9. Реактивные вертолеты и автожиры

9. Реактивные вертолеты и автожиры

В реактивных вертолетах силовая установка может приводить во вращение его несущий воздушный винт тремя способами. Первый способ, механический привод, заключается в том, что вращение на винт передается через редуктор от вала турбины двигателя, этот способ реализуют турбовинтовые двигатели. Второй способ, газовый привод, заключается в том, что сжатый воздух или газ из силовой установки по трубопроводам подается к концам лопастей винта. Там он истекает из специальных насадков и создает реактивную тягу, раскручивая винт. Третий способ, непосредственный привод, заключается в том, что реактивные двигатели непосредственно устанавливаются на концах лопастей несущего винта и приводят его во вращение.

В 1921 г. советский ученый и авиаконструктор профессор Б.Н. Юрьев, который разработал свои первые вертолеты еще в 1909–1914 гг., впервые в мире предложил принципиальную схему вертолета с дискообразным корпусом. Известны схемы его двух аппаратов, представлявших собой осесимметричные тела с внутренним расположением по вертикальной оси двигателей и несущих винтов, которые засасывали воздух через расположенный на оси сверху воздухозаборник и вместе с выхлопом двигателя выбрасывали его вниз под аппарат, создавая реактивную струю под ним. Внутри корпуса располагался отсек для экипажа. Конечно, имевшиеся в то время маломощные авиационные двигатели способны были создать только воздушную подушку под аппаратом. В нашей стране аппараты подобной схемы накануне и во время войны считались экзотикой, поэтому работы в области создания дископодобных вертолетов не финансировались.

Совсем другая картина наблюдалась в Германии в конце 1930-х – начале 1940-х гг., где идею создания дископодобных летательных аппаратов сначала подхватили отдельные энтузиасты, а затем начались работы в некоторых фирмах. Так, например, в Институте гидроаэродинамики (Геттинген) исследованиями в этой области занимался директор института профессор Л. Прандтль и его сотрудники В. Киннер и М. Хансен. К 1941 г. доктор A. Липпиш, работая на фирме «Мессершмитт», также экспериментировал с круглыми крыльями, модели его проекта J1253 испытывались в аэродинамических трубах Геттингена. С появлением у немцев мощных поршневых, а затем и реактивных двигателей, помимо работ по вертолетам обычных схем, начались исследовательские работы по созданию вертикально взлетающих летательных аппаратов дископодобной формы – дисковых автожиров и дисковых вертолетов (с внешним или внутренним расположением ротора), которые предполагалось использовать в качестве штурмовиков. Все эти работы велись в условиях строжайшей секретности.

Wn 342

В самом начале Второй мировой войны немецкий ВМФ выпустил спецификацию на одноместный разведывательный вертолет для малых кораблей и подводных лодок. Одно из предложений, в основу которого был положен принцип непосредственного привода несущего винта с помощью реактивных струй продуктов сгорания, истекающих из маленьких камер сгорания на концах лопастей, поступило от австрийца доктора Фридриха фон Добльхоффа, вместе с которым работали инженеры Лауфер и Штефан. Это предложение было принято, а разработчикам предоставили производственные мощности фирмы WNF (Wiener Neustadter Flugzeugwerke) в Целле-ам-Зе. Так как никто из разработчиков не имел опыта в конструировании вертолетов, то общее руководство проектом осуществлял профессор Г. Фокке.

Постройка первой опытной машины, получившей обозначение Wn 342, началась в октябре 1942 г. В качестве силовой установки использовался двигатель Walter Micron мощностью 60 л. с., который приводил во вращение компрессор. Сжатый компрессором воздух вместе с топливом, подогретым выхлопными газами двигателя, вводился в полые лопатки несущего винта, образовавшаяся топливовоздушная смесь сжигалась в камерах на концах лопастей, а истекающие реактивные струи продуктов горения приводили несущий винт во вращение. Первые летные испытания (взлет-посадка) успешно проводились в заводском цеху в 1943 г.

Испытания показали большое преимущество выбранной схемы – несложность конструкции и экономия веса из-за отсутствия передаточного механизма для вращения несущего винта, а также отсутствие крутящего момента. Однако был выявлен и существенный недостаток – очень высокий расход топлива при выполнении полета. Это побудило Добльхоффа предусмотреть возможность совершать горизонтальный полет в режиме автожира, для чего на второй опытный образец поставили толкающий воздушный винт, включавшийся с помощью сцепления, и двигатель мощностью 90 л. с.

Взлетал Wn 342 вертикально как вертолет, в режиме висения над взлетной площадкой летчик включал сцепление, с помощью которого ПД приводил во вращение воздушный винт, и аппарат далее переходил в горизонтальный полет, выполняя его как автожир. На третьей и четвертой опытных машинах поставили ПД BMW-Bramo Sh 14A мощностью 160 л. с., до конца войны общий налет Wn 342V4 составил около 25 часов. В самом конце войны четвертая машина была захвачена американцами и вывезена в США, где и испытывалась.

Характеристики Wn 342V4: экипаж – 1 человек, силовая установка – 1 х ПД Sh 14A мощностью 160 л. с., диаметр ротора – 9,96 м, вес пустого – 430 кг, максимальный взлетный вес – 640 кг, максимальная скорость – 40 км/ч.

Fa 283

Проект вертолета Fa 283 обычной схемы был разработан на фирме «Фокке-Ахгелис» в середине войны. В качестве силовой установки использовался ТВД, установленный в задней части фюзеляжа и приводивший во вращение трехлопастный несущий винт, реактивное сопло двигателя находилось в хвосте. Вертолет имел самолетное хвостовое оперение, воздухозаборники двигателя располагались по бокам фюзеляжа, кабина экипажа размещалась в носу вертолета. Проект не реализовывался, характеристики вертолета неизвестны.

Ка-1

В 1939 г. для японской армии был закуплен в США двухместный автожир КD-1А разработки фирмы «Келлет». Этот автожир, оснащенный двигателем L-4M4 мощностью 225 л. с., предназначался для использования в качестве артиллерийского корректировщика. Во время летных испытаний автожир был разбит, после чего его передали фирме «Каяба cейсакусо» с целью создания аналогичного японского аппарата.

Первый аппарат, выпущенный фирмой под названием Ка-1 и оснащенный немецким поршневым двигателем «Аргус» As 10с, взлетел 26 мая 1941 г. После успешных испытаний автожира, во время которых он продемонстрировал возможность взлетать с полосы длиной всего 30 м, было принято решение о запуске его в серию. Серийные аппараты стали поступать на вооружение артиллерийских частей. Вскоре начался выпуск одноместных противолодочных аппаратов, которыми вооружались гражданские суда, переоборудованные для военных целей. Морской вариант автожира мог нести две 60-кг глубинные бомбы.

«Каяба» использовала немецкий опыт, полученный при разработке реактивного вертолета Wn 342, для модернизации своего автожира. Один из экспериментальных образцов под обозначением Ka-1 Каи оснащался небольшими РДТТ на законцовках лопастей несущего винта для его принудительной раскрутки во время взлета, в то время как другой аппарат под обозначением Ka-2 оснащался двигателем Jacobs L-2MA-7 мощностью 240 л. с. и небольшими ПВРД на концах лопастей несущего винта.

Характеристики Ка-1: экипаж – 2 человека, силовая установка – 1 х ПД As 10с мощностью 240 л. с., длина – 9,2 м, диаметр ротора – 12,2 м, вес пустого – 775 кг, максимальный взлетный вес – 1170 кг, максимальная скорость – 165 км/ч, крейсерская скорость – 115 км/ч, время набора высоты 2000 м – 7,5 минуты, практический потолок – 3500 м, вооружение – две 60-кг глубинные бомбы.

Helioplane

В 1939 г. А. Эпп, служивший авиационным механиком в одной из строевых частей люфтваффе, разработал роторно-реактивный летательный аппарат, который он назвал Helioplane. Helioplane имел несущий ротор с лопастями, приводившийся во вращение двумя двигателями Пабста, закрепленными на его ободе. Маленький пропеллер на вершине куполообразной кабины обеспечивал управление аппаратом, а поступательное движение аппарата обеспечивали два ТРД, установленные в нижней части корпуса под ротором. Фактически аппарат Эппа представлял собой вертолет с безмоментным несущим ротором. Но этот проект не мог быть реализован из-за того, что реактивные двигатели в то время были еще только на стадии разработки. Тогда он, воспользовавшись помощью и влиянием своего покровителя генерала Э. Удета, предложил эту модель летающего диска министерству авиации Германии, однако дальнейшего продолжения работа не имела.

Omega Diskus

К 1943 г. А. Эпп разработал новый проект дискового вертолета Omega Diskus, который он предлагал использовать в качестве штурмовика. Аппарат имел корпус в виде диска диаметром 19 м, в центре которого размещалась круглая кабина экипажа диаметром 4 м. На оси диска сверху над корпусом располагался двухлопастный винт диаметром 22 м с двумя ПВРД на законцовках лопастей. Винт крепился на оси жестко, как у автожира. В корпусе аппарата имелись восемь дополнительных двигателей As 8A мощностью по 80 л. с. с четырехлопастными винтами, каждый двигатель устанавливался в вертикальном канале диаметром 3 м.

Изменив угол установки лопастей во вспомогательных двигателях, можно было создать поток воздуха вверх для первоначальной раскрутки несущего винта. ПВРД вступали в работу при достижении скорости вращения винта 220 об/мин, после чего пилот изменял направление подачи воздуха вспомогательными двигателями, а несущий винт начинал создавать подъемную силу, достаточную для безопасного взлета. Изменяя тягу отдельных дополнительных двигателей, можно было наклонять машину в нужном направлении и осуществлять горизонтальный полет. В случае выхода из строя одного из дополнительных двигателей машина сохраняла управление, достаточное для завершения полета. При остановке одного из ПВРД автоматически прекращалась подача топлива во второй ПВРД, а летчик сажал машину в режиме авторотации. На низкой высоте машина летала, используя дополнительный эффект воздушной подушки.

К концу войны было построено четыре модели в масштабе 1:10 для аэродинамических испытаний, однако опытный образец аппарата никогда не строился.

Flugkreisel

Флюгкапитан Рудольф Шривер с 1940 г. работал летчиком-испытателем в отделении фирмы «Хейнкель» в Мариенехе около Ростока на побережье Балтийского моря. Параллельно с испытательной работой он занимался и разработкой летательных аппаратов. Весной 1941 г. Шривер разработал проект своей первой модели V1 (V означало «Versuch» – «опытный»). Это был аппарат вертикального взлета и посадки, который на фирме назвали «летающей крышкой». Аппарат имел в диаметре не более одного метра, в качестве силовой установки использовался электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. К июню 1942 г. модель Шривера уже летала, результаты считались достаточно интересными, что гарантировало финансирование от RLM. К постройке полноразмерной версии аппарата V2 приступили в начале 1943 г. Аппарат V2, который был известен как Flugkreisel («Летающий волчок»), имел диаметр около 7,5 м, в качестве силовой установки использовались один или два реактивных двигателя фирмы «Хейнкель». Возможно, летные испытания проводил сам Шривер, но из-за проблем с двигателями конструкцию аппарата вскоре пересмотрели. Затем Шривера и его команду перевели в Чехословакию, где они приступили к созданию большого и в целом более сложного прототипа V3, работы по «Летающему волчку» велись на принадлежавшем фирме BMW предприятии, расположенном недалеко от Праги. Аппарат Flugkreisel V3 предполагалось оснастить пятью ТРД BMW 003: три двигателя располагались на ободе ротора для его вращения и создания подъемной силы, два двигателя крепились в нижней части корпуса по его бокам для создания горизонтальной тяги. К осени 1944 г. испытания V3, представлявшего собой реактивный вертолет с безмоментным ротором, закончились, но характеристики аппарата оказались неудовлетворительными, так как он совершал только полеты на небольшой высоте, а в воздухе держался неустойчиво.

Однако руководство СС, в чьем ведении уже находилась разработка, приказало продолжить работу над проектом Flugkreisel, но уже с помощью трех крупных специалистов – К. Хабермоля, доктора Р. Мите и профессора Д. Беллуццо, переведенного из секретного завода фирмы «Фиат», расположенного в Riva Del Garda (Италия). Помимо них были подключены еще шесть высококвалифицированных инженеров, имена которых до сих пор неизвестны. В рамках проекта были задействованы: филиалы фирмы Skoda в Праге и в Летове, филиалы фирмы Junkers в Ошерлебене и Бамбурге, фирма Wilhelm Gustloff в Bеймаре и фирма Kieler Leichtbau в Нойбранденбурге.

Клаус Хабермоль, ранее работавший в BMW, вошел в группу Шривера, где его назначили ответственным за доводку силовой установки. Окончательной версией Flugkreisel стал седьмой опытный образец V7, рассчитанный на экипаж из 2–3 человек. Аппарат, который еще называют «диском Шривера– Хабермоля», имел корпус диаметром 3,6 и высотой 3,2 м с полусферической остекленной кабиной вверху, вокруг корпуса вращался многолопастный ротор диаметром 14,4 м. В нижней части корпуса, которая могла поворачиваться вокруг вертикальной оси, по бокам крепились два маршевых ТРД с отклоняющимися дефлекторами. Несущий ротор приводился во вращение с помощью ПВРД, установленных на его внешнем ободе. Взлет аппарата осуществлялся путем первоначальной раскрутки ротора выхлопными струями дефлекторов маршевых ТРД. По достижении ротором определенного числа оборотов в работу вступали ПВРД, а дефлекторы маршевых двигателей поворачивались в горизонтальное положение. Величина подъемной силы регулировалась путем изменения угла установки лопастей ротора, горизонтальный полет осуществлялся при помощи маршевых двигателей. Путевое управление аппаратом осуществлялось поворотом нижней части корпуса с ТРД в ту либо другую сторону. Прототип последнего варианта аппарата начал испытываться в январе – феврале 1945 г. на аэродроме Прага-Кбеле. Работы над проектом продолжались до 15 апреля 1945 г., когда к Праге уже подходили советские войска, поэтому немцы перед отступлением уничтожили опытный образец Flugkreisel.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.