Авиаконструктор Игорь Иванович Сикорский 1889-1972

Немного из истории вертолетов

Трудно установить, какая из идей полета появилась первой: посредством крыла или несущего винта. Игрушки – прообразы несущего винта были известны еще в древности. Они представляли собой маленький винт, насаженный на круглую палочку, которая раскручивалась ладонями. Китайский философ Ко Хунг еще в 320 г. указывал на несущий винт как на средство путешествия по воздуху. Первый набросок вертолета был сделан в 1489 г. Леонардо да Винчи, а в 1754 г. М.В. Ломоносов предпринял попытку построить малоразмерный вертолет для подъема в воздух метеорологических приборов. Однако все работы по вертолетам, проводившиеся до конца XVIII в., носили случайный характер и оставались неизвестными для современников, пока, наконец, в 1784 г. французская Академия наук официально не признала вертолет одним из возможных средств передвижения по воздуху. Этому способствовало массовое увлечение воздухоплаванием и авиацией, последовавшее вслед за полетом в 1783 г. воздушного шара братьев Монгольфье.

С начала XIX в. разработка проектов вертолетов и постройка летающих моделей приняли систематический характер. Особенно повысился интерес к вертолетам с 60-х годов XIX в., когда стала очевидной сложность достижения управляемого полета на летательных аппаратах легче воздуха. Из различных способов ”механического летания” идея ”ввинчиваться в воздух посредством пропеллера” казалась наиболее привлекательной. Однако все предпринимавшиеся в XIX в. попытки создания натурного вертолета оказались неудачными из-за низких аэродинамических характеристик несущих винтов и отсутствия легкого двигателя. Ситуация изменилась в начале XX в. в связи с появлением легких двигателей внутреннего сгорания и накоплением знаний по аэродинамике несущих винтов.

24 августа 1907 г. на четырехвинтовом вертолете братьев Луи и Жака Бреге и профессора Шарля Рише впервые был поднят в воздух человек. Вскоре, 13 ноября 1907 г., был осуществлен подъем в воздух на двухвинтовом вертолете Поля Корню, имевшем продольную схему. Первые маленькие успехи способствовали развитию идеи винтокрылого полета. Многие изобретатели в разных странах пытались осуществить на практике эту идею, однако видимость близкой реализации оказалась мнимой. Слишком много появилось перед энтузиастами трудностей, которые тогдашний уровень знаний преодолеть не позволял. Возможности первых вертолетов были ограничены.

Первый вертолет И. И. Сикорского. 1909 г.

Второй вертолет И. И. Сикорского. 1910 г.

Первый самолет И. И. Сикорского. 1910 г.

И. И. Сикорский на БиС-1. 1910 г.

И. И. Сикорский на С-2. 1910 г.

Первоначальный вид С-6, 1911 г.

Пилотское свидетельство И. И. Сикорского. Август 1911 г.

С-6Б после конкурса 1912 г.

С-9. У хвоста стоит И. И. Сикорский

Постройка «Гранда» завершена. В командирском кресле И. И. Сикорский, у винта стоит В. С. Панасюк

С-10 перед конкурсом 1913 г.

Экипаж и пассажиры после рекордного полета «Ильи Муромца» 12(25) февраля 1914 г.

«Илья Муромец» идет на посадку

Передняя часть пилотской кабины «Ильи Муромца» серии Б

Пассажирский салон «Ильи Муромца». Впереди видна пилотская кабина

И. И. Сикорский на верхнем мостике «Ильи Муромца» во время полета. Февраль 1914 г.

«Илья Муромец» идет на посадку на Корпусной аэродром. На верхнем мостике ближе к хвосту брат И. И. Сикорского Сергей

«Илья Муромец» над зимним Петербургом. Видна Петропавловская крепость, Февраль 1914 г.

Истребитель С-16. 1915 г.

«Илья Муромец» серии Е

С-10А на поплавках. 1913 г.

Поточная линия сборки самолета «Илья Муромец» на РБВЗ

S-29A построен. 1924 г.

S-35A готов к перелету. 1926 г.

Пассажирская амфибия S-38. 1928 г.

S-40 в полете. 1931 г.

Трансокеанский авиалайнер «Летающий клипер» S-42. 1934 г.

S-43 «Беби клипер». 1935 г.

Последний самолет И. И. Сикорского VS-44A. 1942 г.

VS-300. Первый отрыв от земли 14 сентября 1939 г. На пилотском месте И. И. Сикорский

VS-300, модификация с тремя рулевыми винтами. 1940 г.

VS-300, окончательный вариант. 1942 г.

Первые полеты с палубы корабля на XR-4 (S-47). 1943 г.

S-55 отправляются в трансатлантический перелет. 1952 г.

Многоцелевой S-58 в полете

Тяжелый S-56 на крановых работах

И. И. Сикорский с моделью 5-64

И. И. Сикорский с моделью самолета «Русский витязь»

Попытка Сикорского построить в 1909-1910 гг. вертолет, как мы знаем, не увенчалась успехом. Переключив свою энергию на самолеты, И. И. Сикорский добился выдающихся успехов, но при этом никогда не отвергал идеи вертолета и внимательно следил за ее развитием. Винтокрылая авиация между тем продолжала медленно, но верно развиваться. В 1914 г. на вертолете Е. Мумфорда (Великобритания) был совершен полет с поступательной скоростью, а 4 мая 1924 г. вертолет Э. Эмишена (Франция) первым пролетел по замкнутому маршруту в один километр. В 1922 г. в США на вертолете русского эмигранта Г.А. Ботезата было поднято четыре человека. Все эти первые вертолеты имели многовинтовую схему, обладавшую сложной, а следовательно, и ненадежной конструкцией. Эффективность и работоспособность органов управления оставалась невысокой, что затрудняло пилотирование. Хотя авторотация как режим аварийной посадки была уже общепризнана, отсутствие в этом практического опыта ограничивало высоту полетов.

Упомянутые проблемы задерживали развитие вертолетостроения, ограничивали возможности винтокрылых аппаратов. Однако к концу 20-х годов наметились пути их преодоления. Новые легкие двигатели и несущие винты с усовершенствованной аэродинамикой уже обеспечивали вертолеты необходимой подъемной силой. Освоение новых авиационных материалов дало возможность существенно увеличить диаметры несущих винтов, что, в свою очередь, позволило отказаться от конструктивно сложных и громоздких многовинтовых схем. Теперь вертолеты строились по конструктивно более простым и надежным одновинтовой и соосной схемам. Прогресс в развитии автомобильных передач и разработка редукторов для высокооборотных двигателей стимулировали совершенствование трансмиссии вертолетов. Из различных органов управления и балансировки выделился компактный, легкий, эффективный автомат перекоса.

Решению ряда важных проблем аэродинамики, динамики, прочности, вопросов конструирования и технологии изготовления вертолетов способствовало и создание в 20-е годы выдающимся испанским конструктором Хуаном де ла Сьерва первого работоспособного винтокрылого летательного аппарата – автожира[* Подробно о творческой деятельности Хуана де ла Сьерва см.: Катышев Г.И. Создатель автожира Хуан де ла Сьерва. М.: Наука, 1986. 159 с.]. Полеты на автожирах практически подтвердили возможность посадки винтокрылого летательного аппарата на авторотации. Однако возможности автожиров по сравнению с вертолетами были ограничены. Они не могли висеть в воздухе, осуществлять вертикальные подъемы и спуски, перемещаться вбок и назад. Поэтому и в годы триумфа автожиров не прекращалась разработка и постройка вертолетов.

В конце 20-х и начале 30-х годов вертолетостроение добилось результатов, непосредственно предопределивших успехи второй половины 30-х годов. Выдающиеся достижения были установлены в 1930-1933 гг. на разработанном А.М. Черемухиным первом советском вертолете ЦАГИ 1-ЭА, имевшем одновинтовую схему. Следует отметить, что большой вклад в разработку одновинтовых схем еще в конце XIX-начале XX в. внесли русские конструкторы С.С. Неждановский, В.И. Ребиков, С.О. Ощевский-Круглик и др. В 1911 г. Б.Н. Юрьев, предложивший установить автомат перекоса на одновинтовой вертолет с хвостовым рулевым винтом, завершил формирование современной классической одновинтовой схемы. Недостаточный уровень науки и техники не позволил создать в 1912 г. одновинтовой вертолет, но опыт его постройки был учтен при выборе схемы для ЦАГИ 1-ЭА. При испытаниях этого вертолета в 1932 г. была достигнута высота 605 м, когда официальный мировой рекорд составлял всего 18 м.

Одновременно интенсивно велись работы и в других странах. В Великобритании, бывшей в то время центром исследований по винтокрылым летательным аппаратам, больших успехов добился Р. Хафнер, в Италии – К. Асканио, в Бельгии – Н. Флорин. Возобновил работы по винтокрылой тематике Л. Бреге во Франции. В Германии начал разработку своего вертолета Г. Фокке.

Прогресс развития винтокрылых летательных аппаратов, как уже упоминалось, был постоянно в поле зрения И.И. Сикорского. В 1929 г. он пришел к выводу, что успешный вертолет стал возможен. Для работы над созданием практического вертолета для начала надо было выбрать схему. С 20-х годов как среди проектов, так и среди натурных вертолетов наибольшее распространение получили различные одновинтовые схемы. Наличие только одного несущего винта существенно упрощало конструкцию фюзеляжа и трансмиссии, повышая надежность вертолетов. Кроме того, одновинтовая схема считалась привлекательной благодаря компактности и малому лобовому сопротивлению. Сказывалось влияние и успешно летавших одновинтовых автожиров. Другая распространенная в то время схема – соосная – считалась менее перспективной из-за более сложных трансмиссии и системы управления, вредных последствий взаимовлияния несущих винтов. Существенной специфической проблемой одновинтовой схемы являлся выбор наиболее эффективного способа парирования реактивного момента несущего винта, что определило большое разнообразие одновинтовых схем.

Желание полностью обойтись без трансмиссии, а также рулевых винтов или других средств уравновешивания реактивного момента несущего винта, вносящих дополнительный вес и усложняющих конструкцию, привело к распространению среди натурных вертолетов конца 20-х-начала 30-х годов так называемой, схемы Вельнера, при которой несущий винт приводился в движение посредством пропеллеров, установленных по концам его лопастей. Однако ни одному из построенных вертолетов не удалось добиться сколько-нибудь значительных результатов из-за низкой эффективности пропеллеров, больших центробежных и кориолесовых сил, ломавших лопасти и затруднявших работу двигателей. Учитывая этот опыт, некоторые конструкторы пришли к выводу, что пропеллеры на концах лопастей целесообразно заменить на реактивный выхлоп предварительно сжатого и подведенного к лопасти газа. Именно такую схему предусмотрел в первом своем проекте, запатентованном в 1929 г., И.И. Сикорский. Интересной особенностью проекта было то, что сжатый воздух должен был использоваться не только для приведения во вращение, но и для повышения аэродинамической эффективности несущего винта. Такой способ именуется в настоящее время управлением циркуляцией на лопастях и считается одним из перспективных способов повышения аэродинамических характеристик несущего винта и управления винтокрылым летательным аппаратом. Однако создание работоспособного вертолета с реактивным приводом несущего винта было нереально при уровне знаний и техники того времени, поэтому Игорь Иванович занялся разработкой вертолета с механическим приводом.

Среди схем с механическим приводом наибольшее распространение в 20-30-е годы получила схема, при которой для компенсации реактивного момента несущего винта использовались поверхности в индуктивном потоке несущего винта. При такой схеме можно было обойтись без трансмиссии и избежать потерь мощности на привод рулевого винта. Но схема имела и недостатки. Эффективность поверхностей сильно зависела от режима полета и резко снижалась в зоне влияния Земли, где турбулентный поток сильно нарушал равномерность обдувки поверхностей. Также не удавалось достичь равномерной обдувки поверхностей при их установке в индуктивном потоке толкающего пропеллера. От обеих схем И.И. Сикорскому пришлось отказаться. Для компенсации ' реактивного момента несущего винта конструктор предпочел использовать высокоэффективный на всех режимах полета рулевой винт, который предполагалось установить сзади на хвостовой балке. Для продольно-поперечного управления вертолетом он предусматривал использовать автомат перекоса.

К концу 30-х годов вертолетрстроение достигло больших успехов. Особенно ощутимые результаты были получены на построенном в 1936 г. вертолете немецкого конструктора Г. Фокке. В июне 1937 г. его FW-61 установил мировой рекорд высоты – 2439 м и скорости – 123 км/ч, а в октябре – мировой рекорд дальности – 109 км. В июне 1938 г. уже была достигнута дальность 230 км, а в январе 1939 г. – высота полета 3427 м. Вертолет установил мировой рекорд пребывания в воздухе – 1 ч 20 мин. Это были внушительные успехи. Демонстрация же управляемости ошеломила даже скептиков. Летчица Ханна Райч летала внутри выставочного павильона. Теперь летно-технические характеристики вертолета уже были сопоставимы с характеристиками легкомоторных самолетов. Надежность и работоспособность конструкции, а также пилотажные характеристики были признаны столь высокими, что Г. Фокке получил заказ на разработку серийного транспортного вертолета. Построенный в 1940 г. шестиместный FA-223 был запущен в 1941 г. в небольшую серию.

Успехи немецкого вертолетостроения оказали влияние на правительства других стран, где были приняты решения также приступить к постройке собственных вертолетов, годных к практическому применению. Конгрессом США в 1938 г. был принят так называемый билль Дорси, названный по имени выдвинувшего его представителя штата Пенсильвания Ф. Дорси. Билль предусматривал выделение 3 млн долларов на создание для американской армии винтокрылых летательных аппаратов. Хотя из этих миллионов не все средства пошли на ”винтокрылые” нужды, билль Дорси сыграл важную роль в стимулировании американского вертолетостроения.

Вертолет Фокке-Вульф FW-61 сыграл не только положительную, но и отрицательную роль в развитии вертолетостроения. Дело в том, что FW-61 имел редкую к моменту создания поперечную схему. Поперечная схема, единственная из всех возможных, обеспечивала аэродинамическую симметрию, что способствовало существенному улучшению пилотажных характеристик. Последнее особенно импонировало конструкторам того времени, стремящимся достичь пилотажных характеристик, подобных самолетным. Во всем мире началось массовое увлечение поперечной схемой, в которой видели панацею от всех бед. Причем многие конструкторы прекратили доводку вертолетов других схем, в том числе и одновинтовой. Среди тех немногих, кто в конце 30-х годов оставался верен одновинтовой схеме, сторонников схемы с хвостовым рулевым винтом не было. Только Сикорский свято верил в будущее выбранной схемы и в 1938 г. приступил к созданию натурного вертолета. Конструктор был глубоко убежден в правильности выбранного пути.