Гирокоптер — летательный аппарат на гироскопах¶
Гирокоптер — летательный аппарат (ЛА) с несущим винтом, у которого управление осуществляется не через изменение угла атаки лопастей (как в классическом вертолёте), а с помощью гироскопических моментов, создаваемых вспомогательными гироскопами или гироскопическими системами. Термин происходит от греческого «gyros» (круговращение) и «pteron» (крыло). Гирокоптеры относятся к классу автожиров (автожиропланов), однако в отечественной литературе XX века под «гирокоптером» часто понимали аппараты, в которых вращение несущего винта поддерживается отдельным двигателем (противовинтом), а не набегающим потоком воздуха, как у классического автожира.
¶Принцип работы
В классическом вертолёте пилот управляет машиной, изменяя установочный угол лопастей (шаг винта) через автомат перекоса. В гирокоптере этот механизм заменён или дополнен иными средствами. Основных схем две:
- Гироскопическая стабилизация. Несущий винт вращается под действием набегающего потока (как у автожира), а гироскоп, установленный на вершине вала, воспринимает отклонения машины и передаёт моменты на систему управления, автоматически компенсируя крен и тангаж.
- Противовинтовая схема. Вращение несущего винта обеспечивается отдельным двигателем (как правило, расположенным на мачте), а направление вектора тяги и ориентация машины задаются гироскопическими системами или смещением центра масс.
Первый принципиально работающий гирокоптер был построен в СССР в 1930-е годы инженером Владимиром Лебедевым. Его аппарат «Л-1» совершил первый полёт в 1934 году. Лебедев разработал несколько модификаций (Л-1, Л-2, Л-3), в которых управление осуществлялось за счёт гироскопических моментов, передаваемых от вспомогательных гироскопов на рули. Работы Лебедева были продолжены в 1940-е годы, однако направление не получило широкого развития из-за появления более совершенных схем вертолётов и автожиров.
¶Отличие от вертолёта и автожира
| Признак | Вертолёт | Автожир | Гирокоптер |
|---|---|---|---|
| Привод несущего винта | Двигатель через редуктор | Набегающий поток (авторотация) | Набегающий поток или отдельный двигатель |
| Управление | Изменение шага лопастей | Рули и изменение шага | Гироскопические моменты, рули |
| Взлёт с места | Возможен | Не возможен (разбег) | Зависит от схемы |
| Висение | Возможно | Невозможно | Ограниченно |
Ключевое отличие гирокоптера от вертолёта — отсутствие (или упрощение) механизма автоматического перекоса, что упрощает конструкцию несущего винта, но накладывает ограничения на маневренность и полётные режимы.
¶История в России и СССР
Идея использования гироскопа для управления летательным аппаратом восходит к работам немецкого инженера Ганса фон Каппена (1920-е годы), но первые практически работающие аппараты были созданы в СССР.
¶Владимир Лебедев и его гирокоптеры
Владимир Константинович Лебедев (1907—1986) — советский инженер-конструктор, пионер гирокоптеростроения. В 1932 году он начал работы над гирокоптером в Московском авиационном институте. Аппарат Л-1 совершил первый полёт в 1934 году. Машина имела два соосных несущих винта и управлялась с помощью гироскопической системы. В дальнейшем Лебедев создал модификации Л-2 (1936) и Л-3, на которых отрабатывались различные схемы гироскопического управления. В 1940 году состоялся первый полёт гирокоптера Л-3 с автоматом перекоса, совмещённым с гироскопической стабилизацией.
Работы Лебедева поддерживались Академией наук СССР, однако после начала Великой Отечественной войны исследования были свёрнуты. В послевоенные годы основные усилия авиаконструкторов были сосредоточены на вертолётах Миля и Камова, а гирокоптерное направление осталось в стадии экспериментов.
¶Автожиры в СССР
Отдельно следует отметить, что в СССР в 1930-е годы развивались и автожиры — конструкции Николая Скрижинского (А-7, 1934) и Александра Яцкевича. Автожир А-7 принимал участие в параде на Красной площади в 1938 году и испытывался в качестве разведчика. Хотя автожир формально отличается от гирокоптера, эти направления развивались параллельно и пересекались в конструктивных решениях.
¶Современное состояние
В XXI веке термин «гирокоптер» применяется преимущественно к лёгким одноместным и двухместным летательным аппаратам, конструктивно близким к автожирам, но с двигателем, вращающим несущий винт для взлёта и висения. Такие машины иногда называют «гиропланами» или «противовинтовыми автожирами». В России производством подобных аппаратов занимаются несколько малых предприятий; наиболее известны конструкции, созданные энтузиастами на основе зарубежных образцов (например, китайских и польских гирокоптеров).
Также ведутся работы по созданию беспилотных гирокоптеров для гражданских и военных задач — патрулирование, аэрофотосъёмка, мониторинг трубопроводов. Простота конструкции и низкая стоимость делают их перспективными для малой авиации.
¶Преимущества и недостатки
- Простая и дешёвая конструкция несущего винта (отсутствие сложного автомата перекоса у ряда схем).
- Малая зависимость от погодных условий — в отличие от самолёта, гирокоптер может летать при сильном ветре.
- Возможность выполнения вертикального взлёта и посадки (у противовинтовых схем).
Недостатки:
- Ограниченная маневренность по сравнению с вертолётом.
- Сложность гироскопической системы управления при больших массах аппарата.
- Невозможность висения (у классических автожирных схем).
- Ограниченная скорость полёта.
История гирокоптеростроения показывает, что, несмотря на оригинальность инженерных решений, направление не смогло конкурировать с классическими вертолётами, но сохраняет нишу в лёгкой и беспилотной авиации.
Источники:
- Лебедев В. К. «Гирокоптер» — Москва, 1937.
- Косинов Н. Л., Комков Н. М. «История авиации» — Москва, 1988.
- «Авиация и космонавтика» — журнал, архивные выпуски 1934—1940.
- Шавров В. Б. «История конструкций самолётов в СССР» — Москва, 1985.
- «Вертолётостроение в России» — под редакцией Д. С. Ерохина, Москва, 2005.