуан де ла Сьерва создал автожир — оригинальный тип винтокрылого летательного аппарата, занявший промежуточное место между самолетом и вертолетом. Для подъемной силы конструктор решил использовать отклоненный немного назад ротор, самовращающийся под действием набегающего потока воздуха. Водрузив на самолет-биплан вместо верхнего крыла винт, Хуан де ла Сьерва получил самолет укороченного взлета и посадки. Так как ротор не имел привода от двигателя, автожир не мог взлетать вертикально. Все управление обеспечивалось самолетными органами: рулями и элеронами. Тем не менее автожир, не требующий в отличие от вертолета сложной трансмиссии и органов уравновешивания реактивного момента несущего винта, оказался значительно более простым в доводке. Военные ведомства ряда стран даже прекратили в 20-х годах поддержку исследований по вертолетам, сосредоточив все свое внимание на автожирах. Сначала в Великобритании в 1930 году, а затем в США, СССР, Франции и Германии началось их серийное производство.
Перспективы их применения в военном деле существенно возросли в 1933 году, когда Хуан де ла Сьерва ввел в конструкцию управление углом наклона втулки ротора. Это значительно повысило пилотажные характеристики и позволило обойтись без крыла и самолетных органов управления, благодаря чему улучшились весовая отдача, обзор и компактность аппарата. Проведенные в 1933 году испытания автожира «Сьерва С-30» на военных маневрах привели к приобретению десяти таких машин Королевскими ВВС. Британцы первыми пришли к выводу о высокой эффективности медленно летающих винтокрылых машин в борьбе с танками.
Военных всегда интересовали возможности вертикальных взлета и посадки. Ожидалось, что этого удастся достичь на появившихся в конце 30-х годов автожирах с «прыжковым» стартом. Ротор такой машины перед взлетом раскручивался основным мотором на нулевом угле установки лопастей, затем привод переключался на «самолетный» винт, угол лопастей ротора резко увеличивался и автожир «подпрыгивал». Однако «висеть в воздухе» автожир не мог. Для этого требовался настоящий вертолет.
Вертолет и самолет — не конкуренты
В 1932 году на невиданную для вертолета высоту 605 м поднялся ЦАГИ 1-ЭА, созданный в нашей стране под руководством А.М. Черемухина. Два мотора (по 120 л. с. каждый) вращали несущий винт диаметром 11 м и четыре рулевых винта, установленных попарно на концах ферм спереди и сзади вертолета (последние служили для балансировки реактивного момента несущего винта и путевого управления). Продольно-поперечное управление обеспечивалось при помощи автомата перекоса. Взлетная масса вертолета составляла 1 145 кг. Увлеченный Тухачевский даже предлагал тогда запустить 1-ЭА в серию.
Заметных успехов в развитии других типов одновинтовых схем добились австрийские конструкторы Хафнер и Наглер и немец Цашке. Убедительно доказали перспективность двухвинтовой соосной схемы венгр Асбот, итальянец д’Асканио и испанец Пескара. Вертолет Оскара Асбота весил полтонны, стодвадцатисильный мотор приводил во вращение винты диаметром 4,35 м. Управление обеспечивалось сложной системой поверхностей в потоке винтов. Вертолет Асбота провел в 1929 году в воздухе рекордное время, не касаясь колесами земли, — 53 минуты. Большое впечатление на авиационных специалистов всего мира произвели полеты аппарата, построенного Карадино д’Асканио. Его 95-сильный мотор приводил во вращение винты диаметром 13 м. Масса вертолета Асканио составляла 800 кг. В Бельгии успешные опыты с двухвинтовыми вертолетами оригинальной продольной схемы вел русский эмигрант Николай Анатольевич Флорин.
Во всех этих разработках конструкторам помог уже созданный автожир, особенно в вопросах совершенствования конструкции, повышения ее надежности и эффективности. Он же помог разрешить основные проблемы теории вертолета. Отработанные на автожирах конструкции лопастей и втулки применялись в вертолетостроении вплоть до 60-х годов. Теория ротора, использование шарнирной подвески, конструкция лопастей и втулки позволили решить проблему создания надежного и прочного несущего винта. На автожирах была определена эффективность различных органов управления, в том числе и автомата перекоса. Эксплуатация автожиров позволила найти новые области применения винтокрылым машинам. Если ранее военные заказчики требовали от таких аппаратов летно-технических характеристик, аналогичных самолетным, то опыт применения автожиров показал, что «не конкурировать призваны вертолет и самолет, а дополнять друг друга».
Из-под облаков под театральный купол
Постепенное совершенствование частей и деталей конструкции неизбежно должно было привести к появлению вертолетов с ресурсом, позволяющим безопасно совершать дальние полеты на большой высоте. Первыми аппаратами с летно-техническими и пилотажными характеристиками, сопоставимыми с легкомоторными самолетами, стали «Бреге—Доран» во Франции и «Фокке—Вульф» FW-61 в Германии.
В 1935—1936 годах рекордные показатели продемонстрировал вертолет «Бреге—Доран» двухвинтовой соосной схемы. Имея взлетную массу около двух с половиной тонн, он был оснащен двигателем мощностью 420 л. с. и винтами диаметром 16,4 м. Создателям вертолета удалось удовлетворить все требования командования французской военной авиации: движение по замкнутому кругу площадью 500 м2 (проверка маневренности), подъем на высоту 100 м, полет со скоростью 100 км/ч, продолжительность пребывания в воздухе 1 час и неподвижное висение в течение 10 минут. Испытатели признали пилотажные характеристики «Бреге—Доран» вполне пригодными для массовой эксплуатации. ВВС и ВМФ Франции выделили Луи Бреге и Рене Дорану средства на создание опытных образцов для практического применения. Однако военное поражение французов в 1940 году помешало запустить эти вертолеты в серию.
В 1937—1938 годах весь мир восхищался и рекордными показателями вертолета «Фокке—Вульф» FW-61. Экспериментальный одноместный аппарат был построен под руководством Генриха Фокке в 1936 году. Установленный перед кабиной мотор «Сименс» Sh-14A мощностью 160 л. с. приводил во вращение два несущих винта диаметром 7 м, установленных по бокам фюзеляжа на легких, прочных, создающих минимальное аэродинамическое сопротивление фермах из стальных труб. Взлетная масса в процессе летных испытаний изменялась от 950 до 1 024 кг. Впервые в истории вертолет оказался способен совершать длительные полеты вне аэродрома. Части конструкции действовали безотказно. Аэродинамически симметричная поперечная схема обеспечила винтокрылой машине идеальные управляемость и устойчивость. Пилотирование вертолета напоминало полеты на легкомоторных самолетах. 10 мая 1937 года летчик-испытатель выполнил на FW-61 первую в истории вертолетостроения посадку на авторотации. Через месяц ФАИ зарегистрировала рекорды, значительно превзошедшие все ранее установленные: дальность — 80,6 км, длительность полета — 1ч 20 м 49 с, высота — 2 439 м, скорость — 122,55 км/ч. Впервые летно-технические характеристики вертолета оказались сопоставимы с показателями самолета. В июне 1938-го FW-61 осуществил перелет в 230,35 км, а в январе 1939-го «забрался» на высоту 3 427 м. Мировой сенсацией стали демонстрационные полеты знаменитой летчицы Ханны Рейч в феврале—марте 1938 года на FW-61 внутри театрального зала Дойчландхалле.
Руководители германского вермахта решили запустить вертолет в серийное производство. Они собирались использовать FW-61 для воздушного наблюдения, артиллерийской корректировки, связи между танковыми подразделениями и прокладки телефонных проводов. Однако Фокке убедил генералов не спешить с заказом одноместного экспериментального аппарата и выделить средства на разработку более мощных моделей: двухместной учебной и шестиместной многоцелевой.
Начало Второй мировой войны помешало немцам создать двухместный вариант FW-61, но шестиместный «Фокке—Ахгелис» Fa-223 в 1940 году поднялся в воздух. Два летчика размещались в кабине на установленных рядом сиденьях, четыре пассажира могли перевозиться в грузовом отсеке. Двигатель Брамо 323 мощностью 1 000 л. с. приводил во вращение два несущих винта диаметром 12 м. Взлетная масса Fa-223 превышала 4 400 кг. На внешней подвеске вертолет мог поднимать до 1 284 кг груза. Вооружение состояло из подвижного пулемета, установленного в носовой части кабины пилотов. Под фюзеляжем могли крепиться две бомбы массой по 250 кг. В начале 1942 года командование люфтваффе приняло решение запустить Fa-223 в серийное производство сразу в пяти вариантах: транспортном, противолодочном, поисково-спасательном, разведывательном и учебном. Однако бомбежки союзников помешали, и наладить выпуск вертолетов удалось только в 1944 году. Из предполагавшейся серии в 400 экземпляров построили только 14 машин. Они использовались в 1944—1945 годах германскими вооруженными силами для перевозки грузов (вплоть до ракет «Фау-2») в труднодоступные места, срочной доставки штабных офицеров, разведки и вывоза раненых и сбитых летчиков.
Кроме Fa-223 в Германии в 1942 году началось серийное производство легкого одно-двухместного вертолета «Флеттнер» Fl-282 в двух вариантах: палубный и армейский разведчик. Аппарат имел оригинальную схему синхроптера — валы двух смонтированных поперечно несущих винтов стояли с максимально возможным перекрытием и вращались строго синхронно. Двухлопастные винты диаметром по 12 м приводились во вращение мотором мощностью 160 л. с. Из планировавшихся 1 000 машин Fl-282 было построено только 24. На кораблях Fl-282 эксплуатировался с 1942 года (он был оборудован системой принудительного притяга), использовался для поиска подводных лодок и спасения на воде. Сухопутный же вариант, предназначенный для сопровождения танковых частей, прокладки телефонов и корректировки артиллерийского огня, доказал свою высокую выживаемость и малую уязвимость. Fl-282 отличился весной 1944-го в учебном бою с истребителями Me-109 и FW-190, а затем в 1945 году в реальных боевых действиях в Померании и под Берлином. Из-за недостаточной грузоподъемности Fl-282 была начата разработка более тяжелого Fl-339 в пяти вариантах: палубный разведчик, разведчик-корректировщик, связной, санитарный и транспортный.
Таким образом, как только немецкие конструкторы оказались способны создать пригодные для практического применения вертолеты, вооруженные силы Германии тут же нашли для них применение. Но уничтожение немецких заводов союзной авиацией предотвратило массовое появление немецких вертолетов на фронтах Второй мировой войны.
Предвоенная гонка
После успешного испытания французского и немецкого вертолетов Конгресс США выделил в 1938 году немалые деньги на создание собственных вертолетов. Одновременно авиационное министерство Великобритании приняло решение о заказе винтокрылых машин фирмам, ранее занимавшимся разработкой автожиров. Специально созданное в СССР ОКБ И.П. Братухина приступило к проектированию вертолета, предназначенного для серийного производства. Все они оказались похожи на FW-61, что и неудивительно. Американцы долго экспериментировали с вертолетами «Платт—Ле-Пейдж», англичане — с «Уэйер», наши соотечественники — с 2МГ «Омега». Эти машины имели по два несущих винта, установленных поперечно. С одной стороны, такая схема обеспечивала неплохие пилотажные характеристики, но с другой — налицо были проблемы, связанные с резонансами конструкции консолей, на которых крепились винты. Не всем конструкторам удалось решить их столь же удачно, как Фокке. На советской «Омеге» проблема усугубилась еще и выносом тяжелых мотогондол с двигателями под несущие винты. Доводка машин затянулась из-за обстоятельств военного времени. «Битва за Англию» остановила доводку «уэйеров». Эвакуация и реэвакуация затянули доводку «омег».
Заокеанский прорыв
В 30-е годы одновинтовые винтокрылые аппараты с рулевыми винтами смогли построить А. Флетнер в Германии, д’Асканио в Италии и Братухин в СССР. Однако самого большого успеха на данном направлении добился русский авиаконструктор Игорь Иванович Сикорский, работавший в эти годы в США. Построенный им экспериментальный VS-300 (другое обозначение: «Сикорский S-46») имел простейшую конструкцию и совершенно примитивный вид. Сделанный из труб фюзеляж даже не был обтянут полотном. Летчик сидел на открытом маленьком кресле перед двигателем. Мотор мощностью 90 л. с. приводил во вращение несущий винт диаметром 8,5 м. Реактивный момент парировался хвостовым рулевым винтом. Взлетная масса VS-300 немногим превышала полтонны. Вертолет садился как на колесное шасси, так и на поплавки.
Убедившись в перспективности вертолета VS-300, командование ВВС армии США остановило в 1941 году финансирование разработки вертолетов поперечной схемы и перенаправило средства на фирму Сикорского. Предназначенный для практической эксплуатации S-47 получил армейское обозначение R-4. Он был собран в самом конце 1941 года и представлял собой легкий многоцелевой вертолет классической одновинтовой схемы взлетной массой 1 170 кг. Двигатель мощностью 175 л. с. приводил во вращение трехлопастный несущий винт диаметром 11 м и хвостовой рулевой винт диаметром 2,34 м. В остекленной закрытой кабине, находившейся в передней части фюзеляжа, два пилотских кресла располагались рядом. Для обеспечения спасательных операций на левом борту крепились подъемная лебедка, а по бокам фюзеляжа — носилки с ранеными. Позднее вертолеты были оснащены системой подвески для восьми противолодочных бомб весом по 12,5 кг.
14 января 1942 года вертолет XR-4 впервые оторвался от земли. Испытания продемонстрировали высокую надежность и работоспособность конструкции аппарата, и 21 декабря 1942 года Сикорский получил первый заказ на 22 вертолета для американской армии и береговой охраны. Еще восемь машин заказали британские союзники. В январе 1943 года началось их серийное производство. Из нескольких сот заказанных вертолетов R-4 до конца войны и аннуляции контрактов было построено 130 машин.
С 1943 года для вертолетов Сикорского началась опытная эксплуатация в вооруженных силах США, а в следующем году — в Великобритании. С марта 1944 года серийные R-4 стали применяться непосредственно в боевых действиях: сначала в Бирме, а затем в Китае и на островах Тихого океана для эвакуации раненых солдат, сбитых летчиков, снабжения окруженных частей и кораблей, связи, наблюдения и корректировки огня артиллерии. На S-47 сначала в учебном бою с истребителем «Спитфайр V», а затем в реальных стычках с японскими ассами была подтверждена способность вертолета уворачиваться от атакующих самолетов. Во флоте и береговой охране США эта машина использовалась под именем HNS-1. В вооруженных силах Великобритании она носила название Hoverfly-I и помимо перечисленных выше целей использовалась для поиска подводных лодок и обслуживания королевской семьи.
Грузоподъемность первого серийного американского вертолета R-4 была недостаточной для перевозки глубинных бомб и другого специального военного оборудования. Поэтому в 1943 году Сикорский построил S-48, получивший армейское обозначение R-5. Подобно S-47, новый вертолет имел классическую одновинтовую схему, но по размерам значительно превосходил своего предшественника: по взлетной массе — в два раза, по полезной нагрузке — почти в три. Фирма «Прат—Уитни» специально разработала для R-5 двигатель R-985AN5 мощностью 425 л. с. Трехлопастный несущий винт имел диаметр 14,64 м, трехлопастный рулевой — 2,56 м. При разработке компоновки S-48 учитывались все требования военных. Кресла двух членов экипажа были установлены в тандем. Причем, чтобы обеспечить лучший обзор штурману-бомбардиру, облегчить прицеливание при бомбометании и наблюдение при артиллерийской корректировке, его кресло устанавливалось впереди пилотского (как на современных Ми-24). Остекленная кабина получилась узкой и хорошо обтекаемой. Вертолет имел подъемную лебедку для осуществления эвакуационных операций. По бокам фюзеляжа можно было закрепить до четырех носилок с ранеными. Продемонстрированные при испытаниях летно-технические характеристики оказались столь высокими, что последовал заказ на 450 машин. Выпуск R-5A начался в конце 1944 года.
В 1946 году в зоне воздушной подушки S-48 поднял 18 человек, облепивших его со всех сторон. В том же году на нем были побиты все официальные мировые рекорды — осуществлен полет на дальность 1 132 км, набрана скорость 178 км/ч, продолжительность пребывания в воздухе составила 10 ч 07 мин. В феврале 1947 года S-48 достиг высоты 5 745 м. До окончания войны было изготовлено 65 таких машин.
Из-за задержки с доводкой артиллерийского оборудования на фронт S-48 не успели. Зато «повезло» следующей модели Сикорского — S-49. Она представляла собой «облагороженную» модификацию S-47 с хорошо обтекаемым фюзеляжем, более мощным двигателем в 245 л. с., улучшенными агрегатами конструкции и повышенным комфортом в кабине. Из заказанных 730 машин до конца войны успели собрать 225 R-6. Эти машины принимали участие в боевых действиях против японских войск в Китае и на островах.
С винтокрылых аппаратов И.И. Сикорского началось серийное вертолетостроение в США. Так как появившиеся ранее немецкие вертолеты были выпущены ограниченным количеством, можно с полным основанием утверждать, что именно нашему соотечественнику досталась честь основателя мирового вертолетостроения.
Вадим Михеев доктор исторических, кандидат физико-технических наук | Иллюстрации Михаила Дмитриева
Только в XX веке она получила практическое воплощение.
В 1853-1860 годах во Франции Понтон д’Амекур разработал проект летательной машины - «аэронефа». Аэронеф должен был подниматься вверх с помощью двух винтов, насаженных на одну вертикальную ось и вращающихся в противоположные стороны.
Первый в истории вертикальный полет состоялся 24 августа (по другим источникам, 29 сентября) 1907 года и продолжался одну минуту. Вертолёт, построенный братьями Луи и Жаком Бреге (Louis & Jacques Bréguet) под руководством профессора Шарля Рише (Charles Richet), поднялся в воздух на 50 см. Аппарат имел массу 578 кг и был оснащен двигателем Antoinette мощностью 45 л.с. Gyroplane имел 4 несущих винта диаметром 8,1 м, каждый винт состоял из восьми лопастей, попарно соединенных в виде четырех вращающихся бипланных крыльев. Суммарная тяга всех винтов составляла 560-600 кг. Максимальная высота полета на режиме висения - 1,525 м была достигнута 29 сентября. Также существуют данные о том, что в 1905 году француз М. Леже создал аппарат с двумя противоположно вращающимися винтами, который мог на некоторое время отрываться от земли .
Первым человеком, поднявшимся в воздух на вертолёте, был французский производитель велосипедов Поль Корню (Paul Cornu). 13 ноября он построил вертолёт, поднявший его вертикально в воздух на высоту 50 см и провисевший в воздухе 20 секунд. Основное достижение Корню состояло в попытке сделать вертолет управляемым (нельзя сказать, правда, что эта попытка увенчалась полным успехом), для чего изобретатель установил под винтами специальные поверхности, которые, отражая поток воздуха от винтов, давали аппарату определенный запас маневренности. Но и этот вертолёт был плохо управляемым.
Этимология
Вертолёт в современном понимании этого слова до войны носил название «геликоптер». Это слово было заимствовано из французского языка (фр. hélicoptère ) уже в конце XIX века .
Слово «вертолёт» появилось в 1929 году , когда был применено Н. И. Камовым к автожиру КАСКР-1 , который, однако, не был вертолётом в современном смысле слова. В том же значении фиксируется в словаре Ушакова: «вертолёт, а м. (нов. авиац.). То же, что автожир» . По всей видимости, слово «вертолёт» было создано по подобию французского «gyroplane» (имеющего то же значение и существующего с 1907 года) так же, как по аналогии с «aéroplane» (тогда ещё бытовавшему во французском языке), был придуман «самолёт». То есть, первый элемент «верт-» (от слова «вертеть») соответствует французскому «gyro-», восходящему ко греческому «γῦρος».
Не представляется верным утверждение Л. А. Введенской и Н. П. Колесникова, что, «когда изобрели летательный аппарат, которому не нужен разбег перед взлётом, поскольку он способен вертикально подняться и полететь с любой площадки, то для его наименования создали слово вертолёт (верт икально + лет еть)» , тем более, что КАСКР-1 , являющийся автожиром, не мог подниматься вертикально.
Другим вариантом является два больших несущих винта, вращающихся в противоположных направлениях на одной оси. Второй винт называется аэродинамически симметричным соосным несущим винтом. Этот вариант использован, например, в российском Ка-50 . Вертолёты такой схемы показывают более высокую тяговооружённость , однако в случае недостаточной продуманности конструкции, могут обладать повышенной вероятностью схлёстывания лопастей винтов при резком боковом манёвре.
Есть ещё вертолёты, которые используют эффект Коанды (прилипание струи жидкости или газа к твёрдой поверхности), чтобы компенсировать вращательный момент без дополнительных винтов.
Максимальная скорость вертолёта ограничена ввиду недопустимости постоянного достижения скорости звука на крайних участках лопастей (общая максимальная скорость на краю лопасти равна радиусу диска вращения ротора, умноженному на обороты в секунду + скорость самого вертолёта), что привело бы к разрушению конструкции.
Когда вертолёт летит вперёд, лопасти, движущиеся вперёд, имеют бо́льшую скорость относительно воздуха, чем движущиеся назад. В результате одна из половин винта создаёт бо́льшую подъёмную силу, чем другая, и вертолёт поворачивает вбок. Чтобы этого не происходило, используется механизм компенсации, встроенный в автомат перекоса , чтобы угол наклона лопастей в левой и правой половине винта был бы различен.
- Одновинтовые с рулевым винтом. Для компенсации реактивного момента используется рулевой винт, создающий тягу в направлении вращения НВ. Традиционно эту схему называют «классической схемой». По этой схеме построено большинство существующих вертолетов;
- Одновинтовые со струйной системой управления. Для компенсации реактивного момента используется система управления погранслоем на хвостовой балке и реактивное сопло на конце. На Западе известна как NOTAR, что расшифровывается, как «NO TAil Rotor» или «Без хвостового винта», что звучит не корректно ввиду наличия множества схем, подпадающих под это определение. Пример: MD 520N ; MD 900 Explorer.
- Одновинтовые с реактивным принципом вращения лопастей. Также именуются реактивными вертолетами. Двигатели расположены на лопастях и на вал несущего винта не передается сильных моментов, как в случае расположения двигателей в фюзеляже. Такая схема исключает наличие реактивного момента от несущего винта. Существуют различные варианты этой схемы: с установкой прямоточных воздушно-реактивных двигателей на законцовках лопастей (собственно реактивный вертолёт), либо с соплами на законцовках лопастей и подачей горячего выхлопа на них от расположенного в фюзеляже газотурбинного двигателя («привод горячего цикла»), либо компрессорный привод «холодного цикла»: газотурбинный двигатель в корпусе вертолёта приводит компрессор, а сжатый воздух от него подводится через трубопроводы к соплам на законцовках лопастей. Было построено несколько экспериментальных машин с реактивным приводом. Только привод компрессорного типа использовался на серийно строившемся вертолёте. Пример: Sud-Ouest SO.1221 «Djinn».
- Двухвинтовые продольной схемы. Компенсация реактивного момента происходит за счет наличия двух одинаковых винтов, вращающихся в противоположные стороны и расположенных в передней и задней частях фюзеляжа. Пример: CH-47 Chinook , Як-24 .
- Двухвинтовые поперечной схемы. Аналогична предыдущей, но винты расположены на фермах либо крыльях по бокам фюзеляжа. Пример: В-12 (самый крупный из когда-либо взлетавших вертолетов).
- Двухвинтовые соосной схемы. Компенсация реактивного момента происходит за счет наличия двух одинаковых винтов вращающихся в противоположные стороны и расположенных на одной оси. Пример: Большинство вертолетов УВЗ им. Камова .
- Двухвинтовые с перекрещивающимися плоскостями роторов. Также именуются синхроптерами. Оси вращающихся в противоположные стороны роторов наклонены по оношению друг к другу, плоскости вращения роторов пересекаются, для исключения столкновения лопастей вращение их синхронизировано. Пример: Kaman HH-43 Huskie.
- Многовинтовые (вертолетные-платформы). Компенсация происходит за счет наличия равного количества противоположно вращающихся винтов.
- Винтокрылы. Эта схема отличается от вышеперечисленных тем, что для создания пропульсивной тяги используется тянущий/толкающий винт или реактивный двигатель. Тут название «винтокрыл» означает, что при горизонтальном полёте винт используется как крыло (не создает пропульсивную силу). Пример: Ка-22 .
- Конвертопланы. Эта схема переходного летательного аппарата, который взлетает как вертолет с помощью винта, а в горизонтальном полете летит как самолет, используя винты как пропеллеры. Конвертопланы разделяются на аппараты
- с поворотной винтомоторной группой (тилтротор) - крыло неподвижно, поворачивается двигатель (если он расположен на крыле) с винтом (Пример: V-22 Osprey);
- с поворотным крылом (тилтвинг) - поворачивается крыло вместе с расположенной на нем винтомоторной группой;
- вертикальные - элементы конструкции не поворачиваются, но аппарат стоит «на хвосте» (Heinkel Lerche II, Wespe - не построены по причине поражения
«! Сегодня мы расскажем краткую историю изобретения вертолета.
Итак, как вы уже наверняка знаете, что первый эскиз вертолета с кратким описанием сделал в 1489 г. Леонардо да Винчи (читай ). Его вертолет приводился в движение мускульной силой. Ученые долго считали, что летательный аппарат невозможно привести в движение мускульной силой. Но не так давно был построен такой вертолет. Он смог взлететь и летать.
Триста лет спустя после Леонардо Михаил Васильевич Ломоносов построил первую модель вертолета. Она состояла из фюзеляжа и двух винтов, вращавшихся в разные стороны. Эта модель предназначалась для подъема термометров с целью измерения температуры воздуха в верхних слоях атмосферы. Двигателем служила часовая пружина.
В 1784 г. французские изобретатели Лоннуа и Бьенвеню использовали в своей модели вертолета силу упругости сжатого лука. Вес их модели составлял около 80 г.
В 1863 году француз Г. де Ланде издал книгу, в которой излагал проект аппарата под названием «аэронеф». У «аэронефа» были крылья, тянущий винт и вертикальные мачты, на которых располагались подъемные винты. Из проекта де Ланде изобретатели в дальнейшем многое позаимствовали.
В 1869 г. русский изобретатель А. Н. Лодыгин обратился в Главное инженерное управление русской армии с проектом аппарата вертикального взлета с электрическим двигателем. Этот аппарат, названный изобретателем «электролет», предназначался для воздушной разведки и бомбардировки.
В 90-е годы XIX в. созданием вертолета начал заниматься H. Е. Жуковский вместе со своими учениками. Ученый считал, что за геликоптером всегда будет оставаться преимущество безопасного подъема и спуска.
И вот в 1907 году появился вертолет, который смог оторваться от земли. Его сконструировали французы, братья Л. и Ж. Бреге, совместно с профессором Ш. Рише.
Русский изобретатель И. И. Сикорский в 1901 г. еще в детстве построил модель своего первого вертолета с двигателем на резинке. Позже он создал большую модель с двумя пропеллерами, которая поднялась в воздух и летала в нескольких метрах над землей.
В 1903 г. Сикорский поступил в Российскую военно‑морскую академию в Петербурге, а в 1906-м продолжил изучение инженерного дела в Париже. В 1907 г. он возвратился в Киевский политехнический институт. Игорь Сикорский вернулся к своей идее летательного аппарата, который бы поднимался в воздух вертикально с помощью вращающегося пропеллера. Во время путешествия по Германии Сикорский производил в гостиничных номерах расчеты, необходимые для запуска вертолетного пропеллера диаметром 120 см. Благодаря финансовой поддержке сестры Сикорский возвратился в Париж для изучения аэродинамики и приобретения необходимых компонентов для создания своего первого вертолета.
В 1909 г. Сикорский вернулся в Киев с трехцилиндровым двигателем от мотоцикла «Анзани» мощностью 25 л. с. и на его основе создал вертолет с двумя одновременно вращающимися винтами. Конструкция была довольно неудобна для пилота, в кабине везде торчали провода, приводившие в движения лопасти пропеллера. Однако Сикорский добился главного: он решил проблему вибрации и продемонстрировал способность своей машины подняться в воздух посредством «роторных крыльев». По расчетам инженера, его вертолет мог подниматься в воздух с грузом в 140 кг.
Конструкция была еще очень несовершенна, и Сикорский отказался от своей первой модели. В октябре 1909 г. он вернулся в Париж для изучения уже имеющихся к тому времени моделей аэропланов (смотри ).
После приезда в Россию молодой изобретатель в феврале 1910-го использовал моторы для создания второй, вновь неудачной, модели вертолета. Маленький биплан «S-1» так и не взлетел. Биплан «S-2» и большая модель «S-3» смогли лишь ненадолго подняться в воздух. А модель «S-5» с мощностью двигателя 50 л. с. в мае 1911 г. не только поднялась в воздух, но и продемонстрировала свою способность летать. Игорю Сикорскому Российским Императорским аэроклубом была выдана лицензия на изобретение.
Особую роль в истории мирового вертолетостроения занимает работа в 1908–1914 гг. студента Московского технического училища Б. Н. Юрьева. В 1911 г. Юрьев разработал проект одновинтового вертолета с хвостовым рулевым винтом.
В 1912 г. вертолет Юрьева был выставлен на Международной выставке воздухоплавания в Москве. Работа была отмечена Малой золотой медалью.
Бурное развитие самолетостроения привело к тому, что конструкторы на время оставили вертолет без внимания. Лишь в 1923 г. испанец Пескара создал вертолет, который десять минут парил в воздухе на высоте трех метров и пролетел в общей сложности 300 м.
В 1924 г. француз Эмишен построил вертолет, который поднялся и пролетел на высоте полтора метра около 120 м. Управлял им сам Эмишен. Эта машина умела зависать в воздухе, разворачиваться на месте и лететь задним ходом.
Надежно действующий вертолет удалось создать группе сотрудников Центрального аэрогидродинамического института под руководством Юрьева. Он был одноместный с одним несущим и двумя рулевыми винтами. На нем была достигнута высота 605 м.
Свою детскую мечту И. Сикорскому удалось реализовать. В 1919 г. он эмигрировал в США, где создал свою фирму «Сикорский». В 1939 г. изобретатель создал свой первый вертолет S-46. Он отказался от полных расчетов машины и вносил изменения прямо в ходе испытаний. Испытания показали несовершенство конструкции.
После этого, произведя изменения конструкции, Сикорский в мае 1940 г. создал вертолет с тремя рулевыми винтами. Вертолет свободно перемещался в разные стороны, зависал неподвижно и разворачивался на месте, но при этом не летел вперед. После определения и устранения недостатка летные качества машины значительно улучшились.
В 1941 г. Сикорский получил военный заказ на вертолет, предназначенный для корректировки артиллерийского огня и связи. Во время полета S-47 продемонстрировал свои огромные возможности, перемещаясь в разные стороны, зависая на месте.
Сегодня вертолеты применяются в вооруженных силах для перевозки войск и грузов, огневой поддержки сухопутных войск, разведки, поиска и уничтожения подводных лодок. В народном хозяйстве вертолеты используются для перевозки пассажиров, грузов, уничтожения вредителей сельхозкультур, удобрения полей, монтажных работ.
Приобщитесь к вертолетостроению, узнайте
« «, « « «.
Как показывает история, авторство многих важнейших изобретений не так легко или вообще невозможно установить. Ведь одинаковые идеи могут возникнуть у людей, которых разделяют века или тысячи километров. Сказанное верно и в отношении вопроса о том, кто изобрел первый вертолет, так как известно о многих талантливых ученых, инженерах и конструкторах, которые предлагали различные концепции создания летательных аппаратов с вертикальным взлетом.
Предыстория
Точно сказать, в каком году изобрели вертолет, достаточно сложно, так как трудно определить точку отсчета. Если говорить об идее устройства, поднимающегося вертикально верх благодаря вращающемуся винту, то самому древнему письменному упоминанию подобного предмета более Он представлял собой небольшую детскую игрушку в виде палочки с винтом на конце, которую зажимали между ладонями, придавали вращение и отпускали, после чего она ненадолго взмывала вверх. Никакого практического применения этому изобретению тогда не было найдено, и о нем надолго забыли.
Леонардо да Винчи
Хотя имя величайшего гения эпохи Возрождения не фигурирует в числе тех, кого принято называть при ответе на вопрос о том, кто изобрел вертолет, на одном из чертежей, сделанных его рукой в 1475 году, присутствует летательный аппарат с огромным винтом. Леонардо предполагал, что такой механизм должен был взлететь вертикально вверх, если его пропеллер привести в движение, используя мускульную силу пилота.
М. Ломоносов
Через 270 лет механизм, который с натяжкой можно назвать прообразом мини-вертолета, был изобретен в России. Его автором стал Михаил Ломоносов, который решил создать аппарат, способный поднимать на большую высоту термометры и другие приборы, необходимые для проведения метеорологических исследований. Известно, что была даже изготовлена модель, запускаемая от пружинного механизма, однако ее испытания не были успешны. Как бы то ни было, хотя нет никаких оснований считать, что первым изобрел вертолет М. Ломоносов, придуманный им принцип погашения реактивного момента на винтокрылых машинах применяется до сих пор и считается общепризнанной классикой.
Первый вертикальный полет
В 1860 году во Франции Г. Понтон д’Амекур создал аэронеф, который имел два соосных винта и был снабжен паровым двигателем. Его испытания не были успешны, и машина так и не смогла совершить вертикальный подъем, как надеялся ее изобретатель.
Ситуация изменилась с появлением бензиновых двигателей, которые были более мощными и весили меньше паровых. 29 сентября 1907 года состоялся первый в истории вертикальный полет. Его совершил беспилотный аппарат Gyroplane, построенный Луи и Жаком Бреге при теоретической поддержке профессора Ш. Рише. Он продлился менее минуты. При этом машина смогла оторваться от земли только на 50 см. Несмотря на успех, большинство специалистов считают, что при ответе на вопрос о том, кто изобрел вертолет, нельзя называть имена создателей Gyroplane, так как его полет не был управляемым, а сам аппарат на момент подъема был на привязи.
Первый пилотируемый полет
В 1907 году француз Поль Корню стал первым, кто изобрел вертолет, который поднял своего создателя в воздух. Машина находилась в полете всего 2 секунды и достигла высоты 50 см. При этом Корню пытался управлять аппаратом, однако нельзя сказать, что это ему удалось.
Дальнейшая история изобретения вертолета
В течение нескольких лет конструкторам и инженерам не удавалось разрешить проблему управления такими летательными аппаратами. Перелом произошел в 1911 году, когда Б. Н. Юрьев стал тем, кто изобрел вертолет с рулевым винтом. Механизм последнего используется в сфере строительства летательных аппаратов и по сей день.
В 1922 году профессор Г. Ботезат, который после революции эмигрировал из России в США, построил по заказу американской армии первый в мире устойчиво управляемый вертолет. Однако, поднявшись в воздух на высоту 5 м, он смог находиться в полете лишь несколько минут.
Успехи в сфере вертолетостроения
В последующие годы было поставлено несколько рекордов по продолжительности и дальности полетов. Среди них можно отметить:
- рекорд аргентинца Рауля Патераса Пескары, преодолевшего на вертолете собственной конструкции дистанцию в 736 м;
- самый длительный на тот момент (1924 год) полет продолжительностью 7 мин 40 с, совершенный французом Э. Эмишеном;
- рекорд итальянского вертолета д’Асканио, преодолевшего расстояние свыше 1 км в 1930 году;
- рекорд скорости (100 км/ч), установленный в 1935 году летательный аппаратом Gyroplane.
Кто изобрел первый вертолет в мире?
Считается, что в ответ на этот вопрос следует называть имя ученого-авиаконструктора Игоря Ивановича Сикорского. Задолго до изобретения своего главного творения — первого в мире серийного вертолета — он создал самые передовые на тот момент 4-моторный самолет «Русский витязь». Кроме того, ему принадлежит также первенство в вопросе проектирования трансатлантических гидропланов.
Еще в 1931 году Сикорский запатентовал проект летательной машины, конструкция которой принципиально мало чем отличалась от моделей вертолета, используемых сегодня. В частности, он предложил использовать 2 пропеллера: главный - на крыше и вспомогательный — на хвосте.
Первый экспериментальный вертолет Сикорского — VS-300, управляемый им самим, поднялся в небо в сентябре 1939 года. Он представлял собой стальную трубу большого диаметра с открытой кабиной для пилота. Летательный аппарат имел мощность в 65 л. с. и был оснащен двигателем Lycoming, вращающим 3-лопастный главный ротор.
Дальнейшие успехи Сикорского
В середине весны 1941 года авиаконструктор устроил презентацию первого в мире вертолета-амфибии на поплавковом шасси, являющегося модификацией уже знаменитого на тот момент летательного аппарата VS-300. Винтокрылая машина совершила взлет с поверхности воды и успешно приземлилась на сушу. Продолжительность его полета составила 1 час 35 минут, а скорость достигала 100 км в час.
Впоследствии авиаконструктор создал вертолеты 18 типов, которые стали выпускаться серийно. Кроме того, им были сконструированы турбинные модели, амфибии с убирающимися шасси, а также так называемые летающие краны. На вертолетах, созданных Сикорским, были осуществлены трансантлантический и транстихоокеанский перелеты с дозаправкой в воздухе. Еги машины применялись для самых разнообразных целей. Свою карьеру перед уходом на пенсию Сикорский завершил созданием вертолета S-58, по праву считающимся лучшим вертолетом 1-го поколения.
Теперь вы знаете, почему принято считать, что Игорь Сикорский изобрел первый вертолет. При этом нельзя умалять заслуги и других инженеров и конструкторов, которые посвятили многие годы своей жизни созданию и усовершенствованию винтокрылых летательных аппаратов.