Введение
Наконечная струя — это реактивное сопло на конце лопастей некоторых вертолётов, используемое для вращения ротора, подобно фейерверку «Катеринино колесо». Наконечные струи заменяют обычный привод вала и имеют преимущество в отсутствии крутящего момента на фюзеляже, что исключает необходимость в хвостовом винте. Некоторые простые монокоптеры состоят всего лишь из одной лопасти с ракетным двигателем на конце. Наконечные струи могут использовать сжатый воздух, подаваемый отдельным двигателем, для создания реактивной тяги. Другие типы используют систему, аналогичную форсажной камере обычного реактивного двигателя, но вместо дожигания газовой струи они служат основным нагревателем, создавая тягу, превышающую тягу от потока предварительно сжатого воздуха; наиболее точное описание этого – увеличение тяги. Другие конструкции включают прямоточные воздушно-реактивные двигатели или даже полноценные турбореактивные двигатели. Некоторые, известные как системы «ракета на роторе», предполагают установку ракет на концы лопастей ротора, топливо для которых подаётся из бака. В случае отказа двигателя вертолёта, наконечные струи на роторе увеличивают момент инерции, позволяя накапливать энергию, что несколько облегчает выполнение успешной авторотации. Однако наконечная струя также обычно создаёт значительное дополнительное аэродинамическое сопротивление, требующее более высокой скорости снижения и означающее, что для выживания необходимо очень быстро перейти к посадке с использованием закрылков, практически без права на ошибку.
A tip jet is a jet nozzle at the tip of some helicopter rotor blades, used to spin the rotor, much like a Catherine wheel firework. Tip jets replace the normal shaft drive and have the advantage of placing no torque on the airframe, thus not requiring the presence of a tail rotor. Some simple monocopters are composed of nothing but a single blade with a tip rocket. Tip jets can use compressed air, provided by a separate engine, to create jet thrust. Other types use a system that functions similarly to the afterburner (reheat) on a conventional jet engine, except that instead of reheating a gas jet, they serve as the primary heater, creating greater thrust than the flow of pre compressed air alone; the best description of this is thrust augmentation. Other designs includes ramjets or even a complete turbojet engine. Some, known as rocket on rotor systems, involve placing rockets on the tips of the rotor blades that are fueled from a tank. If the helicopter's engine fails, the tip jets on the rotor increase the moment of inertia, hence permitting it to store energy, which makes performing a successful autorotation landing somewhat easier. However, the tip jet also typically generates significant extra air drag, which demands a higher sink rate and means that a very sudden transition to the landing flare must occur for survival, with little room for error.
Происхождение
В 1900-х годах австриец Людвиг Витгенштейн исследовал возможность использования концевых реактивных сопел для привода воздушного винта, изучая аэронавтику в Манчестерском университете в Великобритании. Концепция Витгенштейна заключалась в том, чтобы воздух и газ подавались по лопастям винта в камеры сгорания на их концах, где эти газы сжимались бы за счет центробежной силы, создаваемой вращающимися лопастями, и тем самым генерировали достаточно тепла для воспламенения. Дальнейшему прогрессу в разработке винта с реактивным приводом препятствовало отсутствие у Витгенштейна практического опыта работы с механизмами. В конечном итоге он потерял интерес к авиации и прекратил свою инженерную деятельность. Витгенштейн впоследствии прославился как философ. В 1920-х годах итальянский авиационный инженер Витторио Исакко спроектировал и построил несколько необычных винтокрылых аппаратов, известных как Helicogyre. В 1929 году Helicogyre K1171 был изготовлен британской авиастроительной компанией S. E. Saunders Limited и доставлен по суше в Королевский авиационный исследовательский институт (RAE) в Фарнборо, где он подвергся ограниченным испытаниям, после чего программа была закрыта. Хотя Helicogyre не использовал концевые реактивные сопла, а приводился в движение поршневыми двигателями, расположенными на концах несущего винта, Исакко предвидел, что их можно будет заменить реактивными двигателями. Еще одним пионером в области концевых реактивных сопел был русский инженер-американец Юджин Майкл Глухарёв, изобретатель реактивного двигателя Gluhareff Pressure Jet.
В полете
Во время Второй мировой войны немецкий инженер Фридрих фон Доблхофф предложил использовать реактивные двигатели, расположенные на концах лопастей несущего винта, для привода вертолета. Его идея была развита, и в 1943 году WNF 342 V1 стал первым вертолетом с реактивными двигателями на концах лопастей; он использовал обычный поршневой двигатель для привода как компактного воздушного винта, так и воздушного компрессора, обеспечивающего подачу воздуха (впоследствии смешанного с топливом) по каналам в корневой втулке и полым лопастям несущего винта в камеры сгорания, установленные на концах лопастей. Помимо экспериментального использования WNF 342 в Германии, два прототипа были получены Соединенными Штатами к концу конфликта. Впоследствии Доблхофф присоединился к американскому производителю самолетов McDonnell Aircraft, который разработал и испытал экспериментальный гироплан McDonnell XV 1 в начале 1950-х годов. Этот винтокрылый аппарат был классифицирован как конвертоплан; его силовая установка состояла из одного радиального двигателя Continental R 975, который приводил в действие пару воздушных компрессоров для подачи воздуха высокого давления по трубопроводам в лопасти несущего винта в камеры сгорания на каждом из трех концов лопастей, где горелка воспламеняла топливо для увеличения тяги, приводящей в движение несущий винт и позволяющей аппарату лететь подобно обычному вертолету. Однако при горизонтальном полете компрессоры отключались от двигателя, который вместо этого приводил в действие двухлопастный толкающий винт; в полете вперед 80 процентов подъемной силы обеспечивалось крылом, а остальное создавалось несущим винтом, который переходил в авторотацию примерно на 50 процентах своих оборотов при непосредственном приводе. XV 1 был отменен из-за его чрезмерной сложности и быстрых успехов в развитии обычных вертолетов. Инженеру Августу Степану приписывают создание реактивных двигателей для концов лопастей, использованных британской авиастроительной компанией Fairey Aviation. После Второй мировой войны компания Fairey Aviation проявила интерес к разработке винтокрылых аппаратов, создав Fairey FB 1 Gyrodyne в соответствии со спецификацией E.16/47. Второй FB 1 был модифицирован для изучения ротора с реактивными двигателями на концах лопастей в сочетании с парой пропеллеров, установленных на коротких крыльях; позже он был переименован в Jet Gyrodyne. Другой винтокрылый аппарат, разработанный фирмой, Fairey Ultra light Helicopter, представлял собой компактный двухместный аппарат с боковым расположением сидений, использовавший реактивные двигатели на концах лопастей, работающие от одного турбореактивного двигателя Turbomeca Palouste. Компания получила контракт от Министерства снабжения на постройку четырех летных образцов; возможности Ultra light были продемонстрированы на многочисленных военных учениях, авиашоу и даже в море. Однако британская армия стала уделять больше внимания конкуренту Saunders Roe Skeeter, предположительно из-за интереса к последнему со стороны правительства Германии. Компания Fairey приступила к разработке Fairey Rotodyne, привлеченная спецификацией, разработанной авиакомпанией British European Airways (BEA) для пассажирского винтокрылого аппарата, известного как BEA Bus. 6 ноября 1957 года прототип Rotodyne совершил свой первый полет, пилотируемый главным летчиком-испытателем вертолетов, руководителем эскадрильи W. Ron Gellatly, и помощником главного летчика-испытателя вертолетов, лейтенант-командующим John G. P. Morton, в качестве второго пилота. 10 апреля 1958 года Rotodyne совершил свой первый успешный переход от вертикального полета к горизонтальному и обратно в вертикальный. 5 января 1959 года Rotodyne установил мировой рекорд скорости в категории конвертопланов, на скорости 307,2 км/ч, на замкнутой трассе длиной 100 км. И BEA, и RAF публично выразили заинтересованность в Rotodyne, последняя разместила предварительный заказ на этот тип. Сообщалось, что более крупная версия Rotodyne Z может быть разработана для размещения до 75 пассажиров и, при оснащении двигателями Rolls Royce Tyne, будет иметь расчетную крейсерскую скорость 370 км/ч. Он мог перевозить почти 8 тонн (7 тонн) груза; груз мог включать несколько британских армейских машин и неповрежденный фюзеляж некоторых истребителей. Несмотря на то, что большая часть работы по разработке была завершена, британское правительство заявило, что не будет оказывать дальнейшую поддержку Rotodyne по экономическим причинам. Соответственно, 26 февраля 1962 года официальное финансирование Rotodyne было прекращено.
В производство
Французский авиастроитель Sud Ouest стал первой компанией, достигшей серийного производства роторкрафта, использующего реактивную тягу на концах лопастей. Французская армия поддержала строительство большой предсерийной партии из 22 вертолетов для проведения оценочных испытаний. Первый из них совершил полет 23 сентября 1954 года. Три предсерийных роторкрафта были приобретены армией США под обозначением YHO 1 для собственных испытаний; по мнению авиационного автора Стэнли С. Макгоуэна, армия США проявляла к этому типу мало интереса. Однако, по словам автора Уэйна Мутзы, армия США сочла YHO 1 отличной платформой для вооружения, но была вынуждена отказаться от дальнейшего интереса из-за политического противодействия закупке роторкрафта иностранной разработки. Помимо французской армии, еще десять стран разместили заказы на этот тип, в том числе партия из шести роторкрафтов, приобретенных немецкой армией. Производство Djinn было прекращено в середине 1960-х годов, к этому времени было построено в общей сложности 178 машин; тип был фактически заменен более традиционным и высокоуспешным Aérospatiale Alouette II. Некоторые Djinn были проданы гражданским операторам, где они часто оснащались для сельскохозяйственных работ, включая установку химических баков и распылительных устройств. В конце 1950-х годов компания Sud Aviation изучала усовершенствованную версию Djinn, временно обозначенную как Djinn III или Super Djinn. Предполагалось, что Super Djinn получит более мощный двигатель Turbomeca Palouste IV, а также другие изменения для увеличения мощности и продолжительности полета по сравнению с серийной моделью.
Ракеты
(Примечание: топливо и окислитель подаются в камеры сгорания на концах ротора.) Ротационная ракета Roton ATV – американская концепция многоразовой ракеты, первоначально спроектированная с ротором, приводимым в движение реактивными струями на концах лопастей.
Неизвестный
Сикорский XV-2, конвертоплан, использовавший однолопастной ротор с возможностью остановки и противовесом для обеспечения устойчивости, а также концевые сопла для привода ротора. Ротор втягивался в верхнюю часть фюзеляжа при остановке, после чего XV-2 летел как обычный самолет на дельтавидных крыльях. Проект был отменен до постройки.