Самолёт в новой ипостаси. Часть 2. От самолёта к вертолёту (автожиру) и наоборот
Сергей Дмитриевич Комиссаров,
главный редактор журнала "Крылья Родины",
академик АНАиВ
В предыдущей статье данного цикла речь шла о превращении самолёта в планер и наоборот. На этот раз предмет нашего внимания – винтокрылые аппараты (автожиры, конвертопланы), создаваемые с использованием фюзеляжа от существующего «нормального» самолёта, и, наоборот, использование готового вертолётного фюзеляжа при постройке самолёта (редкий случай). Поскольку примеры подобного рода из отечественной практики немногочисленны, придётся уделить больше внимания иностранным конструкциям.
Начнём в хронологическом порядке.
Испания – Англия. От лёгких самолётов к автожирам Сьерва
Родоначальником автожиров (аппаратов укороченного взлёта и посадки с авторотирующим несущим винтом) является испанский инженер Хуан де ла Сьерва.
В 1920-1922 гг. он построил в Испании экспериментальные аппараты Cierva С.1, С.2 и С.3, используя при этом готовые фюзеляжи от лёгких самолётов. На С.1 это был фюзеляж от самолёта Депердюссен-моноплан 1910 г., на который были поставлены два соосных несущих винта. С.2 и С.3 были уже построены по однороторной схеме. Все эти машины оказались непригодными для полётов из-за опрокидывающего момента в поперечной плоскости, а также усталостного разрушения жёстко закреплённых в корневой части лопастей. Первым успешно летавшим автожиром Хуана де ла Сьерва стал построенный в конце 1922 г. и облётанный в январе 1923 г. Cierva С.4 с названием Autogiro (англ. Autogyro), которое и стало нарицательным для этого типа аппаратов.
На С.4 были введены шарниры в креплениях лопастей, позволявшие им совершать маховое движение. При его постройке был использован фюзеляж от C.3, взятый, в свою очередь, от самолёта Sommer monoplane. Крылья отсутствовали, для управления по крену были поставлены элероны на поперечной балке. Улучшенным вариантом С.4 стал С.6 (на базе учебного самолёта Avro 504), построенный в 1925 г.
В том же году он с успехом был показан в Фарнборо и привлёк к себе большой интерес англичан. В итоге Хуан де ла Сьерва получил предложение продолжить свою работу в Англию; туда он и перебрался в 1925 г., основав на новом месте фирму Cierva Autogiro Co. Ltd. В состав фирмы входили маленькое КБ, испытательный отдел и мастерская. Постройку опытных экземпляров, а позже и серийных автожиров производили по контрактам и лицензиям другие фирмы, в том числе фирма Avro, в сотрудничестве с которой в 1926 г. был создан экспериментальный автожир Cierva C.8. Его фюзеляж базировался на конструкции лёгкого самолёта Avro 552 (развитие Avro 504). Готовые самолётные фюзеляжи применялись и в нескольких последующих типах Cierva.
Первой полностью самостоятельной конструкцией, а не переделкой самолёта, стал автожир Cierva С.19 (1929), на котором была применена раскрутка ротора от мотора. За ним последовал С.30 (1932 г.) с шарнирно закреплённой втулкой ротора. Оба типа строились небольшими сериями.
Хуан де ла Сьерва, погибший в авиакатастрофе в 1936 году, получил всеобщее признание как выдающийся авиаконструктор, ставший одним из основоположников мирового автожиро- и вертолётостроения. [1]
СССР. От Авро-504 к КАСКР-1 и КАСКР-2
Опыт Хуана де ла Сьерва использовали молодые тогда советские конструкторы Н.И.Камов и Н.К.Скржинский (сотрудники КБ Ришара на авиазаводе №22), когда они в порядке личной инициативы решили построить первый советский автожир. Аппарат, названный его авторами КАСКР-1 «Красный инженер», поднялся в воздух 25 сентября 1929 г. Конструктивно аппарат был весьма близок к автожиру Хуана де ла Сьерва C-8, на котором испанец внедрил подвеску лопастей с шарнирами в двух плоскостях. По примеру С.6 – предыдущей модели испанца – советские инженеры использовали фюзеляж от учебного самолёта Avro 504K (строился у нас как У-1) вместе с силовой установкой – ротативным мотором Рон мощностью 120 л.с. Бипланную коробку заменили на низкорасположенное крыло небольшого размаха с верхними подкосами, а над фюзеляжем поставили пирамидальный пилон из четырёх стоек, на котором крепилась втулка несущего винта с лопастями, подвешенными на горизонтальных и вертикальных шарнирах. Хорду вертикального оперения укоротили, чтобы избежать задевания свисающей лопастью ротора. Изменилось шасси, стойки которого были разнесены более широко. Проходившие в конце 1929 года испытания сопровождались многими трудностями и неожиданностями, поломками и авариями, но всё же КАСКР-1 совершил два успешных полёта.
В 1930 году молодые конструкторы перестроили КАСКР-1 в более совершенный КАСКР-2. На него поставили более мощный двигатель Гном-Рон «Титан» мощностью 225 л.с., снятый с дирижабля. Конструкция была соответственно усилена и доработана. Убрали нижние расчалки лопастей. Для устранения склонности машины разворачиваться и наклоняться в правую сторону с одновременным скольжением влево угол наклона оси ротора уменьшили до минимального значения, а на законцовку левого крыла положили свинцовый груз весом 10,3 кг. Внешне КАСКР-2 отличался от исходного варианта выступающими в поток цилиндрами двигателя, которые на КАСКР-1 были скрыты под округлым капотом.
КАСКР-2 успешно осуществил 90 полётов, в одном из которых был достигнут потолок 450 м.
Полученный результат явился большим успехом наших авиаконструкторов, которым, работая в труднейших условиях, удалось создать первый отечественный винтокрылый летательный аппарат. Он стал началом карьеры знаменитого впоследствии конструктора советских вертолётов Н.И.Камова. [2]
Автожиры КАСКР-2
Франция. От самолёта Caudron C.193 к автожиру Clinogyre
Примерно в этот же период, в 1930 году, разработкой автожиров решили заняться два французских инженера Антуан Одье и Гюстав Бессьер (Anoine Odier et Gustav Bessière). Для этой цели они основали компанию Ecole Spéciale des Travaux Aéronautiques. Год спустя они выступили с проектом летательного аппарата, который по своей конструкции находился где-то посередине между обычным самолётом и автожиром. Аппарат получил название Clinogyre.
За основу конструкторы решили взять лёгкий спортивный моноплан Caudron C.193. Они приобрели два C.193 с регистрационными номерами F-AJSH и F-AJSJ и приступили к работе.
Одье и Бессьер ограничились минимальными переделками. Было оставлено исходное монопланное крыло, в дополнение к которому над фюзеляжем были поставлены два двухлопастных соосных винта диаметром 6 метров. В отличие от автожира Хуана де ла Сьерва, лопасти Clinogyre не были оснащены автоматам перекоса, хотя и были отклонены на небольшой угол. По существу несущий винт выполнял роль второго крыла, превращая моноплан в биплан.
Лётным испытаниям полученного аппарата предшествовали тщательные наземные испытания. В частности, использовались масштабные модели. Благодаря этому в ходе лётных испытаний, начавшихся в 1932 году, не возникло особых проблем. Главным результатом проведённых изменений стало значительное уменьшение минимальной скорости по сравнению с исходным C.193 и соответствующее улучшение взлётно-посадочных характеристик. Clinogyre получил возможность садиться и взлетать со скоростью 40 км/ч и под углом в 45°.
Результат был впечатляющим, однако не принёс авторам проекта коммерческого успеха. Военных не устаивал тот факт, что Clinogyre не обладал возможностью вертикального взлета, на который были способны автожиры с дополнительным приводом несущего винта. Одье и Бессьер делали ставку на то, что несущий винт их конструкции может быть установлен на любой моноплан с низкорасположенным крылом, однако эта идея не нашла поддержки. [3]
США. От самолёта Cessna 337 к автожиру Revcon 6G (Hawk 6G)
В США в 90-х годах прошлого века разработкой автожиров занималась, в частности, компания Groen Brothers Aviation. Ею был разработан и построен как самостоятельная конструкция лёгкий автожир Hawk H4. Создавая на его основе следующую модель Hawk 6G (известный также как Revcon 5G), компании решила использовать фюзеляж от лёгкого многоцелевого самолёта Cessna 337.
Это был самолёт довольно оригинальной схемы – двухбалочный подкосный высокоплан, оснащённый двумя поршневым двигателями (тянущим и толкающим) в носовой и хвостовой частях фюзеляжной гондолы. Получился этакий «тяни-толкай». Самолёт подвергся довольно радикальной переделке. Вместо двух двигателей, создающих горизонтальную тягу, поставили в носовой части один турбовинтовой двигатель Rolls-Royce 250-B17F2 для привода тянущего винта. Над центропланом соорудили пилон, на вершине которого крепилась втулка двухлопастного несущего винта. В задней части основания пилона разместили дополнительный турбовальный двигатель Rolls-Royce 250-C18, задачей которого, как следует понимать, была раскрутка несущего винта для прыжкового взлёта и, возможно, подкрутка винта в крейсерском полёте (что превратило бы аппарат из классического автожира в своего рода конвертоплан). Консоли крыльев были сильно укорочены и снабжены сигарообразными обтекателями на концах (вероятно топливные баки). Оставили шасси с носовым колесом и основными стойками рессорного типа. Любопытно, что стреловидные поверхности вертикального оперения, значительно возвышавшиеся над каждой балкой и лишь немного выступавшие за контур балки снизу, были перевёрнуты длинной стороной вниз, чтобы обеспечить клиренс для лопастей ротора. Впервые автожир Revcon 5G поднялся в воздух в январе 2001 года. Однако надежды авторов проекта заинтересовать потенциальных покупателей не оправдались, и в конце концов проект Revcon 6G пришлось свернуть. [4]
СССР. От Ли-2 к винтокрылу
В СССР в 1951 году в ОКБ Н.И.Камова спроектировали аппарат класса «конвертоплан», используя в качестве основы самолёт Ли-2. Аппарат получил в КБ название винтокрыл «Х». Планировалось создать универсальный ЛА, в котором совмещались бы вертикальный взлёт и посадка вертолёта со скоростными характеристиками самолёта. Ли-2 снабдили двумя трёхлопастными несущими винтами, которые располагались один над другим по соосной схеме на общей колонке над фюзеляжем. Силовой установкой для них служил турбовинтовой двигатель ТВ-2 мощностью 4650 л.с., снабжённый специальным редуктором. При этом сохранялась штатная силовая установка из двух двигателей М-62ИР. Обращал на себя внимание большой угол наклона вперёд оси несущих винтов с сопутствующим «задиранием вверх» выхлопного сопла ТВД.
На взлёте, при работе основных моторов на малом газу, дополнительному двигателю давался газ, винты раскручивались, и машина взлетала вертикально на нужную высоту. После вертикального взлёта пилот давал газ основным моторам и одновременно убирал газ дополнительного двигателя (одной рукояткой), ручка отклонялась вперёд, и машина набирала скорость уже в самолетном режиме. Упомянутый выше завал вперёд оси несущих винтов призван был, по-видимому, обеспечить достаточную горизонтальную составляющую тяги ротора для быстрого разгона. Мощность дополнительного двигателя постепенно уменьшалась до 1000 л.с. В горизонтальном полёте сохранялась подкрутка ротора от дополнительного двигателя, но возможен был и переход в режим авторотации. Хотя винтокрыл «Х» был по сути экспериментальным аппаратом, его конструкторы рассчитывали довести его до практического использования в качестве средства перевозки лесантников (до 25 человек) или различной боевой техники. Сохраняя в целом эксплуатационные и лётные характеристики Ли-2, преображённая машина получала к тому же возможности взлетать и садиться вертикально.
Однако проект так и не получил воплощения в металле. С появлением в 1952 году вертолётов Ми-4 и Як-24 уже не было смысла доводить до лётных испытаний необычную машину. Работы были прекращены на этапе постройки большой модели, оснащённой двумя трёхлопастными винтами от вертолёта Ка-10, которую испытали в аэродинамической трубе ЦАГИ. На этом дело и кончилось. [5]
Россия. От самолёта МАИ-89 (890) к автожиру МАИ-205
В 1989 г. в ОСКБЭС МАИ на базе лёгкого самолёта «Юниор» был создан одноместный биплан МАИ-89, который после доработки был переименован в МАИ-890, а ещё позже стал известен под названием Авиатика-МАИ-890 или просто Авиатика-890. Самолёт имел весьма простую и лёгкую конструкцию – фюзеляж по существу представлял собой трубчатую балку, на переднем конце которой устанавливалось сиденье пилота с лобовым обтекателем (на МАИ-89), затем закрытая кабина (на МАИ-890). За ним размещалась коробка крыльев с толкающей силовой установкой на уровне задней кромки верхнего крыла; в задней части балки крепилось традиционное хвостовое оперение. Конструкцию дополняло неубираемое трёхопорное шасси с носовым колесом и основными опорами рессорного типа. МАИ-890 мыслился как спортивный, туристский, прогулочный, появились вариант с химбаком для АХР и двухместный учебный МАИ-890У. Самолёт оказался очень удачным, строился серийно на заводах МАПО «МиГ» и УЗГА и поставлялся заказчикам как в России, так и за рубежом. На 2022 год было построено более 320 экземпляров.
У конструкторов самолета МАИ-890 возникла мысль использовать его как базу для создания автожира. Постройка аппарата была осуществлена на экспериментально-опытном заводе МАИ. Вместо коробки крыльев на фюзеляжной балке за кабиной установили колонку несущего винта, сохранив силовую установку с толкающим винтом. Получившийся аппарат первоначально именовался МАИ-890А (МАИ-89А). Он стал экспонатом авиасалона МАКС-93, на котором он проходил под названием Авиатика-890А. Автожир создавался под руководством главного конструктора ОСКБЭС МАИ К.Жидовецкого и ведущего конструктора А.Зорина. По замыслу, конструкция должна была допускать превращение самолёта в автожир и обратно; предусматривалась и постройка сразу в варианте автожира. На одном из проектных рисунков колонка несущего винта была показана складывающейся вперёд. [6] [7]
Сверхлёгкий самолёт МАИ-90
Автожир МАИ-890А в полёте
Автожир МАИ-890А, оснащённый химбаком
В дальнейшем конструкция была доработана, а сам автожир получил название МАИ-205 (проходил также под обозначениями проект 205, автожир 205, Авиатика-205). Проектирование доработанного автожира в ОСКБЭС МАИ началось в 1999 году, хотели поднять его в воздух в начале 2000 года, но это произошло позже. Сообщалось, что «21 апреля 2001 г. на Центральном аэродроме в Москве состоялся первый полёт лёгкого автожира «МАИ-205». Его испытывал В.Г.Гордиенко. Автожир успешно прошёл испытания и показал расчётные лётные характеристики». В августе того же года МАИ-205 был показан на авиасалоне МАКС-2001. Он был оснащён двигателем Rotax-914ULS в 115 л.с. и системой т. наз. прыжкового взлёта. При взлёте управление автожиром «МАИ-205» от момента нажатия на кнопку «прыжок» до перехода автожира в режим набора высоты осуществлялось автоматически, без вмешательства пилота. Втулка несущего винта «МАИ-205» имела общий горизонтальный шарнир и подвеску лопастей с помощью торсионов. Несущий винт из композитных материалов диаметром 9,2 м был изготовлен на Кумертауском авиапризводственном предприятии, выпускающем вертолёты Ка-32.
МАИ-205 создавался по заказу российского клиента, но предназначался для нужд молдавского предприятия, которое намеревалось использовать машину для авиахимработ. На ней была поставлена аппаратура фирмы «Заря», включавшая химбак и штангу с четырьмя крыльчатками-распылителями. Конечно, автожир мог использоваться и как многоцелевой летательный аппарат при снятой сельхозаппаратуре.
Предполагалось наладить его производство в Молдавии, однако до этого дело не дошло. Вероятно, возникшие препятствия на пути реализации упомянутых планов так и не позволили наладить практическую эксплуатацию МАИ-205. [8] [9] [10]
Россия. От самолёта МАИ-223 к автожиру МАИ-208
В 2004 году в ОСКБЭС МАИ был построен двухместный сверхлёгкий самолёт МАИ-223, предназначавшийся для обучения, спорта, туризма и т.п. Построенный по схеме «подкосный парасоль», самолёт имел неубирающееся шасси с хвостовым колесом и закрытую кабину с размещением пилотов рядом друг с другом. Основу фюзеляжа составляла плоская трубчатая ферма с обшивкой из тонкого стеклопластика. Самолёт приобрёл своеобразный вид из-за «отогнутых назад» рессорных стоек шасси и выноса вперёд точек крепления подкосов к фюзеляжу. Хвостовая часть фюзеляжа была обшита термоусадочной тканью Dilatex.
МАИ-223 совершил первый полёт 20 октября 2004 г. и показал себя лёгким и приятным в пилотировании. Самолёт с двигателем Rotax 912ULS в 100 л.с. достигал скорости: макс. 193 км/ч, крейс. 160-180 км/ч. Был выпущен образец МАИ-223СХ для авиахимработ и МАИ-223М с носовым колесом. Намечалась серийная постройка и продажа МАИ-223 в виде готового самолёта или комплектов для самостоятельной постройки (kitplanes, или китов – отсюда название самолёта «Китёнок»).
На самолёт поступило несколько десятков заказов. В ноябре 2006 г. «Уральский завод гражданской авиации» (ОАО «УЗГА») планировал развернуть серийное производство МАИ-223 и со временем выпускать не менее 100 самолётов в год, намечались поставки на экспорт. Этим планам не суждено было осуществиться – финансирование так и не было налажено, и в общей сложности было произведено всего 5 самолётов МАИ-223.
Самолёт МАИ-223 послужил основой для создания автожира МАИ-208. Его разработка началась в 2006 г., а постройка опытного образца – в 2007 г. Превращение самолёта в автожир означало глубокую модификацию МАИ-223. Дело не ограничилось заменой крыла на колонку двухлопастного несущего винта, установленную над фюзеляжем. Переделке подверглась хвостовая часть фюзеляжа. Пришлось изменить высоту и очертания вертикального оперения. Кабина пилотов и носовая часть с двигателем Rotax 912S мощностью 100 л.с., приводящим в движение тянущий винт, а также шасси с хвостовым колесом сохранили в целом характерный для исходного самолёта облик.
В конце октября 2008 г. опытный экземпляр МАИ-208 был близок к завершению сборки. Законченный постройкой, но ещё не облётанный МАИ-208 был показан на выставке HeliRussia-2009 в конце мая 2009 г. Предполагалось поднять аппарат в воздух в ноябре-декабре 2009 года. Этого не произошло – стадия наземных испытаний и доработок затянулась надолго. Ещё не летавший МАИ-208 подвергся существенной переделке. Возникла необходимость увеличить площадь вертикального оперения, в связи с чем был добавлен небольшой форкиль, поначалу не доходивший по высоте до вершины руля направления.
В таком виде аппарат был представлен на выставку HeliRussia-2011. Чуть позже на салоне МАКС-2011 посетители увидели МАИ-208 с дальнейшей доработкой. Форкиль был увеличен и доведён по высоте до вершины руля направления. В таком виде доводка продолжалась ещё несколько лет. На МАКС-2013 МАИ-208 был показан с новыми доработками – были поставлены новые лопасти, машина получила шасси с носовой стойкой. Бортовой номер отсутствовал.
В начале 2015 г. главный конструктор ОСКБЭС МАИ Вадим Дёмин сообщил агентству АвиаПорт.Ру, что лётно-конструкторские испытания МАИ-208 начнутся в феврале 2015 г. В дальнейшем сообщений о полётах, не поступало, однако в августе 2015 г. МАИ-208 вновь появился на МАКСе. Экспонат был представлен в конфигурации 2013 года, но с добавлением на борту регистрационного номера RA-2339G. Эту регистрацию аппарат получил 27 августа 2014 – как ЕЭВС.03.2680. В 2016 и 2017 гг. появились снимки этого автожира, сделанные на аэродроме Орловка, где он фигурировал уже в новом виде с шайбами на концах горизонтального оперения. [11] [12] [13]
В дальнейшем новой информации о судьбе проекта не поступало.
Если превращение самолёта в винтокрылый аппарат – дело сравнительно нередкое, то противоположное явление – переделка вертолёта в самолёт – вещь крайне неординарная. Автору статьи известен лишь один пример такого рода. Это весьма оригинальный аппарат, построенный подполковником ВВС в отставке А.Н.Копейкиным по предложению правления одного из колхозов-милионеров на Кубани, которому был нужен собственный самолёт для авиахимработ.
В некоторых источниках самолёт именуется «Челленджер», хотя сам Копейкин называл его СХ-2 («сельскохозяйственный второй»). Автор конструкции приобрёл фюзеляж с хвостовой балкой и авионикой от только-что списанного вертолёта Ми-2 и поставил на него крыло от списанного Л-410, на которое установил два поршневых двигателя М-14П от списанных спортивных Яков. К балке было прикреплено самодельное вертикальное оперение и горизонтальное оперение от Ан-2. Самолёт имел неубираемое трёхопорное шасси. Через 8 месяцев после начала работ, 10 марта 1990 года Копейкин сам поднял самолёт в воздух. Машина прошла затем испытания по программе, утверждённой лётчиком-испытателем ФЛА Лахмустовым Е.А. На самолёт поставили сельхозоборудование, и до 1992 года Копейкин летал на нём, опыляя и удобряя поля в своём и соседних колхозах.
А.Н. Копейкин – бывший военный лётчик, построивший самолёт СХ-2
При колхозе был при поддержке ДОСААФ создан аэроклуб с несколькими самолётами. Копейкин и его группа (семь человек) зарабатывали неплохие деньги, что кое у кого порождало зависть. Интриги завистников привели к тому, что в 1992 г. аэроклуб расформировали, ДОСААФовские самолёты перегнали на другие аэродромы, а самолёты, принадлежавшие лично Копейкину, в том числе самодельный СХ-2, сожгли. Дело кончилось тем, что колхоз поделили, и в одной его части Копейкин был избран председателем и успешно руководил им 10 лет, а в 2003.г. стал зам. директора авиационного предприятия (сельскохозяйственного аэродрома) в станице Северская Краснодарского края.
Копейкин приводит следующие ЛТХ самолёта СХ-2:
Максимальный взлётный вес – 2500 кг
Максимальная грузоподъёмность – 1000 кг (ёмкость химбака – 800 л).
Скорость отрыва – 75-80 км/ч
Посадочная скорость – 65 км/ч (закрылки отклонялись на 40 гр.)
Максимальная скорость г.п. 230 км/ч
Длина разбега 80-100 м, длина пробега более 400 м (вертолётные тормоза были слабоваты). [14] [15]
Литература и источники
[1] Владимир Котельников. Автожиры Сиервы. Ж. Крылья Родины https://aviatorguru.mirtesen.ru/blog/43548489324/AVTOZHIRYI-SIERVYI
[2] КАСКР-1(2) Красный Инженер. https://airwar.ru/enc/law1/kaskr.html
[3] Статья Clinogyre www.airwar.ru/enc/law1/clinogyre.html
[4] Статья Revcon 6G www.airwar.ru/enc/heli/revcon6g.html
[5] Сергей Колов. Проект винтокрыла «Х». Ж. Самолёты мира №1/2 январь-февраль, 1997 г. стр. 28-30.
[6] Статья Авиатика-МАИ-890А www.airwar.ru/enc/la/mai890a.html
[7] Статья о МАИ ж. General Aviation Journal 1’2000 p. 46
[8] Статья МАИ-205 www.airwar.ru/enc/la/a250.html
[9] [10] [11] А.Матвеенко и Ю.Макаров «Летательные аппараты МАИ 1930-2005» ж. Крылья Родины 8-2005.
[12] ОСКБЭС МАИ. Автожир МАИ-208. www.oskbes.ru/208-p.html
[13] Получено разрешение на испытания автожира МАИ-208. www.aviaport.ru/news/326045
[14] Лёгкий сельскохозяйственный самолёт СХ-2
[15] Копейкин Александр Николаевич https://www.bvvaul.ru/profiles/3918.php
Источник: Национальный авиационный журнал "Крылья Родины"