Третье крыло Икара

Прадедушкой современных вертолетов и мультикоптеров можно считать «Эмишен № 2» (Oehmichen No.2) – творение пионера авиации, французского инженера Этьена Эмишена. № 1 оказался не слишком удачным и не смог оторваться от земли, поэтому для его подъема пришлось использовать воздушный шар. Зато второй образец не только взлетел, но и поставил 4 мая 1924 года мировой рекорд: за 7 минут 40 секунд пролетел 1100 метров по замкнутому треугольнику. 

Вертолет был построен в форме огромного креста, на концах которого располагались четыре двигателя. Они приводили в движение основные винты и многочисленные лопасти винтов по всей длине корпуса (вращались в противоположных направлениях), которые были установлены для стабилизации аппарата. «Эмишен № 2» двигался вперед при помощи двух толкающих винтов.  

Авиаконструктор учел многие нюансы, однако в воздухе вертолет разворачивался на месте несколько раз, зависал и мог лететь задним ходом. Все желающие могут увидеть этот полет на YouTube, забив в поиске «Etienne Oehmichen, comprovou a teoria do cearense». Несмотря на видимый успех, Этьен Эмишен забросил эксперименты с вертолетами, но его аппарат вдохновил многих конструкторов на создание новых моделей. 

Парящая мясорубка 

Военная промышленность «дяди Сэма» никогда не стояла на месте. Но во времена Второй мировой войны она отличилась особо изощренными экспериментами. Например, созданием прототипа одноместного вертолета для полетов вокруг поля боя. 

Конструкция была странной, опасной и ни на что не похожей, так что проекту очень подходит его название – ХЗ-1 (De Lackner HZ-1). Два гребных винта противоположного вращения приводились в движение маленьким двигателем, а над роторной системой располагалась небольшая платформа для одного человека. Для облегчения аппарата было принято «гениальное» решение: убрать ограждающие элементы. И это при том, что пилоты рулили по принципу сегвея, наклоняясь вперед-назад. Летать на таком вертолете – все равно что плясать на тонком листе фанеры над гигантской мясорубкой. Одно неверное движение – и смерть. 

Несмотря на высокую степень риска для пилота и недоработки прототипа, HZ-1 прошел испытания и понравился армии. Модель показала удивительные для того времени результаты: высокую маневренность при максимальной скорости 105–110 км/ч. Но, как часто бывает, изменения в тактической концепции отодвинули проект на потом, и армия расторгла договор на его производство.

Ожившая игрушка 

Не можешь победить – возглавь. Не можешь возглавить – сделай хоть что-нибудь. Этот принцип, вероятно, взяли на вооружение англичане в попытках создать свой вертолет в 1950-е годы. Достаточно взглянуть на прототип «Персиваль П.74» (Percival P.74). Источником вдохновения англичан стали немецкие военные архивы. Третий рейх не скупился на эксперименты и разрабатывал более 10 проектов вертолетов. Например, вертолет с необычным источником движущей силы: на концы реактивного несущего винта (с реактивными или воздушно-реактивными двигателями) устанавливались горелки, которые перемещали тягу к концам винта. 

Этот метод и взяли в работу англичане, слегка усовершенствовав. Двигатель в «Персивале П.74» находился внутри корпуса, а два газогенератора – посреди фюзеляжа. Через систему трубок газ попадал к концам роторов, где выбрасывался через специальные эжекторы. Такая система производила меньшую вращающую силу, поэтому прототипу нужен был только хвостовой винт. Все бы ничего, но такой вертолет… не взлетал. Газовая система не давала достаточной тяги, и громоздкая машина каждый раз оставалась на земле. Кроме того, газовые трубки тянулись через весь пассажирский салон, что создавало неудобства для пассажиров. Были внесены существенные изменения, но в итоге проект свернули. 

Летающий Франкенштейн 

Перевозка грузов – следующий по популярности способ эксплуатации вертолетов после перевозки пассажиров. Для этих целей американская компания Hughes Aircraft построила крупнейший в 1950-е годы вертолет – ХН-17, с 36-метровой роторной системой. По сравнению с «Персивалем П.74», здесь использовалась нестандартная система с горелкой на конце реактивного несущего винта. Два двигателя в корпусе через роторную систему направляли воздух к концевым реактивным насадкам. Перемещаясь, горячий воздух смешивался с топливом, после чего смесь поджигалась. 

На этом странности вертолета не заканчивались. Ввиду нехватки средств ХН-17 был создан из «подручных материалов». Кабина пилота досталась от планера CG-15 glider, источником шасси стал бомбардировщик B-25, а огромный топливный бак позаимствовали у тяжелого бомбардировщика Mitchell B-29 Superfortress. 

Первый тест прототипа перепугал всю округу. Очевидцы утверждали, что звук заводящегося вертолета слышали за 13 км от вертолетной площадки. В процессе тестового запуска всплыли малоприятные факты. У гиганта оказалась весьма ограниченная дальность полета – 60 км – и проблемы с осевым давлением. После трех лет доработок и тестирования проект закрыли.

В 1947 году компания Hughes Aircraft создала своего первого гиганта – деревянную летающую лодку Хьюз H-4 Геркулес (Hughes H-4 Hercules). Размах крыла Н-4 составлял 98 м и оставался рекордным почти 70 лет (до мая 2017 года, когда рекорд перешел к двухфюзеляжному самолету Stratolaunch Model 351 с размахом крыла 117 м). Несмотря на свое неофициальное название, «Еловый гусь», Н-4 был создан из березовой фанеры. 135-тонная летающая лодка совершила всего один вылет, покрыв около двух километров на высоте 21 м над гаванью Лос-Анджелеса. Проект «Фейри Джет» (Fairey Jet Gyrodyne) – один из немногих прототипов, на котором, как на кроликах, отрабатывали улучшения для последующего проекта, «Фейри Ротодайн» (Fairey Rotodyne). Реактивный винтокрыл был некой помесью вертолета, автожира с реактивными двигателями и гиродина (механизма для высокоточной стабилизации и ориентации, предотвращающего беспорядочное вращение). 

В «Фейри Джет» использовалась система реактивных двигателей на концах винта, описанная выше, с той лишь разницей, что она позволяла винту замедляться в полете. Крылья с винтами давали возможность переключаться в режим «самолета». 

Во время взлета, медленного полета и приземления реактивные двигатели на концах винта обеспечивали тягу для несущего винта. Но при достижении предельной скорости и высоты основная тяга перенаправлялась на два толкающих винта, а тяга несущего винта медленно отключалась. Главная проблема «Фейри Джета» – переключение из режима полета назад, в режим вертолета. Для этого пилот должен был «поколдовать» со сцеплением и дроссельной заслонкой, что оказалось достаточно сложно даже при наличии опыта. Несмотря на закрытие проекта в 1961 году, «Фейри Джет» внес огромный вклад в разработку «младшего брата», «Фейри Ротодайн».

Star Wars 1970-х 

Всемирно известный «вертолетный гений» Игорь Сикорский экспериментировал всегда и во всем. Он анализировал ошибки предшественников, «примерял» новые двигатели и разработки в аэродинамике на старые модели, чтобы создать лучшие в мире вертолеты. Случайно или намеренно, Сикорский доработал недостатки «Фейри Джета», создав летательный аппарат с футуристическим дизайном S-72 (S-72 Rotor Systems Research Aircraft). Изначально S-72 планировали использовать для отработки комбинированных дизайнов между самолетом и вертолетом, но государство заинтересовалось проектом и вложило в него $100 млн для установки винтокрылой несущей системы. 

Прототип выглядел как обычный вертолет с мощными лопастями несущего винта. По бокам корпуса были закреплены два реактивных двигателя. Винт был не совсем обычным, так как не полагался на изменение наклона лопастей для выработки подъемной силы. В прототипе использовалась сложная система сжатого воздуха, направляющая воздух от двигателей на концы лопастей винта. 

При взлете винт крутился, как у обычного вертолета, но после набора нужной высоты и скорости лопасти винта надежно блокировались, превращаясь в обычные крылья самолета. Реактивные двигатели обеспечивали мощный толчок вперед, а винт – достаточную подъемную силу для корпуса. К сожалению, деньги закончились еще до установки винтокрылой системы, поэтому Сикорский выполнил три тестовых полета без винта, после чего проект закрыли. Но дизайн S-72 до сих пор называют самым близким к X-wing из вселенной «Звездных войн».

Карманный вертолет 

Можно ли уместить вертолет в цилиндрический контейнер диаметром 500 мм? В Советском Союзе можно было все, особенно если задача поставлена военными. Вертолет должен был с легкостью собираться одним человеком за 15 минут, а контейнер с ним – умещаться в торпедные трубы, чтобы подлодки могли отправлять «груз» своим агентам в любой прибрежный район. 

Прототип Ка-56 «Оса», разработанный Камовым, оказался сверхлегким, с лопастями, которые отсоединялись от каркаса вертолета. Он собирался за 10 минут. Цель была так близка… Но найти маленький и мощный двигатель не удалось. Проект прошел наземные испытания и был заморожен.

Воздушный болид 

Одна из «болевых точек» вертолетов – скорость. Лучшие умы планеты пытаются усовершенствовать этот параметр, но против законов физики не попрешь. Хотя в Sikorsky Aircraft так не считают. Разработанный прототип Х2 (Sikorsky X2) установил неофициальный мировой рекорд скорости среди вертолетов (481 км/ч), а на его основе разрабатывается разведывательный вертолет нового поколения, Sikorsky S-97 Raider, которым планируют заменить американского старичка OH-58D Kiowa Warrior. 

Соосная система Х2 с толкающим винтом создана так, чтобы нивелировать все нюансы, влияющие на скорость. В прототипе используется концепция опережающей лопасти, имеются два четырехлопастных несущих винта, которые вращаются в противоположных направлениях, а хвостовой винт заменен на шестилопастный воздушный. Составные материалы корпуса и отсутствие механической связи между органами управления и исполняющими устройствами позволили снизить вес вертолета до 3,6 т. В июле 2011 года Х2 совершил свой последний полет, после чего программа была закрыта, а точнее, перетекла в новый прототип, Sikorsky S-97 Raider.

Два титана 

Гигантские летальные аппараты создавались в СССР с завидным постоянством, поэтому не удивительно, что мировые рекорды сыпались на Советы как из рога изобилия. 

Первым рекордсменом стал винтокрыл поперечной системы Ка-22, который 7 ноября 1961 года развил скорость в 356,3 км/ч, а 24 ноября поднял рекордный для винтокрылов груз в 16 485 кг на высоту 2557 м. Ка-22 по сути был обычным самолетом с винтами, установленными на концах крыльев. Жизнь в летающего титана вдохнули два турбовальных двигателя, приводящих в движение тянущие воздушные винты и роторную систему. Несмотря на перспективность проекта, в нем была масса недоработок. А после крушения двух из четырех бортов (01-01 – погибло 7 человек, 01-03 – погибло 2 человека) проект закрыли.

Мировому рекорду грузоподъемности для вертолетов в 2019 году исполняется 50 лет: он был установлен 6 августа 1969-го советским В-12, который поднял груз в 44 205 кг на высоту 2255 м.
Вторым рекордсменом стал самый тяжелый и грузоподъемный вертолет в истории – В-12 (он же Ми-12 или «Гомер»). Чтобы удешевить проект и ускорить постройку, прототип создали на базе винтомоторной группы Ми-6 путем ее удвоения. Четырехдвигательный аппарат по двухвинтовой поперечной схеме имел винтомоторную гондолу по концам ферменной консоли-крыла, внутри которого проходил трансмиссионный вал, синхронизирующий обороты обоих винтов. Гигантский вертикальный киль стабилизировал вертолет, а для устранения последствий крутящего момента винты вращались в противоположных направлениях. Как и в случае с De Lackner HZ-1, произошли изменения в тактической концепции армии, поэтому проект закрыли, а Ми-12 передали в авиационные музеи подмосковных Монина и Томилина. 

Успешные экспериментальные модели – это золотой песок прогресса. Но для добычи нескольких крупиц приходится «промыть» сотни пустых проектов. С развитием мультикоптеров «вертолетный вопрос» поднялся на новый уровень. Это значит, что нас ждут новые прототипы, а возможно, и новая эра передвижения по воздуху.