9. Реактивные вертолеты и автожиры
В реактивных вертолетах силовая установка может приводить во вращение его несущий воздушный винт тремя способами. Первый способ, механический привод, заключается в том, что вращение на винт передается через редуктор от вала турбины двигателя, этот способ реализуют турбовинтовые двигатели. Второй способ, газовый привод, заключается в том, что сжатый воздух или газ из силовой установки по трубопроводам подается к концам лопастей винта. Там он истекает из специальных насадков и создает реактивную тягу, раскручивая винт. Третий способ, непосредственный привод, заключается в том, что реактивные двигатели непосредственно устанавливаются на концах лопастей несущего винта и приводят его во вращение.
В 1921 г. советский ученый и авиаконструктор профессор Б.Н. Юрьев, который разработал свои первые вертолеты еще в 1909–1914 гг., впервые в мире предложил принципиальную схему вертолета с дискообразным корпусом. Известны схемы его двух аппаратов, представлявших собой осесимметричные тела с внутренним расположением по вертикальной оси двигателей и несущих винтов, которые засасывали воздух через расположенный на оси сверху воздухозаборник и вместе с выхлопом двигателя выбрасывали его вниз под аппарат, создавая реактивную струю под ним. Внутри корпуса располагался отсек для экипажа. Конечно, имевшиеся в то время маломощные авиационные двигатели способны были создать только воздушную подушку под аппаратом. В нашей стране аппараты подобной схемы накануне и во время войны считались экзотикой, поэтому работы в области создания дископодобных вертолетов не финансировались.
Совсем другая картина наблюдалась в Германии в конце 1930-х – начале 1940-х гг., где идею создания дископодобных летательных аппаратов сначала подхватили отдельные энтузиасты, а затем начались работы в некоторых фирмах. Так, например, в Институте гидроаэродинамики (Геттинген) исследованиями в этой области занимался директор института профессор Л. Прандтль и его сотрудники В. Киннер и М. Хансен. К 1941 г. доктор A. Липпиш, работая на фирме «Мессершмитт», также экспериментировал с круглыми крыльями, модели его проекта J1253 испытывались в аэродинамических трубах Геттингена. С появлением у немцев мощных поршневых, а затем и реактивных двигателей, помимо работ по вертолетам обычных схем, начались исследовательские работы по созданию вертикально взлетающих летательных аппаратов дископодобной формы – дисковых автожиров и дисковых вертолетов (с внешним или внутренним расположением ротора), которые предполагалось использовать в качестве штурмовиков. Все эти работы велись в условиях строжайшей секретности.
Wn 342
В самом начале Второй мировой войны немецкий ВМФ выпустил спецификацию на одноместный разведывательный вертолет для малых кораблей и подводных лодок. Одно из предложений, в основу которого был положен принцип непосредственного привода несущего винта с помощью реактивных струй продуктов сгорания, истекающих из маленьких камер сгорания на концах лопастей, поступило от австрийца доктора Фридриха фон Добльхоффа, вместе с которым работали инженеры Лауфер и Штефан. Это предложение было принято, а разработчикам предоставили производственные мощности фирмы WNF (Wiener Neustadter Flugzeugwerke) в Целле-ам-Зе. Так как никто из разработчиков не имел опыта в конструировании вертолетов, то общее руководство проектом осуществлял профессор Г. Фокке.
Постройка первой опытной машины, получившей обозначение Wn 342, началась в октябре 1942 г. В качестве силовой установки использовался двигатель Walter Micron мощностью 60 л. с., который приводил во вращение компрессор. Сжатый компрессором воздух вместе с топливом, подогретым выхлопными газами двигателя, вводился в полые лопатки несущего винта, образовавшаяся топливовоздушная смесь сжигалась в камерах на концах лопастей, а истекающие реактивные струи продуктов горения приводили несущий винт во вращение. Первые летные испытания (взлет-посадка) успешно проводились в заводском цеху в 1943 г.
Испытания показали большое преимущество выбранной схемы – несложность конструкции и экономия веса из-за отсутствия передаточного механизма для вращения несущего винта, а также отсутствие крутящего момента. Однако был выявлен и существенный недостаток – очень высокий расход топлива при выполнении полета. Это побудило Добльхоффа предусмотреть возможность совершать горизонтальный полет в режиме автожира, для чего на второй опытный образец поставили толкающий воздушный винт, включавшийся с помощью сцепления, и двигатель мощностью 90 л. с.
Взлетал Wn 342 вертикально как вертолет, в режиме висения над взлетной площадкой летчик включал сцепление, с помощью которого ПД приводил во вращение воздушный винт, и аппарат далее переходил в горизонтальный полет, выполняя его как автожир. На третьей и четвертой опытных машинах поставили ПД BMW-Bramo Sh 14A мощностью 160 л. с., до конца войны общий налет Wn 342V4 составил около 25 часов. В самом конце войны четвертая машина была захвачена американцами и вывезена в США, где и испытывалась.
Характеристики Wn 342V4: экипаж – 1 человек, силовая установка – 1 х ПД Sh 14A мощностью 160 л. с., диаметр ротора – 9,96 м, вес пустого – 430 кг, максимальный взлетный вес – 640 кг, максимальная скорость – 40 км/ч.
Fa 283
Проект вертолета Fa 283 обычной схемы был разработан на фирме «Фокке-Ахгелис» в середине войны. В качестве силовой установки использовался ТВД, установленный в задней части фюзеляжа и приводивший во вращение трехлопастный несущий винт, реактивное сопло двигателя находилось в хвосте. Вертолет имел самолетное хвостовое оперение, воздухозаборники двигателя располагались по бокам фюзеляжа, кабина экипажа размещалась в носу вертолета. Проект не реализовывался, характеристики вертолета неизвестны.
Ка-1
В 1939 г. для японской армии был закуплен в США двухместный автожир КD-1А разработки фирмы «Келлет». Этот автожир, оснащенный двигателем L-4M4 мощностью 225 л. с., предназначался для использования в качестве артиллерийского корректировщика. Во время летных испытаний автожир был разбит, после чего его передали фирме «Каяба cейсакусо» с целью создания аналогичного японского аппарата.
Первый аппарат, выпущенный фирмой под названием Ка-1 и оснащенный немецким поршневым двигателем «Аргус» As 10с, взлетел 26 мая 1941 г. После успешных испытаний автожира, во время которых он продемонстрировал возможность взлетать с полосы длиной всего 30 м, было принято решение о запуске его в серию. Серийные аппараты стали поступать на вооружение артиллерийских частей. Вскоре начался выпуск одноместных противолодочных аппаратов, которыми вооружались гражданские суда, переоборудованные для военных целей. Морской вариант автожира мог нести две 60-кг глубинные бомбы.
«Каяба» использовала немецкий опыт, полученный при разработке реактивного вертолета Wn 342, для модернизации своего автожира. Один из экспериментальных образцов под обозначением Ka-1 Каи оснащался небольшими РДТТ на законцовках лопастей несущего винта для его принудительной раскрутки во время взлета, в то время как другой аппарат под обозначением Ka-2 оснащался двигателем Jacobs L-2MA-7 мощностью 240 л. с. и небольшими ПВРД на концах лопастей несущего винта.
Характеристики Ка-1: экипаж – 2 человека, силовая установка – 1 х ПД As 10с мощностью 240 л. с., длина – 9,2 м, диаметр ротора – 12,2 м, вес пустого – 775 кг, максимальный взлетный вес – 1170 кг, максимальная скорость – 165 км/ч, крейсерская скорость – 115 км/ч, время набора высоты 2000 м – 7,5 минуты, практический потолок – 3500 м, вооружение – две 60-кг глубинные бомбы.
Helioplane
В 1939 г. А. Эпп, служивший авиационным механиком в одной из строевых частей люфтваффе, разработал роторно-реактивный летательный аппарат, который он назвал Helioplane. Helioplane имел несущий ротор с лопастями, приводившийся во вращение двумя двигателями Пабста, закрепленными на его ободе. Маленький пропеллер на вершине куполообразной кабины обеспечивал управление аппаратом, а поступательное движение аппарата обеспечивали два ТРД, установленные в нижней части корпуса под ротором. Фактически аппарат Эппа представлял собой вертолет с безмоментным несущим ротором. Но этот проект не мог быть реализован из-за того, что реактивные двигатели в то время были еще только на стадии разработки. Тогда он, воспользовавшись помощью и влиянием своего покровителя генерала Э. Удета, предложил эту модель летающего диска министерству авиации Германии, однако дальнейшего продолжения работа не имела.
Omega Diskus
К 1943 г. А. Эпп разработал новый проект дискового вертолета Omega Diskus, который он предлагал использовать в качестве штурмовика. Аппарат имел корпус в виде диска диаметром 19 м, в центре которого размещалась круглая кабина экипажа диаметром 4 м. На оси диска сверху над корпусом располагался двухлопастный винт диаметром 22 м с двумя ПВРД на законцовках лопастей. Винт крепился на оси жестко, как у автожира. В корпусе аппарата имелись восемь дополнительных двигателей As 8A мощностью по 80 л. с. с четырехлопастными винтами, каждый двигатель устанавливался в вертикальном канале диаметром 3 м.
