АВТОЖИР БЕЗ МОТОРА

В последние годы любители авиации многих стран проявляют большой интерес к полётам на самодельных планёрах-автожирах и собственно автожирах. Недорогие, простые в изготовлении и несложные в пилотировании, эти летательные аппараты могут применяться не только для спорта, но и как отличное средство ознакомления широких кругов молодёжи с воздушной стихией. Наконец, они с успехом могут быть использованы для связи. В 1920 — 1940-е годы автожиры строились во многих странах. Сейчас их можно увидеть только в музеях: они не выдержали конкуренции с вертолётами. Однако для спортивных целей автожиры и особенно буксируемые автожиры-планёры применяются и в наши дни (см. рис.).

У нас проектированием и постройкой микроавтожиров занимаются главным образом студенческие конструкторские бюро авиационных вузов. Лучшие машины этого класса экспонировались на выставках технического творчества молодёжи и т.д. Читатели «Моделиста-конструктора» в многочисленных письмах просят рассказать об устройстве планёров-автожиров и микроавтожиров. Этот вопрос в своё время достаточно хорошо осветил на страницах журнала мастер спорта Г. С. Малиновский, который ещё в предвоенные годы принимал участие в экспериментальных работах с автожирами промышленной постройки.

По существу, настоящая статья до сих пор актуальна, поскольку затрагивает интересную область технического творчества, где любители авиации могут и должны добиться больших успехов. Статья отнюдь не претендует на исчерпывающую полноту освещения вопроса. Это только начало большого разговора.

РАЗГОВОР НАЧИНАЕТСЯ С «МУХИ»

Все знают летающую игрушку, известную под названием «Муха». Это несущий винт (пропеллер), насаженный на тонкую палочку. Стоит раскрутить палочку ладонями, как игрушка сама вырвется из рук и стремительно взлетит вверх, а затем, плавно вращаясь, опустится на землю. Разберёмся в природе её полёта. Взлетала «Муха» потому, что мы затратили какое-то количество энергии на её раскрутку — она была вертолётом (рис. 1).

Рис. 1. Летающая игрушка «Муха»:

А — запуск; Б — спуск на авторотации

Теперь привяжем к палочке, на которую насажен ротор, нитку длиной 3 -5 м и попробуем тянуть «Муху» против ветра. Она взлетит и при благоприятных условиях, быстро вращаясь, будет набирать высоту.

Этот принцип заложен и в автожире: во время разбега по взлётной дорожке его несущий винт под действием встречного потока начинает раскручиваться и постепенно развивает подъёмную силу, достаточную для взлёта. Следовательно, несущий винт — ротор выполняет ту же роль, что и крыло самолёта. Но, по сравнению с крылом, у него есть существенное преимущество: его поступательная скорость при равной подъёмной силе может быть намного меньше. Благодаря этому автожир способен опускаться в воздухе почти вертикально и совершить посадку на маленьких площадках (рис. 2). Если же при взлёте раскрутить лопасти ротора при нулевом угле атаки, а затем резко перевести их на положительный угол, то автожир сможет взлететь вертикально.

Рис. 2. Автожир на малой скорости принимает груз с земли

НА ЧЁМ ЛЕТАЛ И. БЕНСЕН

Прообразом большинства любительских планёров-автожиров послужила машина американца И. Бенсена. Она была создана вскоре после окончания Второй мировой войны и вызвала большой интерес во многих странах. По официальным данным, в настоящее время построены и успешно летают свыше нескольких тысяч аппаратов подобного рода.

Автожир И. Бенсена состоит из крестообразной металлической рамы А, на которой жёстко смонтирован пилон Б, служащий опорой ротора В с рычагом непосредственного управления Г. Перед пилоном расположено сиденье пилота Д, а сзади на раме — простейшее вертикальное оперение, состоящее из киля Е и руля направления Ж. Последний связан тросами с ножной педалью, находящейся в передней части рамы. Шасси автожира — трёхколёсное, с пневматиками облегчённого типа (боковые колёса имеют размер 300×100 мм, переднее, управляемое — 200×75 мм). Под хвостовой частью рамы расположено дополнительное опорное колесо из твёрдой резины диаметром 80 мм. Ротор имеет металлическую ступицу и две деревянные лопасти, описывающие круг диаметром 6 м. Хорда лопасти — 175 мм, относительная толщина профиля -11%, материал — высококачественная древесина, переклеенная с фанерой и армированная стеклотканью. Полёты планёра-автожира Бенсена осуществлялись на буксире за автомобилем (рис. 5). Впоследствии на подобные машины устанавливался 70-сильный двигатель с толкающим винтом.

Рис. 3. Схема микроавтожира Игоря Бенсена (по рисунку, выполненному самим конструктором)

Рис. 4. Схема планёра-автожира (виропланера) конструкции А. Бобика; Ч. Юрки и А. Сокальского

Рис. 5. Современный микроавтожир, буксируемый автомобилем

Польские конструкторы Александр Бобик, Чеслав Юрка и Андрей Сокальский создали планёр-автожир (рис. 4), взлетающий с воды. Он буксировался быстроходным катером или мотолодкой с мощным подвесным мотором (порядка 50 л.с.). Планёр установлен на поплавок, по форме и конструкции аналогичный корпусу спортивного скутера младших классов. Ротор с непосредственным управлением закреплён на простом и лёгком пилоне, расчаленном тросовыми растяжками к корпусу поплавка. Это позволило добиться минимального веса конструкции при вполне достаточной её надёжности. Технические данные планёра-автожира, который его авторы назвали «виропланёром», таковы: длина — 2,6 м, ширина — 1,1 м, высота -1,7 м, общий вес конструкции — 42 кг, диаметр ротора — 6 м. Его лётные данные: взлётная скорость — 35 — 37 км/час, максимально-допустимая — 60 км/час, посадочная — 15 — 18 км/час, частота вращения ротора — 300 — 400 об/мин.

Польские конструкторы совершили на своём «виропланёре» много успешных полётов. Они считают, что их машина имеет большое будущее. Один из создателей «виропланёра», Чеслав Юрка, писал: «При соблюдении элементарных правил осторожности, высокой дисциплинированности водителя катера и обслуживающего персонала полёты на «виропланёрах» совершенно безопасны. Большое количество озёр, водная гладь которых всегда свободна, позволит заниматься этим увлекательным видом спорта и отдыха всем желающим».

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

Разберёмся, каким образом обеспечивается управляемость машины. На самолёте это просто — там есть рули высоты, руль поворота и элероны. Отклонением их в нужную сторону осуществляются любые эволюции. А винтокрылым машинам, оказывается, такие рули не нужны: изменение направления полёта происходит тотчас же, как только ось ротора изменяет своё положение в пространстве. Для изменения наклона оси ротора на планёре-автожире применено приспособление, состоящее из двух подшипников; неподвижно закреплённого в щёчках головки А и связанного с рычагом управления Б. Подшипник А, будучи сферическим, позволяет валу ротора отклоняться от основного положения на 12° в любую сторону, что обеспечивает машине продольную и поперечную управляемость.

Рычаг управления ротором, жёстко связанный с корпусом нижнего подшипника, имеет напоминающую велосипедный руль поперечину, которую пилот держит обеими руками. Для взлёта, чтобы перевести ротор на большой угол, рычаг двигается вперёд; для уменьшения угла и перевода машины в горизонтальный полёт — назад; для создания крена вправо (или устранения левого крена) рычаг отклоняется влево, при правом крене — вправо. Эта особенность управления автожирами создаёт известные трудности для пилотов, летающих на обычных планёрах, самолётах и вертолётах (движения ручки у всех этих машин прямо противоположные по знаку).

Поэтому перед полётами на лланёрах-автожирах с непосредственным управлением необходимо пройти специальную подготовку на стенде-тренажёре. Можно, правда, пойти на некоторое усложнение конструкции, оборудовав машину управлением «нормального» самолётного типа (показано пунктиром на схеме автожира Бенсена, см. рис. 3),

ПРЕЖДЕ, ЧЕМ СТРОИТЬ

Планёр-автожир имеет значительно меньше деталей, чем обычный велосипед. Но это не значит что его можно изготовить кое-как, в одном месте привязав проволочкой, а в другом — вместо болта вставить гвоздь.

Все детали должны быть изготовлены, как говорят, на высшем авиационном уровне: ведь от их качества, их надёжности зависит жизнь человека. Даже если летать над водой. Поэтому надо сразу принять такое решение: есть возможность выполнить все работы высококачественно — будем делать виропланёр, если нет — отложим строительство до лучших времён.

Рис. 6. Конструкция лопасти

Рис. 7. Обработка пакета

Рис. 8. Склейка в стапеле

Наиболее ответственной и трудной деталью в изготовлении виропланёра является, безусловно, ротор. Попытки использовать для установки на самодельные планёры-автожиры отслужившие свой срок лопасти от выпускаемых нашей промышленностью вертолётов успеха не имели, так как они рассчитаны на другие режимы. Поэтому применять их ни в коем случае не следует. Типовая конструкция лопасти показана на рисунке 6. Для склейки лонжерона надо заготовить прямослойные, хорошо просушенные сосновые рейки и тщательно прифуговать их друг к другу. Они собираются в пакет, как показано на рисунке 7. В промежутки между рейками обязательно закладываются полоски стеклоткани марки АСТТ6, предварительно промазанные эпоксидным клеем. Рейки также должны быть промазаны с обеих сторон. Пакет после необходимой выдержки запрессовывается в приспособлении, обеспечивающем изделию прямолинейность как по широкой, так и по узкой стороне пакета. После сушки пакет обрабатывается в соответствии с заданным профилем, образуя переднюю часть («носик»} лопасти. Обработка должна быть выполнена очень тщательно, с применением стальных контршаблонов. «Хвостик» лопасти изготовляется из блоков пенопласта марки ПХВ-1 или ПС-2, усиленных рядом фанерных нервюр. Склейку следует выполнить в специальном стапеле (рис. 8), чтобы обеспечить правильность профиля. Окончательная обработка лопасти ведётся напильником и шкуркой, с применением контршаблонов, после чего вся лопасть оклеивается тонкой стеклотканью на эпоксидном клее, шлифуется, окрашивается в яркий цвет и полируется сначала пастами, а затем полировочной водой.

Готовая лопасть, положенная концами на две опоры, должна выдерживать не менее 100 кг статической нагрузки.

Для соединения со ступицей ротора на каждой лопасти шестью болтами М6 укрепляются стальные пластины, как показано на чертеже; в свою очередь, к ступице эти пластины крепятся двумя болтами М10. Триммер Д и груз-противовес Г устанавливаются на полностью отделанную лопасть. Груз — на трёх болтах М5, триммер — на пяти заклёпках диаметром 4 мм. В «хвостовик» лопасти для приклёпки триммера заранее вклеивается между фанерными нервюрами деревянная бобышка.

Сферический подшипник головки ротора на зарубежных конструкциях выбран в пределах от диаметра 50x16x26 мм до диаметра 52x25x18 мм; из отечественных подшипников этого типа может быть применён № 126 ГОСТ 5720-51. На схеме (рис. 4) этот подшипник для наглядности показан однорядным. Нижний подшипник управления — № 6104 ГОСТ 831-54.

Рис. 9. Конструктивный чертёж корпуса поплавка планёра-автожира и чертежи основных узлов

Рис. 10. Буксировочный замок:

А — основание; Б — крючок; В — установка замка на планёре-автожире (крючком вниз); Г — установка замка на катере-буксировщике (крючком вверх)

Автожир «Бенсен В-8 м»

Предельная простота конструкции — характерная черта автожиров И. Бенсена

Игорь Бенсен

Крепление рычага управления к корпусу подшипника может быть выполнено скобами, как показано на рисунке 4 (это позволяет разбирать весь узел на отдельные элементы), либо сваркой.

Основание («пятка») пилона крепится в корпусе поплавка к ребру жёсткости, соединённому четырьмя болтами М6 с килем. Эти болты одновременно крепят к корпусу поплавка наружное металлическое перо. Тросовые растяжки, соединяющие пилон с бортами поплавка, желательно перед заплёткой обтянуть с усилием 150 — 200 кг. Тандеры — самолётные, с толщиной резьбовых стержней 5 мм.

Как уже упоминалось выше, массу виропланёра необходимо выдержать в пределах 42 — 45 кг. Это не так просто, как кажется на первый взгляд. Нужно очень тщательно подбирать необходимые материалы, правильно вести обработку и сборку, не применять тяжёлых шпаклёвок и красок. Особенно это касается изготовления поплавка. Его деревянный каркас должен быть собран из хорошо просушенных реек прямослойной, лёгкой (не смолистой) сосны. Лучшей древесиной для изготовления каркаса поплавка будет так называемая «авиационная» сосна в лафетных брусках, но её не везде и не всегда можно достать. Поэтому не надо пренебрегать возможными заменителями: например, хорошей тарной дощечкой или рейками, напиленными из толстого горбыля (горбыль — это заболонная, самая прочная часть ствола; при правильной распиловке из неё получаются отличные рейки нужного сечения). Сплошь и рядом пищевые консервы бывают упакованы в хорошие ящики. Набрав два-три десятка таких тарных дощечек, из них можно выбрать необходимые для работы. Каждая рейка перед её установкой на место должна быть испытана на прочность. Если сломается — не беда, можно поставить другую; зато будет полная уверенность в том, что набор изготовлен из надёжного материала.

Г. МАЛИНОВСКИЙ