Кіріспе

Автогиро (грекше autogyro, "өздігінен айналатын") немесе гироплан – қозғалтқышсыз роторды еркін авторотацияда пайдаланып, көтерілу күшін жасайтын роторлық ұшақ класы. Сырт көрінісінен тікұшақ роторына ұқсас болғанымен, автогироның қозғалтқышсыз роторлық дискісі айналу үшін үстінен ауа ағыны керек. Алға жылдамдық қозғалтқышпен жұмыс істейтін винт арқылы тәуелсіз түрде қамтамасыз етіледі. Оны испандық өнертапқыш және инженер Хуан де ла Сиерва төмен жылдамдықтарда қауіпсіз ұшуға қабілетті ұшақ құру мақсатымен автогиро деп атады. Ол алғаш рет 1923 жылдың 9 қаңтарында Мадридтегі Куатро-Виентос әуежайында сынақтан өтті. Ұшақ сол кездегі қанаттары бекітілген ұшақтарға ұқсас болды, алдыңғы бөлігінде қозғалтқышы мен винті орналасқан. Autogiro термині Cierva Autogiro компаниясының тауар белгісі болып тіркелді. Де ла Сиерваның Автогиросы қазіргі заманғы тікұшақтың алдағысы саналады. Гирокоптер (вертолеттен туындаған) терминін E. Burke Wilford қолданды, ол 20 ғасырдың бірінші жартысында Reiseler Kreiser қанатты роторымен жабдықталған гиропланды жасады. Кейіннен Bensen Aircraft компаниясы Gyroplane терминін өз тауар белгісі ретінде қабылдады. Автогироның жетістігі өнеркәсіпшілердің қызығушылығын оятып, 1920 және 1930 жылдары де ла Сиерваның лицензиясы бойынша Pitcairn & Kellett компаниялары одан әрі жаңарулар жасады. Etienne Dormoy-дың Buhl A 1 Autogyro және Игорь Бенсеннің дизайндары негізінде жасалған автогиролардың жаңа үлгілері артқы жағында орналасқан қозғалтқыш пен винті бар түрткіш конфигурациясын қолданады.

Жұмыс істеу принципі

Автогироның ерекшелігі – төменнен ауа ағынының өтуі арқасында еркін айналатын ротор. Ротордың жалпы аэродинамикалық әсерінің төмен бағытталған бөлігі көлікті көтеріп, ауада ұстап тұрады. Жеке винт алға жылдамдық береді және ол фюзеляждың алдында қозғалтқышпен және винтпен тартымды конфигурацияда немесе фюзеляждың арт жағында итергіш конфигурацияда орналастырылуы мүмкін. Егер вертолет ротор қанаттарын ауаға күшпен енгізіп, жоғарыдан ауа тартса, автогиро роторының қанаттары желкен қанаты сияқты ауа бұрышын өзгерту арқылы көтеру күшін жасайды. Еркін айналатын қанаттар авторотация арқылы айналады; ротор қанаттары сондай етіп бұрылған, олар көтеру күшін ғана емес, сонымен қатар қанаттардың бұрышы ротордың тұрақты жылдамдықпен айналуына дейін, соққы күші мен итермелеу күші тепе-теңдікте болғанша, қанаттардың айналу жылдамдығын үдетуге мүмкіндік береді. Автогироның айналадағы ауаға қатысты алға қозғалуы керек болғандықтан, ротор арқылы ауа өтуі үшін, олар әдетте тік көтерілуге қабілетсіз (күшті қарсы жел болмаса). Air & Space 18A сияқты кейбір модельдер қысқа ұшып көтерілу немесе қону мүмкіндігін көрсетті. Бағытты басқару роторды алға және артқа бұру арқылы, ал еңкеюді басқару роторды бүйірге бұру арқылы жүзеге асырылады. Ротордың бұрылуын еңісу торабы (Cierva), швашлат (Air & Space 18A) немесе серво жапсырмалары арқылы іске асыруға болады. Руль бағытты басқаруды қамтамасыз етеді. Итергіш конфигурациядағы автогироларда руль әдетте винт ағынында төменгі жылдамдықтарда бағытты басқаруды барынша арттыру үшін орналастырылады (бірақ әрқашан емес, мысалы, McCulloch J 2-де винт доғасының сыртында орналасқан екі рульдік құрылғы бар).

Ұшуды басқару

Ұшудың негізгі үш басқару элементі бар: басқару таяғы, руль педалдары және газ. Әдетте, басқару таяғы циклді деп аталады және қажетті бағытта роторды еңкейту арқылы көлденең және тік қозғалысты басқаруды қамтамасыз етеді (кейбір автогиро роторды ұшақ корпусына қатысты еңкеймейді немесе тек бір жазықтықта ғана еңкейтеді, ал қалған бағыттарды басқару үшін дәстүрлі басқару беттері қолданылады). Руль педалдары бағытты басқарады, ал газ қозғалтқыштың қуатын реттейді. Екіншілік ұшу басқару элементтеріне роторды айналдыруды бастауға арналған преротатор деп аталатын роторлық беріліс қосылысы, сондай-ақ роторды іске қосу алдында лопастардың бұрышын азайтуға арналған ұжымдық басқару кіреді. Ұжымдық басқару жүйелері көбінесе автогироларда кездеспейді, бірақ Air & Space 18A, McCulloch J 2 және Westermayer Tragschrauber модельдерінде орнатылған, және тік ұшып-қонуға жақын мүмкіндіктерді қамтамасыз ете алады.

Тікұшақ пен трактордың конфигурациясы

Қазіргі автогиростар көбінесе екі негізгі конфигурацияның бірін қолданады. Ең көп таралған конструкция – итеру конфигурациясы, онда қозғалтқыш пен винт пилот пен ротор осінің артында орналасқан, мысалы, Бенсеннің "Гирокоптерінде" болғандай. Оның басты артықшылықтары – конструкцияның қарапайымдылығы мен жеңілдігі, сондай-ақ көріс бұрылысының кедергісіз болуы. Оны Игорь Бенсен Екінші дүниежүзілік соғыстан кейінгі онжылдықтарда жасады және оның кеңінен таралуына көмектесу үшін Халықтық роторлық қондырғылар қауымдастығын (PRA) құрды. Бүгінде тартылатын конфигурация сирек кездеседі. Бұл нұсқада қозғалтқыш пен винт пилот пен ротор осінің алдында, ұшақтың алғы жағында орналасқан. Бұл ерте замандағы автогиролардың басты конфигурациясы болды, бірақ автогиро пайда болғаннан кейін аз таралды. Дегенмен, тартылатын конфигурация итеру конфигурациясына қарағанда бірнеше артықшылықтарға ие, атап айтқанда, жоғары бағыттық тұрақтылық (масса орталығы рульден алыс болғандықтан) және "секірудің" (қозғалтқыш күшінің бағытты басқаруды басып тастауының) алдын алу үшін итеру күшінің ортасын масса орталығымен дұрыс келуінің оңайдығы.

Тарих

Хуан де ла Сиерва испан инженері, өнертапқышы, ұшқышы және авиацияға құштар адам болған. 1921 жылы ол испан әскері үшін бомбалаушы ұшақ жобалау конкурсына қатысты. Де ла Сиерва үш қозғалтқышты ұшақ жасады, бірақ алғашқы сынақ барысында бомбалаушы жылдамдығын жойып, құлап кетті. Де ла Сиерва ұшақтың жылдамдығын жою құбылысынан алаңдап, төмен жылдамдықпен қауіпсіз ұша алатын ұшақ жасауға бел буды. Соның нәтижесінде 1923 жылы ол автожиро деп атаған алғашқы сәтті роторлық ұшақты жасады. Де ла Сиерваның автожиросы алдыңғы жағына орнатылған винті мен қозғалтқышы бар ұшақ корпусын, мачтаға орнатылған, қозғалтқышы жоқ роторды және көлденең және тік қанаттарын пайдаланды. Оның ұшағы қазіргі тікұшақтың алдағысы болды.

Ерте дамуы

Төрт жылдық тәжірибеден кейін де ла Сиерва 1923 жылы алғашқы практикалық роторлы ұшақты – автогироны (испан тілінде автогиро) ойлап тапты. Оның алғашқы үш жобасы (C.1, C.2 және C.3) роторларының аэродинамикалық және конструкциялық кемшіліктеріне байланысты тұрақсыз болды. Оның төртінші жобасы – C.4, 1923 жылғы 17 қаңтарда автогироның алғашқы құжатталған ұшуын жасады, оны Испанияның Мадрид қаласындағы Куатро-Вьентос әуежайында Алехандро Гомес Спенсер ұштырды (де ла Сиерваның айтуынша, 9 қаңтарда). Үш күннен кейін қозғалтқыш ұшып шыққаннан кейін қысқа уақыттан соң істен шығып, ұшақ қауіпсіз жерге қонды, бұл де ла Сиерваның төмен жылдамдықпен қауіпсіз ұшатын ұшақ жасауға жасаған күш-жігерін растады. Де ла Сиерва өзінің C.6 моделін Испанияның әскери авиация мекемелерінің көмегімен әзірледі, алғашқы бес прототиптің дамытуы мен құрылысына барлық қаражатын жұмсады. C.6 1925 жылғы ақпанда алғаш рет ұшты, оны капитан Хоакин Лорига басқарды, соның ішінде Куатро-Вьентос әуежайынан Гетафе әуежайына сегіз минутта ұшқан. Бұл сол кездегі кез келген роторлы ұшақ үшін маңызды жетістік болды. C.6 автогиросымен де ла Сиерваның жетістігінен кейін, ол шотландтық өнеркәсіпші Джеймс Г. Уэйрден Англияда Cierva Autogiro Company құру туралы ұсыныс қабылдады, бұл 1925 жылғы 20 қазанда RAE Farnborough-дағы британдық әуе министрлігі алдында C.6-ны көрсеткеннен кейін болды. Ұлыбритания автогироны дамытудың әлемдік орталығына айналды. 1926 жылғы ақпанда лопасть тамырының бұзылуынан болған апат роторлық тораптың дизайнын жақсартуға әкелді. Лопастьтың инерциялық және серпімді қозғалысын қамтамасыз ету үшін артқы тіреу қосылды, бұл лопастьтың алға және артқа жылжуына мүмкіндік берді және лопасть қозғалысының нәтижесінде туындаған жазықтықтағы кернеуді жеңілдетті. Бұл жетістік 1928 жылғы 18 қыркүйекте Англия жоғарына алғашқы роторлы ұшаққа және одан кейін Еуропа бойынша саяхат жасаған Cierva C.8-ге әкелді. АҚШ өнеркәсіпшісі Харольд Фредерик Питкэрн автогироның сәтті ұшулары туралы білгеннен кейін Испаниядағы де ла Сиерваға барды. 1928 жылы ол Артур Х.К.А. Роусон басқарған C.8 L. IV сынақ ұшуынан кейін Англияда тағы да онымен кездесті. Автогироның қауіпсіз тік түсу қабілетіне қатты әсерленген Питкэрн Райт Вирлвинд қозғалтқышы бар C.8 L. IV сатып алды. 1928 жылғы 11 желтоқсанда Роусонмен бірге АҚШ-қа келген бұл автогиро C.8W деп қайта аталды. Де ла Сиерваның алғашқы автогироларында тұрақты роторлық тораптар, кішкентай тұрақты қанаттар және тұрақты қанатты ұшақтардың басқару беттері болды. Төмен жылдамдықтарда басқару беттері тиімсіз болып, әсіресе қону кезінде басқаруды жоғалтуға әкелуі мүмкін. Оған жауап ретінде де ла Сиерва тікелей басқару роторлық торабын жасады, оны ұшқыш кез келген бағытта бұруға болатын. Де ла Сиерваның тікелей басқаруы алғаш рет Cierva C.19 Mk. V-те жасалды және 1934 жылғы Cierva C.30 сериясында өндіріске енгізілді. 1934 жылғы наурызда бұл типтегі автогиро кеме палубасына ұшып, қонған алғашқы роторлы ұшақ болды, C.30 испан теңіз флотының су ұшағына арналған Dédalo кемесінде сынақтар жүргізді. Сол жылдың соңында, қазан айында Астуриядағы солшыл көтеріліс кезінде автогиро адал әскерлер үшін барлау рейсін жасады, бұл роторлы ұшақтың әскери қолданылуының алғашқы жағдайы болды. Вертолеттердің жетілдірілуі оларды практикалық еткенде, автогиролар көбінесе назардан тыс қалды. Сонымен қатар, олар жердің резонансына бейім болды.

Қысқы соғыс

1939–1940 жылдардағы Қысқы соғыс кезінде Қызыл Армия Әуе күштері артиллериялық батареяларға отты түзеу үшін қаруланған Камов А-7 автогироларын пайдаланды, олар 20 жауынгерлік ұшуды жүзеге асырды. А-7 – жауынгерлік қолдануға арналған алғашқы роторлық қанатты ұшақ болды, ол бір 7,62×54 мм РВ-1 пулеметімен, екі Дегтярев пулеметімен және алты РС-82 ракетасы немесе төрт ФАБ-100 бомбасымен жарақталған.

Екінші дүниежүзілік соғыс

Avro Rota автогиры, Cierva C.30 әскери нұсқасы, Ұлыбритания шайқасы кезінде және одан кейін жағалаудағы радар станцияларын калибрлеу үшін Корольдік әуе күштері қолданды. Екінші дүниежүзілік соғыста Германия U- қайықтарымен сүйрейтін Focke Achgelis Fa 330 "Bachstelze" (құйрыққұс) атты өте кішкентай гироглидерлік роторлы желкенді пайдаланды, ол әуеден бақылау жүргізуге арналған. Жапон императорлық армиясы Каяба Ка 1 автогирын барлау, артиллерияны бақылау және су астына қарсы қолдану үшін жасады. Ка-1 1938 жылы Жапонияға алғаш рет импортталған Kellett KD 1 негізінде құрылды. Бастапқыда бұл аппаратты бақылау платформасы ретінде және артиллерияны бақылау үшін жасаған. Әскерге ұшақтың қысқа ұшып-қону қашықтығы және әсіресе техникалық қызмет көрсетудің қарапайымдығы ұнады. Өндіріс 1941 жылы басталды, аппараттар артиллерия бөлімшелеріне снарядтардың түсуін бақылауға берілді. Олардың құрамында екі экипаж мүшесі болды: ұшқыш және бақылаушы. Кейін жапон армиясы жағалаудағы су астына қарсы қорғануға арналған екі ұшақ тасымалдағыш құрылысқа тапсырыс берді. Ка-1 автогирындағы бақылаушы орнына бір шағын тереңдік бомбасы орнатылуы мүмкін болды. Ка-1 автогирлары екі шағын тасымалдағыштан және жағалаудағы базалардан жұмыс істеді. Олар кем дегенде бір су асты кемесін батыруға себеп болған болуы мүмкін. 1941 жылдың маусымында неміс басқыншылығы басталғанда, Кеңес Әуе күштері Камов А 7 экипажы мен жердегі техникалық қызметкерлерді даярлау үшін жаңа курстар ұйымдастырды. 1941 жылдың тамызында Қызыл Армияның бас артиллериялық басқармасының шешімімен, даярланған ұшқыштар тобы мен бес жауынгерлік дайын А 7 автогиры негізінде 1-ші автогирлік артиллериялық бақылау эскадрильясы құрылды. Бұл эскадрилья Кеңес Әуе күштерінің 24-ші армиясының құрамына енгізіліп, Смоленск маңындағы Елня ауданында жауынгерлік тапсырмаларды орындады. 1941 жылдың 30 тамызынан 5 қазанына дейін автогирлер артиллерияны бақылау үшін 19 жауынгерлік ұшу жасады. Бірде-бір автогир ұрыс кезінде жоғалтылмады, бірақ 1942 жылы ұшақтардың жетіспеушілігіне байланысты эскадрилья таратылды. B 8M пилотсыз ұшқыштарды ұшыруға арналған McCulloch қозғалтқыштарын пайдалану үшін жасалған. Кен Уоллис 1960 жылдары Англияда шағын автогир – Уоллис автогирын жасады, ал Уоллис дизайнына ұқсас автогирлер көп жылдар бойы пайда болды. Кен Уоллистің конструкциялары әртүрлі жағдайларда қолданылды, соның ішінде әскери дайындық, полиция барлауы, Лох-Несс монстрының іздеуі және 1967 жылғы "Сен тек екі рет өмір сүресің" атты Джеймс Бонд фильмінде пайда болды. Федералды авиация басқармасы коммерциялық өндіріс үшін үш түрлі автогир конструкциясын сертификаттады: 1965 жылғы Umbaugh U 18 / Air & Space 18A, 1967 жылғы Avian 2/180 Gyroplane және 1972 жылғы McCulloch J 2. Олардың барлығы әртүрлі себептерге байланысты коммерциялық сәтсіздікке ұшырады. Kaman KSA 100 SAVER (Stowable Aircrew Vehicle Escape Rotorseat) – АҚШ Теңіз күштері үшін жасалған, ұшақта сақтауға болатын гиропланнан құтылу құралы. Теңіз жауынгерлік ұшақтарына орнату үшін жобаланған, тек бір данасы жасалды және ол пайдалануға енгізілген жоқ. Ол Williams WRC 19 турбовентиляторлық қозғалтқышпен жабдықталған, бұл оны алғашқы реактивтік автогир етті.

Бенсен гирокоптері

Бенсен гирокоптерінің негізгі конструкциясы – алюминий немесе мырышталған болаттан жасалған төртбұрышты құбырлардан тұратын қарапайым қаңқа, жеңіл құбырлардан жасалған үшбұрыштармен күшейтілген. Бұл конструкция жүктемені бұрандаларға емес, құбырларға немесе арнайы бекіткіштерге түсіру үшін жасалған. Алдыңғы бөліктен артқы бөлікке созылатын кілемше басқарылатын алдыңғы доңғалек, орындық, қозғалтқыш және тік стабилизаторды ұстайды. Негізгі доңғалектер оське орнатылған. Кейбір үлгілерде суға түсіріліп жұмыс істеу үшін гидросамолет стиліндегі жүзу құралдары орнатылуы мүмкін. Бенсен типіндегі автогиролар қарапайымдылық үшін және ұшқыштың көру мүмкіндігін арттыру үшін итеру конфигурациясын қолданады. Қуат беру үшін әртүрлі қозғалтқыштар қолданылуы мүмкін. Бенсен типіндегі конструкцияларда Маккалоч дрон қозғалтқыштары, Ротакс теңіз қозғалтқыштары, Субару автомобиль қозғалтқыштары және басқа да түрлері пайдаланылған. Ротор тік тіреудің үстіне орнатылған. Бенсен типіндегі барлық автогиролардың ротор жүйесі екі қанатты, серпімді дизайннан тұрады. Бұл ротор дизайнының кейбір кемшіліктері бар, бірақ ротордың қарапайымдығы құрастыру мен күтіп ұстауды жеңілдетеді және оның танымалдығының бір себебі болып табылады. Алғашқы Бенсен конструкцияларында ұшақ сапасындағы қайың ағашы қолданылған, ал әлемдік жылдамдық рекордын ұстап тұрған Уоллис конструкциясында ағаш/болат композиты пайдаланылған. Гироплан роторлары алюминий және GRP негізіндегі композиттер сияқты басқа материалдардан да жасалады. Бенсеннің табысы бірнеше басқа конструкцияларға түрткі болды, олардың кейбіреулері ауырлық центрі мен итеру күшінің бағыты арасындағы қателіктерге байланысты қауіпті болды, бұл пилоттың өліміне әкелетін (PPO немесе buntover) күшті итеруге алып келді және гиропландарға жалпы алғанда, де ла Сиерваның бастапқы ниеті мен ерте статистикасына қарағанда жаман репутация берді. Қазіргі заманғы автогиролардың көпшілігі PPO қаупінен қорғалған.

ХХІ ғасырдағы дамуы мен қолданылуы

2002 жылы Groen Brothers Aviation компаниясының Hawk 4 ұшағы Юта штатының Солт-Лейк-Сити қаласында өткен қысқы Олимпиада мен Паралимпиада ойындарында периметрлік күзетуді қамтамасыз етті. Ұшақ 67 миссияны орындап, 90 күндік келісім шарты аясында 75 сағат техникалық қызмет көрсетілмейінше ұшу уақытын жинақтады. Әлем бойынша 1000-нан астам автогиро әскери және құқық қорғау органдары тарапынан қолданылады. АҚШ полициясының алғашқылары автогироны бағалауға кірісті, бұл жобаға АҚШ Әділет министрлігінен 40 000 долларлық грант және қалалық қаражаттар бөлінді. Ол 40 түйінмен соққан желде де қонуға қабілетті болғанымен, ротор желдің күшті соғуы кезінде бақылаудан шығып, ұсақ апатқа ұшырады. 2009 жылдан бастап Ирак Күрдістанында бірнеше жоба іске асырылды. 2010 жылы алғашқы автогиро Күрдістанның ішкі істер министрі Карим Синджариге тапсырылды. Ішкі істер министрлігі үшін жобаның мақсаты – Эрбиль, Сулеймания және Дохук әуежайларының ұшу-қону жолдарын бақылау және террористік шабуылдардың алдын алу үшін ұшқыштарды даярлау болды. Гироплан ұшқыштары Күрдістан полициясы ұшқыштар тобының негізін құрайды, олар Eurocopter EC 120 B тікұшақтарында ұшуға оқытылады. 2009 жылдан 2010 жылға дейінгі 18 ай ішінде неміс ұшқыштары Мелани мен Андреас Штуцфор автогиромен әлемді аралап, Еуропа, Оңтүстік Африка, Австралия, Жаңа Зеландия, АҚШ және Оңтүстік Америкада әртүрлі гироплан түрлерін сынап көрді. Бұл оқиға "WELTFLUG – The Gyroplane Dream" кітабында және "Weltflug.tv – The Gyrocopter World Tour" фильмінде баяндалған.

Тікұшақтың автогирациясы

Автогиростар тікұшақтар емес, бірақ тікұшақтар авторотация жасауға қабілетті. Егер тікұшақтың қозғалтқышы істен шықса, ұшқыш роторды айналдырып тұру үшін ұжымдық қанатын реттей алады, бұл ротор дискісінің авторотациясы арқылы жеткілікті көтергіштік тудырып, салыстырмалы түрде жұмсақ қонуға және сырғанауға мүмкіндік береді.

Ұлыбритания сертификаттау

Кейбір автогироскоптар, мысалы Rotorsport MT03, MTO Sport (ашық тандем) және Calidus (жабық тандем), сондай-ақ Magni Gyro M16C (ашық тандем) & M24 (жанама орналасқан) Ұлыбританияның Азаматтық авиация органы (CAA) британдық азаматтық ұшуға жарамдылық талаптарына сәйкес CAP643 бөлімT бойынша типтік мақұлдауға ие. Басқалары ҰБ-ға ұқсас Popular Flying Association ұсынған ұшуға рұқсат бойынша жұмыс істейді, АҚШ тәжірибелік әуе кемесінің сертификаттауынша. Алайда, CAA автогироскоптардың қауіпсіздік көрсеткіштері нашар деген пікір білдіргендіктен, ұшуға рұқсат тек қана қолданыстағы автогироскоп түрлеріне ғана беріледі. Автогироскоптың барлық жаңа түрлері CAP643 Т бөлімі бойынша толық типтік мақұлдау үшін ұсынылуы тиіс. CAA тығыз қоныстанған жерлерде гироскоптық ұшуға рұқсат береді. 2005 жылы CAA бір орындық автогироскоптардың жұмысын шектеу үшін міндетті рұқсат директивасын (MPD) шығарды, ол кейіннен 2005 жылдың 12 тамызында жарияланған CAP643 3-шы нұсқасына енгізілді. АҚШ Федералдық авиация басқармасы білікті автогироскоптарға стандартты ұшуға жарамдылық сертификатын береді. Әуесқойлармен жасалған немесе жинақталған әуе кемелері эксперименттік санаттағы арнайы ұшуға жарамдылық сертификаты бойынша пайдаланылады. FAR 1.1 бойынша FAA, ұшуға жарамдылық сертификатының түріне қарамастан, барлық автогироскоптар үшін "гироплан" терминін қолданады.