Рама для автожира из металлических труб. Автожир – летательное средство своими руками

Ребенка в детстве обязательно спрашивают – кем он хочет быть? Конечно же, многие отвечают, что хотят быть летчиками или космонавтами. Увы, но с приходом взрослой жизни, детские мечты испаряются, в приоритете семья, заработок денег и реализация детской мечты отходит на второй план. Но если сильно захотеть, то можно почувствовать себя пилотом – хоть и ненадолго, а для этого мы будем конструировать автожир своими руками.

Автожира может смастерить любой человек, нужно немного разбираться в технике, хватит общих представлений. На этот счет есть много статей и подробных руководств, в тексте мы разберем автожиры и их конструкцию. Главное – это качественная авторотация при первом полете.

Автожиры-планеры – инструкция по сборке

Автожир-планер поднимается в небо с помощью автомобиля и троса – конструкция похожая на летательного змея, которого многие, будучи детьми, запускали в небо. Высота полету в среднем составляет 50 метров, когда трос отпускается, пилот на автожире способен некоторое время планировать, понемногу теряя высоту. Такие небольшие полеты дадут навык который пригодится при управлении автожиром с двигателем, он может набирать высоту до 1,5 км и скорость 150 км/час.

Автожиры - основа конструкции

Для полета, нужно сделать качественную основу, чтобы на нее монтировать остальные части конструкции. Килевая, осевая балка и мачта из дюралюминия. Спереди колесо, снятое с гоночного карта, которое прикреплено к килевой балке. ИЗ двух сторон колеса от скутера, прикрученные к осевой балке. Спереди на килевой балке установлена ферма, изготовлена из дюралюминия, применяется для сброса троса при буксировке.

Там же находятся самые простые воздушные приборы – измеритель скорости и бокового сноса. Под приборной панелью размещена педаль и трос от нее, который идет к рулю. На другом конце килевой балки находится стабилизирующий модуль, руль и страховое колесо.

• Ферма,
• крепления для буксирного крюка,
• крюк,
• воздушный спидометр,
• трос,
• индикатор сноса,
• рычаг управления,
• лопасть для несущего винта,
• 2 кронштейна для головки ротора,
• головка ротора от несущего винта,
• алюминиевый кронштейн для крепления сидения,
• мачта,
• спинка,
• ручка управления,
• кронштейн для ручки,
• рама сидения,
• ролик для троса управления,
• кронштейн для крепления мачты,
• подкос,
• верхний раскос,
• вертикальное и горизонтальное оперение,
• страховочное колесо,
• осевая и килевая балка,
• крепления колес к осевой балке,
• нижний раскос со стального уголка,
• тормоз,
• опора для сидения,
• педальный узел.

Автожиры - процесс работы летающего средства

На килевой балке прикреплена мачта с помощью 2 кронштейнов, около нее находится место пилота – сиденье со страховочными ремнями. На мачте установлен ротор, прикрепляется он также 2 дюралюминиевыми кронштейнами. Ротор и винт крутятся за счет потока воздуха, таким образом, получается авторотация.

Планерная ручка для управления, которая установлена возле пилота, наклоняет автожира в любую сторону. Автожиры – это особенный вид воздушного транспорта, их система управления проста, но есть и особенности, если наклонить ручку вниз, то вместо потери высоты они ее набирают.

На земле, автожиры управляются с помощью носового колеса, пилот меняет его направление ногами. Когда автожир переходит в режим авторотации, то за управления отвечает руль направления.

Руль направления – это планка тормозного устройства, которая меняет осевое направление при надавливании пилота ногами на ее стороны. При посадке пилот нажимает на доску, которая создает трения об колеса и гасит скорость – такая примитивная тормозная система очень дешевая.

Автожиры имеют маленькую массу, что позволяет собрать его в квартире или гараже, а потом перевозить на крыше машины в нужное вам место. Авторотация – это то, чего нужно добиться при конструировании этого летательного средства. Построить идеальный автожир после прочтения одной статьи, будет сложно, рекомендуем посмотреть видео по сборке каждой части конструкции отдельно.

Можно без преувеличения сказать, что главное в планёре-автожире -это несущий винт. От правильности его профиля, от массы, точности центровки и прочности зависят лётные качества автожира. Правда, безмоторный аппарат на буксире за автомобилем поднимается всего на 20 – 30 м. Но и полёт на такой высоте требует обязательного соблюдения всех ранее высказанных условий.

Лопасть (рис. 1) состоит из главного, воспринимающего все нагрузки элемента – лонжерона, нервюр (рис. 2), промежутки между которыми заполнены пластинами из пенопласта, и задней кромки, изготовляемой из прямослойной сосновой рейки. Все эти части лопасти склеиваются синтетической смолой и после надлежащего профилирования оклеиваются стеклотканью для придания дополнительной прочности и герметичности.

Материалы для лопасти: авиационная фанера толщиной 1 мм, стеклоткань толщиной 0,3 и 0,1 мм, эпоксидная смола ЭД-5 и пенопласт ПС-1. Смола пластифицируется дибутилфталатом в количестве 10 – 15%. Отвердителем служит полиэтиленполиамин (10%).

Изготовление лонжерона, сборка лопастей и их последующая обработка производятся на стапеле, который должен быть достаточно жёстким и иметь прямолинейную горизонтальную поверхность, а также одну из вертикальных кромок (их прямолинейность обеспечивается строжкой под линейку типа лекальной, не менее 1 м длиной).

Стапель (рис. 3) делают из сухих досок. К вертикальной продольной кромке (прямолинейность которой обеспечена) на время сборки и склейки лонжерона крепятся винтами металлические установочные пластинки на расстоянии 400 – 500 мм друг от друга. Верхний край их должен возвышаться над горизонтальной поверхностью на 22 - 22,5 мм.

1 – лонжерон (фанера, склеенная со стеклотканью); 2 – накладка (дуб или ясень); 3 – задняя кромка (сосна или липа); 4 – планка (сосна или липа); 5 – заполнитель (пенопласт); 6 – обшивка (2 слоя стеклоткани s0,1); 7 – триммер (дюралюминий марки Д-16М s,2 шт.); 8 – нервюра (фанера s2, слой вдоль)

Для каждой лопасти следует заготовить 17 полос фанеры, раскроенных по чертежу лонжерона наружным слоем вдоль, с припусками на обработку по 2 – 4 мм на сторону. Поскольку размеры листа фанеры 1500 мм, в каждом слое неизбежна склейка полос на ус не менее чем 1:10, а стыки в одном слоедолжны отстоять от стыков в другом, следующем за ним на расстоянии 100 мм. Отрезки фанеры располагаются так, что первые стыки нижнего и верхнего слоёв отстоят от комлевого торца лонжерона на 1500 мм, второго и предпоследнего слоёв – на 1400 мм и т. д., а стык среднего слоя будет на расстоянии 700 мм от торца комлевой части лопасти. Соответственно будут распределяться вдоль лонжерона вторые и третьи стыки заготовляемых полос.

Кроме того, нужно иметь 16 полос стеклоткани толщиной 0,3 мм и размерами 95×3120 мм каждая. Предварительно они должны подвергнуться обработке для удаления замасливателя.

Склеивать лопасти нужно в сухом помещении при температуре 18 – 20°С.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛОНЖЕРОНА

Перед сборкой заготовок стапель выстилается калькой, чтобы к нему не прилипали заготовки. Затем укладывается и выравнивается относительно установочных пластин первый слой фанеры. Его прикрепляют к стапелю тонкими и короткими гвоздями (4-5 мм), которые вбивают у комля и у конца лопасти, а также по одному с каждой стороны стыков для предотвращения смещения отрезков фанеры по смоле и стеклоткани в процессе сборки. Поскольку они останутся в слоях, их вколачивают вразброс. Гвозди вбивают указанным порядком и для закрепления всех последующих слоёв. Они должны быть из достаточно мягкого металла, чтобы не повреждать режущие кромки инструмента, употребляемого для дальнейшей обработки лонжерона.

Слои фанеры обильно смачивают при помощи ролика или кисти смолой ЭД-5. Затем последовательно накладывают на фанеру полосу стеклоткани, которую разглаживают рукой и деревянной гладилкой, пока на её поверхности не покажется смола. После этого на ткань кладут слой фанеры, у которого сначала смазывают смолой ту сторону, которая ляжет на стеклоткань. Набранный таким образом лонжерон покрывают калькой, укладывают на него рейку размерами 3100x90x40 мм. Между рейкой и стапелем струбцинами, расположенными на расстоянии 250 мм друг от друга, по всей длине рейки производят обжатие набранного пакета, пока его толщина не сравняется с верхними кромками установочных пластин. Излишки смолы надо удалить до её затвердения.

Заготовка лонжерона снимается со стапеля через 2-3 суток и обрабатывается до ширины 70 мм в профильной части, 90 мм – в комлевой, а также длины между торцами – 3100 мм. Необходимое требование, которое следует соблюсти на этом этапе, – обеспечение прямолинейности поверхности лонжерона, образующей в процессе дальнейшего профилирования переднюю кромку лопасти. Поверхность, к которой будут приклеиваться нервюры и заполнитель из пенопласта, должна быть также достаточно прямолинейной. Обрабатывать её следует рубанком и обязательно с ножом из твёрдых сплавов или в крайнем случае драчёвыми напильниками. Все четыре продольные поверхности заготовки лонжерона должны быть взаимно перпендикулярными.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ПРОФИЛИРОВАНИЕ

Разметку заготовки лонжерона производят так. Её кладут на стапель и на концевом торце, передней и задней плоскостях наносят линии, отстоящие от поверхности стапеля на расстоянии 8 мм (~Ун мах). На концевом торце, кроме того, вычерчивают с помощью шаблона (рис. 4) полный профиль лопасти в масштабе 1:1. Особой точности при изготовлении этого вспомогательного шаблона не требуется. С наружной стороны шаблона наносят линию хорды и на ней у носка профиля и в точке на расстоянии 65 мм от него сверлят два отверстия диаметром 6 мм. Глядя сквозь отверстия, совмещают линию хорды шаблона с линией, проведённой на концевом торце лонжерона, чтобы нанести на нём линию, определяющую границу профилирования. Во избежание сдвигов шаблон крепится к торцу тонкими гвоздями, под которые в нём сверлятся произвольно расположенные по их диаметру отверстия.

Обработку лонжеронов по профилю производят простым рубанком (грубая) и плоским драчёвым напильником. В продольном направлении её контролируют линейкой. Завершив обработку, приклеивают нервюры к задней поверхности лонжерона. Точность их установки обеспечивается тем, что на них в ходе изготовления наносят линию хорды, которая совмещается с линией хорды, нанесённой на задней плоскости заготовки лонжерона, а также визуальной проверкой прямолинейности их расположения относительно вспомогательного шаблона. Его снова крепят для этой цели к концевому торцу. Нервюры располагают на расстоянии 250 мм друг от друга, причём первая выставляется в самом начале профиля лонжерона или на расстоянии 650 мм от торца комлевой его части.

СБОРКА И ОБРАБОТКА ЛОПАСТИ

После затвердения смолы между нервюрами вклеиваются пластины пенопласта, соответствующие профилю задней части лопасти, по выступающим концам нервюр делают пропилы в рейке образующей заднюю кромку. Последнюю приклеивают на

смоле к нервюрам и пластинам из пенопласта.

Далее производят черновую обработку пенопластовых пластин, кривизна которых подгоняется под кривизну нервюр, а также удаляют излишек древесины с рейки для образования задней кромки с некоторым припуском для последующей точной обработки по основному шаблону (рис. 5).

Основой шаблон изготовляется вначале с припуском, 0,2 – 0,25 мм на указанные в шаблоне величины Ув и Ун, чтобы получить профиль меньшего, чем окончательный, размера под оклейку стеклотканью.

При обработке лопасти с помощью основного шаблона за базу берётся её нижняя поверхность. С этой целью выверяется лекальной линейкой прямолинейность её образующей на расстоянии Хн= 71,8 мм, где Ун= 8,1 мм. Прямолинейность можно считать достаточной в том случае, если в середине линейки длиной в 1 м имеется зазор не более 0,2 мм.

Затем к длинным сторонам хорошо отрихтованной дюралюминиевой пластины размерами 500x226x6 мм крепятся направляющие рейки из твёрдого дерева или дюралюминия высотой 8,1 мм. Расстояние между ними для верхней половины основного шаблона должно быть равно ширине лопасти, или 180 мм. Последнюю укладывают на стапеле на 3 – 4 подкладках, толщина которых равна толщине плиты приспособления, и прижимают струбцинами. Благодаря этому от-рихтованная пластина может передвигаться между стапелем и нижней поверхностью лопасти по всей длине в прямолинейной плоскости, чем обеспечивается постоянство толщины лопасти и соответствие её поверхности заданному профилю.

Верхнюю поверхность лопасти можно считать обработанной, если верхняя половина шаблона перемещается по всей её длине без зазора по профилю и в местах соприкосновения шаблона с направляющими. Нижнюю поверхность лопасти проверяют полностью собранным шаблоном, обе половины которого жёстко соединены вместе. Верхнюю и нижнюю поверхности профилируют с помощью драчёвых напильников с грубой и средней насечкой, а впадины и неровности заделывают по шаблону шпаклёвкой из смолы ЭД-5, смешанной с древесной мукой, и снова опиливают по шаблону.

ОКЛЕЙКА ЛОПАСТИ

Следующей операцией является оклейка профильных и комлевых частей лопастей стеклотканью толщиной 0,1 мм в два слоя на смоле ЭД-5. Каждый слой представляет собой сплошную ленту стеклоткани, который накладывается своей серединой на переднюю кромку лопасти. Основное требование, которое необходимо соблюдать при этом, – излишки смолы после того, как ткань хорошо ею пропитается, должны быть тщательно выжаты с помощью деревянной гладилки в поперечном направлении от передней кромки к задней, чтобы под тканью не образовались воздушные пузыри. Ткань нигде не должна подворачиваться или морщиться во избежание ненужных утолщений.

Оклеив лопасти, их зачищают наждачной бумагой, а заднюю кромку доводят до толщины, близкой к окончательной. Проверяют также профиль носка лонжерона. Пока это делают с помощью основного шаблона с некоторыми припусками, как указывалось выше, чтобы убедиться в качественности профилирования верхней и нижней поверхностей.

Основной шаблон доводят до требуемого размера и с его помощью производят окончательную подгонку профиля с применением шпаклёвки, причём за основу опять берётся нижняя поверхность лопасти, для чего с помощью лекальной линейки снова проверяется прямолинейность её образующей на расстоянии Хн= 71,8 мм от носка. Убедившись в её прямолинейности, лопасть кладут на стапель нижней поверхностью вниз на подкладках высотой 42 мм (эта величина представляет собой округлённую разницу между высотой нижней половины шаблона и Ун= 8,1 мм). Одна из подкладок ложится под комлевую часть лопасти, которая в этом месте прижимается к стапелю струбциной, остальные вдоль лопасти на произвольных расстояниях друг от друга. После этого верхняя поверхность лопасти промывается ацетоном или растворителем и покрывается по всей длине тонким слоем шпаклёвки из смолы ЭД-5 и зубного порошка такой густоты, чтобы она легко распределялась на поверхности и не стекала по кривизне профиля (консистенция густой сметаны). Прочно скреплённый основной шаблон медленно и равномерно продвигается вдоль лопасти фаской вперёд по движению так, чтобы его кромка всё время опиралась на горизонтальную поверхность стапеля. Снимая излишнюю шпаклёвку на выпуклых местах профиля и оставляя нужное её количество во впадинах, шаблон обеспечивает таким образом доводку профиля. Если окажется, что впадины в некоторых местах не заполнились, то эта операция повторяется после нанесения на них более толстого слоя шпаклёвки. Излишняя шпаклёвка должна периодически удаляться, когда она начинает свисать с передней и задней кромок лопасти.

При выполнении этой операции важно перемещать шаблон без перекосов и перпендикулярно к продольной оси лопасти, двигая его безостановочно, чтобы избежать неровностей поверхности лопасти. Дав шпаклёвке достигнуть полной твёрдости и сгладив её слегка наждачной бумагой, операцию окончательной шпаклёвки повторяют на нижней поверхности, пользуясь подкладками высотой 37 мм.

ОТДЕЛКА ЛОПАСТЕЙ

Сделав лопасти, их обрабатывают наждачной бумагой средней зернистости, обращая особое внимание на формирование носка профиля, промывают ацетоном или растворителем и покрывают грунтом № 138, кроме места крепления триммера (рис. 6). Затем все неровности заделывают нитрошпаклёвкой, следя, чтобы на профилированных поверхностях не образовалось излишних утолщений.

Окончательные отделочные работы, состоящие в осторожном снятии водоупорной наждачной бумагой разной зернистости излишков шпаклёвки, проводят, сообразуясь с продвижением сомкнутого шаблона вдоль поверхностей лопасти без излишней качки и зазоров (не более 0,1 мм).

После оклейки лопастей стеклотканью толщиной 0,1 мм и до их покрытия грунтом на комлевую часть лопастей сверху и снизу на смоле ЭД-5 приклеивают пластины из дуба или ясеня размерами 400x90x6 мм, которые состругиваются так, чтобы лопасти приобрели установочный угол, заключённый между хордой и горизонтальной плоскостью и равный 3°. Его проверяют с помощью несложного шаблона (рис. 7) относительно передней поверхности комля, а также контролируя параллельность образующихся при этом поверхностей снизу и сверху комля.

На этом заканчивается формирование комля лопасти, и он обклеивается стеклотканью 0.3 мм на смоле ЭД-5 для придания лопасти герметичности. Готовая лопасть, кроме комля, окрашивается нитроэмалью и полируется.

Советы относительно определения фактического положения центра тяжести лопастей, их балансировки и сопряжения со втулкой читайте в следующих номерах журнала.

СБОРКА И РЕГУЛИРОВКА

В предыдущем номере журнала был подробно описан технологический процесс изготовления лопастей несущего винта автожира.

Следующим этапом является балансировка лопастей по хорде, сборка и балансировка несущего винта по радиусу лопастей. От точности установки последних зависит плавность работы несущего винта, в противном случае будут возникать повышенные нежелательные вибрации. Поэтому к сборке надо отнестись очень серьёзно – не спешить, не начинать работу, пока не будет подобран весь необходимый инструмент, приспособления и не подготовлено рабочее место. При балансировке и сборке надо постоянно контролировать свои действия – лучше семь раз отмерить, чем один раз упасть хотя бы с малой высоты.

Процесс балансировки лопастей по хорде в данном случае сводится к определению положения центра тяжести элемента лопасти.

Основная цель, вызывающая необходимость балансировки лопасти по хорде, – уменьшить тенденцию к возникновению колебаний флаттерного типа. Хотя у описываемой машины возникновение этих колебаний маловероятно, однако помнить о них нужно, и при регулировке следует приложить все усилия для того, чтобы ЦТ лопасти находился в пределах 20 – 24% хорды от носика профиля. Профиль лопасти NACA-23012 имеет очень малое перемещение центра давления (ЦД – точка приложения всех аэродинамических сил, действующих на лопасть в полёте), который находится в тех же пределах, что и ЦТ. Это позволяет совместить линии ЦТ и ЦД, что практически означает отсутствие пары сил, вызывающих закручивание лопасти несущего винта.

Предлагаемая конструкция лопасти обеспечивает требуемое положение ЦТ и ЦД при условии изготовления их строго по чертежу. Но даже при самом тщательном подборе материалов, соблюдении технологии весовое несоответствие может возникнуть, в связи с чем и выполняются балансировочные работы.

Определить (с некоторыми допустимыми погрешностями) положение ЦТ изготовленной лопасти можно, выполнив лопасти с припуском на концах 50- 100 мм. После окончательной опиловки припуск отрезается, на лопасть ставится законцовка, а отрезанный элемент подвергается балансировке.

1 – ограничитель углов (Д16Т); 2 – ось несущего винта (30ХГСА); 3 – нижняя пластина втулки (Д16Т, s6); 4 – ферма втулки (Д16Т); 5 – ось главного шарнира (30ХГСА); 6 – втулка (бронза оловянистая); 7 – шайба Ø20 – 10, 5 – 0,2 (сталь 45); 8 – корпус подшипников (Д16Т); 9 – отверстие под шплинт; 10 – крышка корпуса подшипн. (Д16Т); 11 – корончатая гайка М18; 12 – шайба Ø26 – 18, 5 – 2 (сталь 20); 13 - винт крепления крышки М4; 14 – радиально-упорный подшипник; 15 – радиально-сферический подшипник № 61204; 16 – болт крепления лопасти (30ХГСА); 17 – накладка лопасти (s3, 30ХГСА); 18 – шайба Ø14 – 10 – 1,5 (сталь 20); 19 – самоконтрящаяся гайка М10; 20 – винт М8; 21 – буж (Ø61, L = 200, Д16Т); 22 – пилон (труба Ø65×2, L=1375, липа)

На трёхгранную, горизонтально расположенную призму своей нижней поверхностью кладут элемент лопасти (рис. 1). Его плоскость сечения по хорде должна быть строго перпендикулярна ребру призмы. Передвижением элемента лопасти вдоль хорды добиваются его равновесия и замеряют расстояние на носке профиля до ребра призмы. Это расстояние должно составлять 20 – 24% от длины хорды. Если ЦТ выйдет за этот максимальный предел, на носик профиля в концевой части лопасти надо будет навесить противофлаттерный груз такого веса, чтобы ЦТ сместился вперёд на необходимую величину.

Комель лопасти усилен накладками, которые представляют собой стальные пластины толщиной 3 мм (рис. 2). Они крепятся к комлю лопасти пистонами диаметром 8 мм и заклёпками впотай на каком-либо клее: БФ-2, ПУ-2, ЭД-5 или ЭД-6. Перед установкой накладок комель лопасти зачищается грубой наждачной бумагой, а сама накладка обрабатывается пескоструйным аппаратом. Склеиваемые поверхности деталей, то есть комель лопасти, накладки, отверстия под пистоны и сами пистоны, обезжиривают и тщательно смазывают клеем. Затем расклёпывают пистоны и ставят заклёпки (по 4 штуки на каждую накладку). После этой операции лопасти готовы к разметке для установки их на втулку.

Несущий винт автожира (рис. 3) состоит из двух лопастей, втулки, оси винта с подшипниками качения, корпуса подшипников горизонтального шарнира и ограничителя углов отклонения оси несущего винта.

Втулка состоит из двух деталей: П-образной фермы и нижней пластины (рис. 4). Ферму желательно делать из поковки. При изготовлении её из проката надо обратить особое внимание на то, чтобы направление проката было обязательно параллельно продольной оси фермы. Такое же направпение проката должно быть и на нижней пластинке, которая делается из листа дюралюминия марки Д16Т толщиной 6 мм.

Обработка фермы ведётся по операции в следующем порядке: сначала фрезеруют заготовку, оставляя припуск по 1,5 мм на сторону, затем ферму подвергают термической обработке (закалке и старению), после чего производится окончательная фрезеровка согласно чертежу (см. рис. 4). Потом шабером и наждачной бумагой на ферме выводятся все поперечные риски и наносится продольный штрих.

Ось (рис. 5) крепится на пилоне на двух взаимно перпендикулярных осях, которые позволяют ей отклоняться от вертикали на заданные углы.

На верхнюю часть оси насажены два подшипника качения: нижний -радиальный № 61204, верхний -радиально-упорный № 36204. Подшипники заключены в корпус (рис. 6), который своим нижним внутренним бортиком воспринимает в полёте всю нагрузку от веса автожира. При изготовлении корпуса надо обратить особое внимание на обработку сопряжения бортика с цилиндрической частью. Подрезы и риски в месте сопряжения недопустимы. В верхней части корпус подшипников имеет два ушка, в которые запрессованы бронзовые втулки. Отверстия во втулках обрабатываются развёртками после их запрессовки. Ось втулок должна проходить через ось вращения корпуса строго перпендикулярно ей. Сквозь отверстия в ушках корпуса подшипников и втулки, которые запрессованы в щёки фермы, проходит болт (рис. 7), являющийся горизонтальным шарниром несущего винта автожира, относительно оси которого лопасти совершают маховые движения.

Угол отклонения оси и соответственно изменение положения плоскости вращения диска ограничиваются пластиной, закреплённой на пилоне (рис. 8). Эта пластина не позволяет отклоняться несущему винту сверх допустимых углов, обеспечивающих управляемость автожиром по тангажу и крену.

Б. БАРКОВСКИЙ, Ю. РЫСЮК

Большинство из людей, не имеющих прямого отношения к авиации, увидев это летательный аппарат в полете или стоящим на земле, скорее всего подумают: «Какой забавный маленький вертолетик! » — и сразу совершат ошибку. Внешним сходством, по сути, все и заканчивается. Дело в том, что для полета автожира и вертолета используются совершенно различные принципы.

Почему автожир летает

У вертолета подъемная и движущая сила создаются вращением несущего винта (одного или нескольких), постоянный привод на который передается от двигателя через сложную систему трансмиссии. Автомат перекоса изменяет плоскость вращающегося винта в нужном направлении, обеспечивая поступательное движение и маневрирование, регулируя скорость.

Рассказ о другом виде летательного аппарата сверхлегкой авиации — , читайте так же на нашем сайте.

Рассказ о мотопараплане и аэрошюте находится . Узнайте какие бывают аппараты с мягким крылом и тягой на двигателе.

Конструкция и принцип действия автожира совершенно иной, и, наверное, более схож даже с самолетом (планером, мотодельтапланом).

Подъемная сила обеспечивается встречным потоком воздуха, а вот в роли крыла выступает свободно вращающийся винт (его принято называть ротором). Поступательное движение обеспечивается тянущим или толкающим усилием маршевого двигателя, расположенного, соответственно, впереди или сзади летательного аппарата. А что же придает вращение ротору – всего лишь встречный воздушный поток. Это явление называется авторотацией .

Вне всякого сомнения, принцип был подсказан самой природой. Можно обратить внимание на семена некоторых деревьев (клена, липы), которые снабжены своеобразным пропеллером. Созрев, высохнув и отделившись от ветки, они не падают вертикального вниз. Сопротивление воздуха раскручивает их «роторы», и семена могут достаточно длительное время планировать , улетая от родного дерева на очень значительные расстояния. Сила тяжести, конечно, берет свое, и приземление их неминуемо. Но в том то и состоит задача человеческого гения, чтобы найти средства управлять подобным полетом.

У автожира отбор мощности от двигателя на ротор производится только в самой начальной фазе полета, для придания ему необходимой для взлета частоты вращения. Далее – короткий разбег, подъем – и все, вступает в силу закон авторотации – ротор вращается совершенно самостоятельно, вплоть до полной посадки аппарата. Расположенный под определенным углом атаки, он и создает необходимую для полета подъемную силу.

История летательного аппарата

Первым, кто всерьез занялся исследованиями и практическим применением принципа авторотации, был испанский инженер-конструктор Хуан де ла Сиерва . Начавшему заниматься самолетостроением на самой заре авиации, ему пришлось пережить катастрофу своего детища – трёхмоторного биплана, и он полностью переключился на совершенно не исследованный раздел воздухоплавания.

Им же был, после длительных испытаний в аэродинамической трубе, сформулирован и теоретически обоснован принцип авторотации. К 1919 году первая модель была разработана в чертежах, а в 1923 году автожир С-4 впервые поднялся в воздух . По конструкции это был обычный самолетный корпус, вместо крыльев оснащенный ротором. После ряда доработок был даже налажен небольшой серийный выпуск подобных аппаратов во Франции, Англии, США.

Практически параллельным курсом шли и советские авиаконструкторы. В специально созданном отделе особых конструкций (ООК) ЦАГИ велась разработка собственных автожиров. В итоге первый советский аппарат КАСКР-1 поднялся в воздух в 1929 году .

Разработан он был группой молодых инженеров, в состав которой входил Николай Ильич Камов , позже – выдающийся авиаконструктор вертолетов серии «Ка». Примечательно, что Камов, как правило, всегда принимал участие и в летных испытаниях своего детища.

КАСКР-2 был уже более доведенной и надежной машиной, что было продемонстрировано представительной правительственной комиссии на Ходынском аэродроме в мае 1931 года .

Дальнейшие изыскания и конструкторские доработки привели к созданию серийной модели, которая получила название Р-7 . Этот аппарат был создан по схеме крылатого автожира, что позволяло значительно снизить нагрузку на ротор, повысить скоростные качества.

Н.И. Камов не только разрабатывал и совершенствовал свой аппарат, но и постоянно искал ему практическое применение. Уже в те годы с автожиров Р-7 проводилось опыление сельскохозяйственных угодий .

Во время спасательной операции по снятию с льдины первой полярной экспедиции Папанина в 1938 году, на ледоколе «Ермак» стоял готовый к взлету Р-7. Хотя помощь подобной палубной авиации тогда не понадобилась, сам факт говорит о высокой надежности машины.

К сожалению, Вторая Мировая война прервала многие конструкторские начинания в этой области. Последовавшее позднее повальное увлечение вертолетной техникой отодвинуло автожиры на задний план.

Автожир воюет

Понятно, что в первой половине прошлого века, в это чрезвычайно милитаризованный период, любые новые разработки рассматривались в плоскости применения их для военных нужд. Не избежал этой участи и автожир.

Первой боевой винтокрылой машиной стал тот же Р-7 . Учитывая его способность поднимать в воздух полезную нагрузку в 750 кг, на него ставили 3 пулемета, фотоаппаратуру, средства связи и даже небольшой бомбовый комплект.

Боевая эскадрилья автожиров А-7-ЗА в составе 5 единиц принимала участие в боях на Ельнинском выступе . К сожалению, полное на тот момент господство противника в небе не дало возможности использовать эти тихоходные аппараты для настоящего ведения разведки днем – они использовались только в ночное время, в основном – для разбрасывания агитационных материалов над вражескими позициями. Знаменателен тот факт, что инженером эскадрильи был никто иной, как М.Л. Миль , будущий конструктор вертолетов серии «Ми» .

Использовали автожиры и наши противники. Специально для нужд подводного флота Германии был разработан безмоторный аппарат «Фокке-Ахгелис» ФА-330 , по сути – автожир-змей. Собирался он за считанные минуты, затем принудительно раскручивался ротор, и автожир взлетал на высоту до 220 метров, буксируемый идущей на полном ходу субмариной. Такая высота полета позволяла вести наблюдение в радиусе до 50 километров.

Смелые попытки были и у англичан. Готовясь к предстоящему вторжению в Северной Франции, они вообще планировали совместить автожир с боевым армейским джипом для десантирования с борта тяжелого бомбардировщика. Правда, даже после достаточно успешных испытаний, вопрос был снят.

Достоинства и недостатки автожира

Создателям автожира удалось решить массу вопросов безопасности и экономичности полетов, которые не удается воплотить на самолетах или вертолетах:

• Потеря скорости, например, при выходе маршевого двигателя из строя, не приводит к сваливанию в «штопор».
• Авторотация ротора позволяет совершить мягкую посадку даже при полной потери поступательного движения. Кстати, это свойство используется и вертолетах – там предусмотрено включение режима авторотации в аварийных ситуациях.
• Малая длина взлетного разбега и площадки приземления.
• Малочувствителен к термическим потокам и турбулентности.
• Экономичен в эксплуатации, прост в постройке, производство его значительно дешевле.
• Управление автожиром намного проще, чем у самолетов или у вертолетов.
• Практически не боится ветра: 20 метров в секунду для него – нормальные условия.

Есть конечно, и ряд недостатков , над устранением которых постоянно работают конструкторы-энтузиасты:

• Существует вероятность «кувырка» при посадке, особенно у моделей со слабым хвостовым оперением.
• Не до конца исследовано явление, называющееся «мёртвая зона авторотации», приводящее к прекращению вращения ротора.
• Недопустимы полеты на автожире в условиях возможного оледенения – это может привести к выходу ротора из режима авторотации.

В целом же, преимущества значительно перевешивают недостатки , что позволяет отнести автожир к разряду самых безопасных летательных аппаратов.

Есть ли будущее?

Поклонники этого вида мини-авиации на подобный вопрос дружно отвечают, что «эра автожиров» только начинается. Интерес к ним возродился с новой силой, и сейчас во многих странах мира выпускаются серийные модели таких летательных аппаратов.

По своей вместимости, скорости и даже расходу топлива автожир смело конкурирует с привычными легковыми автомобилями, превосходя их в своей многофункциональности и не привязанностью к дорогам.

Кроме чисто перевозочной функции, автожиры находят свое применение, выполняя задачи по патрулированию лесных массивов, морских побережий, гор, оживленных автострад, вполне могут применяться для проведения аэрофотосъёмок, видеозаписи или наблюдения.

Некоторые современные модели оснащаются механизмом «прыжкового» взлета, другие позволяют осуществить успешный взлет с места при наличии ветра более 8 км/час, что еще больше повышает функциональность автожиров.

Ведущим производителем на современном рынке таких аппаратов является немецкая компания «Autogyro» , выпускающая до 300 машин в год. Стараются не отстать и россияне – в нашей стране производят целый ряд серийных моделей: «Иркут» Иркутского авиазавода, «Твист» аэроклуба «Твистер-клуб», «Охотник» НПЦ «Аэро-Астра» и другие.

Число поклонников такого вида покорения неба постоянно растет.

Фотогалерея автожиров

Долгие годы автожиры считались очень опасными летательными аппаратами. Да и сейчас 90% летающих полагают, что автожиры смертельно опасны. Самое популярное высказывание об автожирах: "Они соединяют в себе недостатки самолетов и вертолетов". Конечно же, это не так. Достоинств у автожиров достаточно.
Так откуда же мнение о колоссальной опасности автожиров?
Сделаем короткий экскурс в историю. Автожиры были изобретены в 1919 году испанцем де ла Сиервой. Сделать это, по легенде, его побудила гибель его друга в самолете. Причиной катастрофы стало сваливание (потеря скорости и потеря подъемной силы и управляемости). Именно желание сконструировать ЛА, не боящийся сваливания, и привела его к изобретению автожира. Выглядел автожир Ла Сиервы вот так:

По иронии судьбы, Ла Сиерва сам погиб при крушении самолета. Правда, пассажирского.
Следующий этап связан с Игорем Бенсеном, американским изобретателем, который в 50-е годы придумал конструкцию, легшую в основу практически всех современных автожиров. Если автожиры Сиервы были, скорее, самолетами с установленным ротором, то автожир Бенсена был абсолютно другим:

Как видим, тракторное расположение двигателя сменилось на толкающее, а конструкция радикально упростилась.
Вот это радикальное упрощение конструкции и сыграло злую роль с автожирами. Они стали активно продаваться в виде китов (наборов для самостоятельной сборки), делаться "умельцами" в гаражах, активно облетываться без какого-нибудь инструктажа. Результат понятен.
Смертность на автожирах достигла небывалых отметок (примерно в 400 раз выше, чем на самолетах - даю по английской статистике нулевых годов, в нее как раз попали ТОЛЬКО автожиры бенсеновского типа, различного рода самоделки).
При этом особенности управления и аэродинамики автожира толком изучены не были, они оставались экспериментальными аппаратами в самом худшем смысле этого слова.
В результате при их конструировании часто допускались серьезные ошибки.
Посмотрите на этот аппарат:

Вроде бы, внешне похож на современные автожиры, фотографии которых я приводил в первом посте. Вроде бы, да не похож.

Во-первых, у RAF-2000 не было горизонтального оперения. Во-вторых, линия тяги двигателя проходила значительно выше вертикального центра тяжести. Двух этих факторов хватало, чтобы сделать этот автожир "смертельной ловушкой",
Позже, во многом благодаря катастрофам RAF, люди изучили аэродинамику автожира и нашли "подводные камни" этого, казалось бы. совершенного летательного аппарата.
1. Разгрузка ротора . Автожир летает благодаря свободно вращающемуся ротору. Что произойдет, если автожир попадет в состояние временной невесомости (восходящий поток воздуха, верхняя точка "бочки", турбулентность и т.д.)? Обороты ротора упадут, вместе с ними упадет подъемная сила... Казалось бы, ничего страшного, ибо такие состояния длятся недолго - доли секунды, секунду максимум.
2. Да, ничего страшного, если бы не высокая линия тяги, которая может привести к силовому кувырку (PPO - power push-over).

Да, это опять рисовал я;)) На рисунке видно, что центр тяжести (CG) расположен значительно ниже линии тяги (thrust) и что сопротивление воздуха (drag) тоже приложено ниже линии тяги. В результате возникает, как говорят в авиации, пикирующий момент. Т.е., автожир норовит кувыркнуться вперед. В обычной ситуации ничего страшного - пилот не даст. Но в ситуации разгрузки ротора пилот уже не управляет аппаратом, и тот остается игрушкой в руках могучих сил. И кувыркается. Причем происходит это зачастую очень быстро и неожиданно. Только что летел и наслаждался видами, и вдруг БАЦ! и ты уже в неуправляемой жестяной банке с палками падаешь вниз. Без шансов восстановить управляемый полет - это тебе не самолет или дельталет.
3. Кроме того, у автожиров есть еще диковинные штуки. Это PIO (pilot induced oscillations - спровоцированная летчиком продольная раскачка ). В случае с нестабильными автожирами это очень вероятно. Дело в том, что автожир реагирует несколько замедленно. Поэтому может случиться ситуация, в которой пилот устроит этакую "раскачку" - пытаясь погасить колебания автожира, он на самом деле их усиливает. В результате колебания "вверх-вниз" нарастают, и аппарат переворачивается. Впрочем, на самолете тоже возможна PIO - простейшим примером будет известная привычка начинающих пилотов бороться с "козлом" резкими движениями ручки. В результате амплитуда "козла" только увеличивается. На нестабильных автожирах эта самая раскачка очень опасна. На стабильных лечится очень просто - нужно бросить "ручку" и расслабиться. Автожир сам вернется в спокойное состояние.

RAF-2000 был автожиром с очень высокой линией тяги (HTL, high thrust line gyro - автожир с высоким прохождением линии тяги), бенсеновские - с низкой линией тяги (LTL, low thrust line gyro - автожир с низким прохождением линии тяги). И поубивали на пару очень, очень, очень много пилотов.

4. Но даже на этих автожирах можно было бы летать, если бы не другая обнаруженная штука - оказывается, автожиры управляются совсем не как самолеты ! В комментах к прошлому посту я описывал реакцию на отказ двигателя (ручку от себя). Так вот, в нескольких статьях я прочитал о прямо противоположном!!! В автожире при отказе двигателя нужно срочно подгрузить ротор, дав ручку НА СЕБЯ и УБРАВ ГАЗ. Надо ли говорить, что чем опытнее пилот самолета, тем мощнее в его подкорке сидит рефлекс: при отказе ручку от себя и газ на максимум. В автожире, особенно нестабильном (с высокой линией тяги), такое поведение может привести к тому самому силовому кувырку.
Но это не все - у автожиров очень много разных особенностей. Все из них я не знаю, ибо сам еще не прошел курс обучения. Но многие известны - автожиры не так любят "педальки" на посадке (скольжение, с помощью которого "самолетчики" часто "травят высоту"), не переносят "бочки" и много чего еще.
Т.е., на автожире жизненно важно учиться у грамотного и опытного инструктора ! Любые попытки самостоятельно освоить автожир смертельно опасны! Что не мешает огромному количеству людей по всему миру строить и строить свои табуретки с винтом, самостоятельно их осваивать и регулярно на них биться.

5. Обманчивая простота . Ну и крайний подводный камень. Автожиры очень просто и приятно управляются. Многие совершают самостоятельные вылеты на них через 4 часа обучения (я на планере вылетел на 12-м часу, раньше 10-ти это вообще редко бывает). Посадка гораздо проще, чем на самолете, трясет несравнимо меньше - вот и теряют люди чувство опасности. Думаю, эта обманчивая простота убила не меньше народу, чем кувырки с раскачками.
У автожира есть свой "flying envelope" (летные ограничения), которые необходимо соблюдать. Ровно как и в случае с любым другим летательным аппаратом.

Игры до добра не доводят:

Ну вот и все ужасы. На каком-то этапе развития автожиров казалось, что все кончено, и автожиры так и останутся уделом энтузиастов. Но случилось совершенно обратное. Нулевые годы стали временем колоссального бума автожиростроения. Причем бума ФАБРИЧНЫХ автожиров, а не самодельных и полусамодельных китов.. Бума настолько сильного, что в 2011 году в Германии было зарегистрировано 117 автожиров и 174 ультралегких самолета/дельталета (соотношение, немыслимое еще в 90-е). Что особенно приятно, лшидеры этого рынка, возникшего лишь недавно, демонстрируют отличную статистику безопасности.
Кто эти новые герои-автожиростроители? Что они такого придумали, чтобы компенсировать, казалось бы, огромные недостатки автожиров? Об этом в следующей серии;)

Как сделать автожир своими руками? Этим вопросом, скорее всего, задавались те люди, которые очень любят или хотят летать. Стоит заметить, что, возможно, об этом устройстве слышали не все, так как оно не слишком распространено. Они широко использовались лишь до тех пор, пока не были изобретены вертолеты в том виде, в котором они имеются сейчас. С момента выхода в небо таких моделей летательных аппаратов автожиры сразу же утратили свою актуальность.

Как построить автожир своими руками? Чертежи

Создать такой летательный аппарат не составит большого труда тому, кто увлекается техническим творчеством. Особых инструментов или дорогостоящих строительных материалов также не понадобится. Место, которое придется выделить на сборку, минимальное. Стоит сразу добавить, что сборка автожира своими руками сэкономит колоссальное количество денег, так как покупка заводского образца потребует огромных финансовых затрат. Прежде чем приступать к процессу моделирования этого устройства, нужно позаботиться о наличии всех инструментов и материалов под руками. Второй шаг - это создание чертежа, без которого собрать стоящую конструкцию не представляется возможным.

Основная конструкция

Сразу стоит сказать, что построить автожир своими руками довольно просто, если это планер. С остальными моделями будет несколько сложнее.

Итак, для начала работ потребуется иметь среди материалов три дюралюминиевых силовых элемента. Один из них будет служить килем конструкции, второй играть роль осевой балки, а третий послужит в качестве мачты. К килевой балке сразу можно прикрепить управляемое носовое колесо, которое должно быть снабжено тормозным устройством. Концы осевого силового элемента также должны быть оснащены колесами. Можно использовать небольшие детали от мотороллера. Важный момент: если своими руками автожир собирается для полетов за катером на буксире, то колеса заменяются на управляемые поплавки.

Установка фермы

Еще один из основных элементов - это ферма. Монтируется эта деталь также на переднем конце килевой балки. Это устройство представляет собой треугольную конструкцию, которая склепывается из трех дюралюминиевых уголков, а после этого усиливается листовыми накладками. Предназначение этой конструкции - крепеж буксирного крюка. Устройство автожира своими руками с наличием фермы должно быть сделано так, чтобы пилот, дернув за шнур, мог в любой момент отцепиться от буксирного троса. Кроме того, ферма необходима и для того, чтобы на нее можно было установить самые простые приборы аэронавигации. К ним можно отнести устройство слежения за скоростью полета, а также механизм бокового сноса.

Еще один основной элемент - это монтаж педального узла, который устанавливается непосредственно под фермой. Данная деталь должна иметь тросовую подводку к рулю управления летательным аппаратом.

Рама для агрегата

При сборке автожира своими руками очень важно уделить должное внимание его раме.

Как говорилось ранее, для этого потребуется три дюралюминиевых трубы. Эти детали должны иметь сечение 50х50 мм, а толщина стенок трубы должна быть равна 3 мм. Похожие элементы часто используется при монтаже окон или дверей. Так как будет необходимо сверлить отверстия в этих трубах, необходимо запомнить важное правило: при проведении работ сверло не должно повредить внутреннюю стенку элемента, оно должно только коснуться его и не более. Если говорить о выборе диаметра, то он должен быть подобран так, чтобы болт типа Мб мог как можно плотнее зайти в полученное отверстие.

Еще одно важное замечание. При составлении чертежа автожира своими руками нужно учесть один нюанс. При сборке аппарата мачта должна быть отклонена чуть-чуть назад. Угол наклона этой детали равен примерно 9 градусам. При составлении чертежа этот момент нужно учесть, чтобы потом не забыть. Основное предназначение этого действия в том, чтобы создать угол атаки лопастей автожира в 9 градусов даже тогда, когда он просто стоит на земле.

Сборка

Сборка рамы автожира своими руками продолжается тем, что необходимо закрепить осевую балку. Она крепится к килю поперек. Для надежного крепления одного элемента основания к другому необходимо использовать 4 болта Мб, а также добавить к ним законтренные гайки. Кроме этого крепления, нужно создать дополнительную жесткость конструкции. Для этого используют четыре раскоса, которые соединяют две детали. Раскосы должны быть выполнены из стального уголка. На концах осевой балки, как упоминалось ранее, необходимо закрепить колесные оси. Для этого можно использовать парные обоймы.

Следующим шагом в сборке автожира своими руками будет изготовление рамы и спинки сиденья. Для того чтобы собрать эту небольшую конструкцию, лучше всего также использовать дюралюминиевые трубы. Для сборки рамы отлично подходят детали от детских раскладушек или колясок. Для крепления каркаса сиденья спереди используются два дюралюминиевых уголка с размерами 25х25 мм, а сзади он крепится к мачте при помощи кронштейна, сделанного из стального уголка 30х30 мм.

Проверка автожира

После того как будет готова рама, собрано и прикреплено сиденье, готова ферма, установлены навигационные приборы и остальные важные элементы автожира, необходимо проверить, как работает готовая конструкция. Делать это необходимо до того, как будет установлен и разработан ротор. Важное замечание: проверять работоспособность летательного аппарата необходимо на той площадке, с которой планируются дальнейшие полеты.