Введение
Тип воздушного судна VTOL класс винтового самолета A гиродинамика - это тип воздушного судна VTOL с системой, подобной вертолетному ротору, которая приводится в движение двигателем только для взлета и посадки и включает в себя один или несколько обычных винтовых или реактивных двигателей для обеспечения тяги вперед во время круизного полета. Во время полета вперед ротор не работает и свободно вращается, как автогиро (но в отличие от вертолета-композитора), а подъем обеспечивается комбинацией ротора и обычных крыльев. Гиродин является одной из ряда подобных концепций, которые пытаются объединить в себе характеристики вертолета на низких скоростях с обычными высокими скоростями на крыльях, включая наклонороторы и наклоночные крылья. В ответ на запрос Королевского флота на вертолет, доктор Джеймс Аллан Джеймисон Беннетт разработал гиродину, будучи главным инженером компании Cierva Autogiro. Гиродин был задуман как промежуточный тип винтового самолета, его ротор работал параллельно траектории полета, чтобы минимизировать осевой поток с одним или несколькими винтами, обеспечивающими движение. Патент Беннетта охватывал различные конструкции, что привело к некоторой терминологической путанице другим вопросам, включая товарную марку Gyrodyne Company of America и классификацию роторкрафта Федеральным авиационным управлением (FAA). В последние годы появилась концепция, связанная с этим, и называется "гелиплан". Первоначально термин использовался для продажи гиропланов, построенных двумя разными компаниями, но затем был принят для описания программы Агентства перспективных исследовательских проектов обороны (DARPA) по разработке достижений в технологии вертолетов с целью преодоления существующих ограничений вертолетов как по скорости, так и по полезной нагрузке.
a class of rotorcraft
A gyrodyne is a type of VTOL aircraft with a helicopter rotor like system that is driven by its engine for takeoff and landing only, and includes one or more conventional propeller or jet engines to provide forward thrust during cruising flight. During forward flight the rotor is unpowered and free spinning, like an autogyro (but unlike a compound helicopter), and lift is provided by a combination of the rotor and conventional wings. The gyrodyne is one of a number of similar concepts which attempt to combine helicopter like low speed performance with conventional fixed wing high speeds, including tiltrotors and tiltwings. In response to a Royal Navy request for a helicopter, Dr. James Allan Jamieson Bennett designed the gyrodyne whilst serving as the chief engineer of the Cierva Autogiro Company. The gyrodyne was envisioned as an intermediate type of rotorcraft, its rotor operating parallel to the flightpath to minimize axial flow with one or more propellers providing propulsion. Bennett's patent covered a variety of designs, which has led to some of the terminology confusion – other issues including the trademarked Gyrodyne Company of America and the Federal Aviation Administration (FAA) classification of rotorcraft. In recent years, a related concept has been promoted under the name heliplane. Originally used to market gyroplanes built by two different companies, the term has been adopted to describe a Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) program to develop advances in rotorcraft technology with the goal of overcoming the current limitations of helicopters in both speed and payload.
Принципы работы
В то время как обычный вертолет имеет двигательный ротор, который обеспечивает как подъем, так и тягу вперед, и способен выполнять истинные полеты, гироплан или автогироскоп имеет свободно вращающийся ротор, который полагается на независимый двигательный тяг, чтобы обеспечить скорость движения вперед и поддерживать вращение. Гиродин сочетает в себе аспекты каждого из них. Он имеет независимую тяговую систему, как автогиро, но также может управлять ротором, чтобы позволить вертикальный взлет и посадку; затем он переходит на свободное вращение, как автогиро во время круизного полета. В вертолете вращающиеся лопасти ротора притягивают воздух вниз через диск ротора; для получения тяги вперед диск ротора наклоняется вперед, чтобы воздух также дулся назад. В автогироскопе диск ротора, напротив, наклонен назад; поскольку основная тяга движет аппарат вперед, воздух течет через диск ротора снизу, заставляя его вращаться и создавать подъем. Гиродин способен переключаться между этими двумя режимами полета. Обычно гиродин также имеет фиксированные крылья, которые обеспечивают некоторую подъемную силу во время полета вперед, позволяя разгружать ротор. Компьютерная симуляция показала оптимальное распределение подъема в 9% для ротора и 91% для крыла. Однако, если ротор слишком слабо загружен, он может стать восприимчивым к неконтролируемому размахиванию.
История
В 1936 году в Великобритании главный инженер компании Cierva Autogiro доктор Джеймс Аллан Джеймисон Беннетт разработал промежуточный тип винтового самолета, который он назвал "гиродин", и который был представлен британскому правительству в ответ на спецификацию Министерства воздушных дел. В 1939 году Бэннету был выдан патент от Патентного ведомства Великобритании, присвоенный компании Cierva Autogiro. 23 августа 1940 года компания Autogiro Company of America, лицензиаты компании Cierva Autogiro Company, Ltd., подали соответствующую патентную заявку в Соединенных Штатах. 27 апреля 1943 года патент США No 2,317,340 был выдан компании Autogiro Company of America. Патенты описывают гиродину как: Концепция Беннетта описывала валовой ротор с антимоторным моментом и движением для трансляционного полета, обеспечиваемым одним или несколькими винтами, установленными на крыльях. При нагнетании, обеспечиваемом винтами при круизных скоростях, мощность будет предоставляться ротору только для преодоления профильного сопротивления ротора, работающего более эффективно, чем свободно вращающийся ротор автогиро в авторотации. Беннетт описал этот режим полета гиродина как "промежуточное состояние", требующее энергии, которая должна быть поставлена как ротору, так и двигательной системе.
Bennett's concept described a shaft driven rotor, with anti torque and propulsion for translational flight provided by one or more propellers mounted on stub wings. With thrust being provided by the propellers at cruise speeds, power would be provided to the rotor only to overcome the profile drag of the rotor, operating in a more efficient manner than the freewheeling rotor of an autogyro in autorotation. Bennett described this flight regime of the gyrodyne as an "intermediate state", requiring power to be supplied to both the rotor and the propulsion system.
Раннее развитие
C.41 гиродина, разработанная компанией Cierva Autogiro Company, Ltd. до Второй мировой войны, была обновлена и построена компанией Fairey Aviation как FB 1 Gyrodyne, начиная с 1945 года. Первоначально усилия по развитию Фейри возглавлял Беннетт, а затем его преемник доктор Джордж С. Хислоп. Джордж Б. Л. Эллис и Фредерик Л. Ходжесс, инженеры из компании Cierva Autogiro Company, Ltd., присоединились к Беннету в Fairey Aviation. Первый прототип Fairey Gyrodyne разбился во время испытательного полета, убив экипаж. Второй прототип был перестроен как Jet Gyrodyne и использовался для разработки системы привода ротора нагнетательного реактора для транспортного гироплана Rotodyne. На кончике каждого крыльца были винты, обращенные в обратную сторону, которые обеспечивали как управление поворотом, так и движение вперед. Jet Gyrodyne совершил первый полёт в 1954 году, а в марте 1955 года совершил настоящий переход от вертикального к горизонтальному полету. Это привело к созданию прототипа Fairey Rotodyne, который был разработан для сочетания эффективности самолета с фиксированным крылом в круизном режиме с возможностью VTOL вертолета для предоставления краткосрочных авиаперевозок из городских центров в аэропорты. Он имел короткие крылья, которые несли два турбовинтовых двигателя Napier Eland для движения вперед и до 40% веса самолета в полете вперед. Ротор был приводим в движение кончиками для взлета и посадки и трансляционного полета до 80 миль в час. Несмотря на значительный коммерческий и военный интерес во всем мире к прототипу Type Y Rotodyne для воздушного транспорта, британские заказы не были готовы, и финансовая поддержка британского правительства была прекращена в 1962 году. Новая материнская компания Westland Helicopters не увидела хороших причин для дальнейших инвестиций, и проект был остановлен. С окончанием программы Fairey Aviation развитие гиродина остановилось, хотя несколько подобных концепций продолжали разрабатываться.
Аналогичные события
В 1954 году McDonnell XV 1 был разработан как винтовой самолет с наклоночными реактивными двигателями для обеспечения вертикального взлета. У самолёта также были крылья и пропеллер, установленные на задней части фюзеляжа между двойными хвостовыми бревнами с двумя небольшими роторами, установленными на конце для управления поворотом. Второй прототип XV 1 стал первым в мире самолетом с винтовым двигателем, который превысил 200 миль в час в полете на уровне 10 октября 1956 года. Больше не было построено, и проект XV 1 был прекращен в 1957 году.
Автогиросоединения
В 1998 году компания Carter Aviation Technologies успешно выполнила испытание своего самолета-демонстратора. Самолет представляет собой автогироскопический самолет с высокоинерционным ротором и крыльями, оптимизированными для высокоскоростного полета. В 2005 году самолет продемонстрировал полет на скорости mu 1, при этом скорость кончика ротора равна скорости движения самолета вперед, без возникновения вибраций или проблем с управлением. Ротор с высокой инерцией позволил самолету на короткий момент парить во время посадки, даже если ротор не работает, а преротационная коробка передач позволяет ускорять ротор для взлета в стиле автогиро.
Вертолет
В 1954 году KYB построил самолет под названием Heliplane. Вертолет был Cessna 170B с крыльями, уменьшенными до кусочков, и ротором, работающим от кончиков. DARPA финансировала проект под названием "Heliplane" для разработки концепции гиродина около 2007 года. Самолеты, разработанные для проекта, будут использовать ротор для взлета и посадки вертикально, и зависать, вместе с существенными крыльями, чтобы обеспечить большую часть требуемой подъемной силы в круизном режиме, сочетая большую грузоподъемность, топливную эффективность и высокую круизную скорость самолетов с фиксированными крыльями с возможностями зависания вертолета. Проект был " многолетней программой на 40 миллионов долларов, четырех фаз. Groen Brothers Aviation работает над первой фазой этой программы, 15-месячная работа, объединяющая "гироплан" с бизнес-джетом с фиксированным крылом. Команда использовала Adam A700, в классе очень легких реактивных самолетов. Были проблемы с шумом самолетов, и программа была отменена в 2008 году. Один отраслевой журнал описывает постепенную эволюцию традиционных вертолетов как "медленную" и не имеющую революционных шагов, а нетрадиционные соединения все еще не получили широкого распространения.
Торговая марка
"Gyrodyne" был предоставлен в качестве товарного знака компании Gyrodyne Company of America в 1950 году. Компания не участвовала в разработке гиродина, а вместо этого производила турбиновый, дистанционно управляемый беспилотный вертолет с коаксиальными роторами для ВМС США, обозначенный как QH 50 DASH.