Розкіш чи засіб пересування? Гелікоптер як технологічний винахід

Вертоліт як вид транспорту, що здатний піднятись у повітря з маленького клаптика землі, уже припав до душі багатьом українським високопосадовцям, які, пересуваючись повітряними шляхами, розвантажують забиті автотранспортом столичні магістралі. Широко використовують його й бізнесмени. Окрім практичної користі це дає їм й естетичну насолоду, адже як приємно з висоти пташиного польоту окинути поглядом свої неозорі маєтки! По всій Україні як гриби після дощу виростають вертолітні майданчики. Однак така розкіш, вочевидь, не стане в найближчому майбутньому набутком простих громадян, які навряд чи зможуть пересісти з «Жигулів» та «Ланосів» на вітчизняні «Аерокоптери» чи імпортні Robinson. Тож напередодні таких грандіозних змін слід бодай побіжно ознайомити загал із цим чудовим винаходом – вертольотом.

Хто ж перший?

Ідея вертикального зльоту здавна захоплювала уми винахідників. Варто згадати хоча б ornitottero – проект Леонардо да Вінчі, датований 1475-м (фото 2), чи «повітробіжну машинку» Міхаіла Ломоносова, модель якої була продемонстрована в 1754-му (фото 3). Але, як відомо, Бог створив світ, а решту зробили китайці. Так і з гелікоптером: ще за 400 років до н. е. в Китаї з’явився перший прототип, що віддалено нагадував цей літальний апарат, – іграшка у вигляді палички з прикріпленими на кшталт гвинта пір’їнами. Розкрутивши в долонях, її відпускали, і вона кілька секунд трималась у повітрі.

Поява механічних двигунів стала каталізатором для робіт зі створення гелікоптерів. Починаючи із середини ХІХ століття у різних країнах розробляли проекти таких апаратів із паровими двигунами (як, скажімо проект «аеронефа» французького винахідника Понтона д'Амекура (фото 1), але жоден із них не дочекався практичної реалізації. Тільки з появою відносно легких і потужних бензинових двигунів з’я­ви­лася реальна можливість випустити літаючий гелікоптер. Як і у випадку з літакобудуванням, попереду в цій галузі була Франція. Тут у серпні – вересні 1907 року випробовували свій апарат Луї та Жак Бреґе, що працювали під керівництвом професора Шарля Ріше. Їхній гелікоптер випробовувався без пілота, на прив’язі, а максимальна висота, на яку йому вдалося піднятися, становила…1,5 м! За два місяці, 13 листопада 1907-го, від землі відірвався апарат Поля Корню, хоча й лише на 50 см. Однак на відміну від гелікоптера Бреґе цей апарат був здатний підняти в повітря не тільки самого себе, а ще й пілота.

Роботи Сікорського

В Україні піонером гелікоптеробудування став Ігор Сікорський (1889–1972). Ще в 12-річному віці він збудував першу іграшкову модель гелікоптера, а влітку 1908-го, навчаючись у Київському політехнічному інституті, взявся за повномасштабний проект. Робота почалася зі стендових випробувань гвинта – найважливішої частини майбутнього літального апарата. На початку наступного року він поїхав до Парижа, де відвідав кілька авіазаводів, на яких придбав двигун для майбутнього гелікоптера «Анзані» та замовив низку вузлів, зокрема й гвинти.

Повернувшись до Києва, Сікорський розпочав будівництво гелікоптера. Конструкція машини була простою до примітивності: дерев’яна прямокутна клітка без шасі, у яку монтувався двигун і в якій було місце для пілота. Двигун через ремінну передачу рухав два співвісні дволопатеві гвинти діаметром 4,6 м (верхній) і 5 м (нижній). Їхні лопаті складалися з каркаса зі сталевих труб, обтягнутого полотном. Маса апарата становила 205 кг. Випробування засвідчили, що підйомна сила гвинтів значно менша від маси порожнього гелікоптера, тобто він був неспроможний відірватися від землі.

Навесні 1910-го український винахідник виготовив вдосконалену полегшену модифікацію свого творіння (важила 182 кг) із трилопатевими гвинтами збільшеного діаметра. Ця машина змогла на кілька сантиметрів піднятися над землею, але без пілота. Після цього конструктор вирішив зосередитися на літаках, а до гелікоптерів повернувся лише за чверть століття, коли вже довгий час працював у США. У вересні 1939-го почалися випробовування гелікоптера VS-300 спочатку на прив’язі, а 13 травня 1940-го конструктор вперше підняв свою машину у вільний політ. Їхній успіх сприяв отриманню першого замовлення від американської армії. Поступово скромна фірма Сікорського перетворилася на потужний концерн, який щороку випускає сотні гвинтокрилів цивільного й військового призначення. Понад півстоліття всі президенти США користуються послугами гелікоптерів Сікорського.

Як гелікоптер перетворився на вертоліт

Повернімося до історії. Якщо Перша світова війна привела до бурхливого розвитку літакобудування, то на гелікоптеробудування вона майже не вплинула – машина, що злітає вертикально, виявилася набагато складнішим завданням для інженерів, аніж літак. Можна згадати хіба що австро-угорську конструкцію – прив’язний гелікоптер PKZ-2, призначений для заміни аеростатів у підрозділах коригування артилерійського вогню. Ця машина, яку випробовували у квітні – червні 1918-го, могла підніматися на висоту до 150 м. Однак до серійного виробництва і практичного застосування PKZ-2 справа не дійшла.

У 1920–1930-х роках гелікоптери, образно кажучи, «вчилися ходити»: 24 квітня 1924-го гвинтокрил аргентинського інженера Рауля Пескари встановив перший світовий рекорд дальності польоту  – 736 м! Знадобилося шість років, щоб у 1930-му італійський гелікоптер конструкції Д’Асканіо подолав рубіж в 1 км, пролетівши 1078 м. У серпні 1932-го на першому радянському гелікоптері ЦАГІ-1ЕА було встановлено неофіційний рекорд висоти польоту – 605 м. А 1935-го апарат «Жироплан» конструкції Луї Бреґе та Рене Дорана вперше перевищив швидкість 100 км/год.

Усі ці апарати познача-лися терміном «гелікоптер» (hélicoptère), що з’явився у французькій мові ще в ХІХ столітті й походив від двох грецьких слів: «елікос» (спіраль, гвинт) і «птеро» (крило). Досить широко використовували цей термін і в СРСР. Але 1929 року конструктор Ніколай Камов запропонував поняття «вертоліт». Упродовж двох десятиліть ці терміни використовували паралельно: приміром, перший радянський серійний вертоліт Мі-1 конструкції Міхаіла Міля спочатку позначався ГМ-1 – «гелікоптер Міля». Однак наприкінці 1940-х на хвилі боротьби з «низькопоклонством перед Заходом» термін «гелікоптер» виявився «персоною нон ґрата» і повсюдно почали застосовувати «вертоліт».

Створюючи перші гелікоптери, конструктори були змушені вирішити низку технічних проблем. Одна з основних – необхідність компенсації реактивного моменту гвинта. Адже коли гвинт обертається в один бік, то реактивний момент норовитиме розкрутити машину в протилежний. Власне, різні підходи до вирішення цієї проблеми породили й різні компонувальні схеми вертольотів.

Перший час найпростішим рішенням здавалося використання двох співвісних гвинтів, розміщених один над одним, що обертались у протилежних напрямках. Багато піонерів гелікоптеробудування – той самий Ігор Сікорський – у своїх ранніх конструкціях застосовували таку схему. Однак тепер у промислових масштабах до неї майже не вдаються – виняток становлять хіба що російські

(а раніше радянські) вертольоти фірми «Камов». Річ у тім, що ця схема має певні вади: надто складну трансмісію, значну висоту машини і, що важливо для бойових вертольотів, більшу ймовірність ураження лопатей гвинтів під час обстрілу.

Ще одним варіантом двогвинтової схеми є поздовжня, коли гвинти рознесені не по висоті, а по довжині машини. Така схема дає змогу створювати «літаючі вагони» – гелікоптери з об’єм­ними фюзеляжами, пристосовані до перевезення великої кількості людей чи достатньо габаритних вантажів. За поздовжньою двогвинтовою схемою у 1950–1960-х роках будували вертольоти в СРСР (Як-24), Великій Британії (Belvedere), але найбільшого поширення вона набула в США.

Значно менш поширеною і майже забутою є двогвинтова поперечна схема, коли гвинти рознесені по боках фюзеляжу на консолях. У 1930–1940-х роках вона побутувала в Німеччині (розробки професора Генріха Фокке) та Радянському Союзі (гелікоптери Івана Братухіна). У СРСР за поперечною схемою побудували найважчий у світі вертоліт Мі-12. 6 серпня 1969-го на ньому було встановлено не побитий і досі світовий рекорд: піднято вантаж масою понад 44 т. Але Мі-12 серійно не випускався – він так і залишився в єдиному екземплярі.

Ще однією варіацією двогвинтової схеми стали гелікоптери з гвинтами, що перехрещуються. У них гвинти, які обертаються в протилежні боки, розміщені зі значним перекриттям і невеликим нахилом осей обертання. Завдяки цьому нахилу та синхронізації обертання гвинтів їхні лопаті не зіштовхуються. Зрозуміло, що така схема досить складна. У сучасному гелікоптеробудуванні її використовує лише американська фірма «Каман».

Українська спроба

Першу спробу налагодити виготовлення вертольотів в Україні було зроблено 1948 року, коли Київському авіазаводу доручили випустити дослідну партію (три одиниці) гелікоптерів Мі-1 конструкції Міхаіла Міля. Однак перша чарка виявилася колом – два з трьох вертольотів цієї партії розбилися. Київський авіазавод звинуватили в неспроможності забезпечити належну якість продукції і з огляду на це наступні роботи щодо гелікоптера Мі-1 передали до Москви. Уже під кінець існування СРСР, у 1980-х, почалося будівництво Закарпатського вертольотобудівного виробничого об’єднання, де передбачалося випускати легкі спортивні вертольоти Мі-34, але цей проект так і не довели до завершення.