Геликоптер Б.Н.Юрьева.
Разработчик: Б.Н.Юрьев
Страна: Российская Империя
Постройка 1912 г.
Среди довольно многочисленных ранних работ по винтокрылым аппаратам — вертолетам (геликоптерам) работы Бориса Николаевича Юрьева, тогда студента Технического училища, занимают особое место. В отличие от эмпирических исканий других авторов и конструкторов в разных странах это были систематические и глубокие исследования, завершившиеся постройкой опытного аппарата.
Работы Б.Н.Юрьева значительно опережали общий уровень теории и практики в области создания вертолетов в то время. Им были выяснены вопросы поведения аппарата и его устойчивости на различных режимах полета, взлета и посадки и даны принципиальные схемы конструктивного выполнения основных элементов вертолета, особенно одновинтовой схемы. Предусмотрены были и другие возможные схемы вертолетов.
Работы Б.Н.Юрьева почти не публиковались в свое время, и большая часть его предложений нашла свое отражение в проектах и в построенных аппаратах лишь после 1927 года, когда в нашей стране развернулись работы по созданию вертолетов. Осуществление идей Б.Н.Юрьева позволило тогда достичь рекордных показателей.
В начале 1910 года Б.Н.Юрьев на основе теории винтов, разрабатываемой им тогда вместе с Григорием Харлампиевичем Сабининым, тоже студентом московского Технического училища, дал схему и проект одновинтового геликоптера под двигатель «Gnome» в 70 л.с. В проекте были четко оформлены основные элементы его схемы — корпус («ладья») с летчиком и управлением в носовой части, с силовой установкой в средней части и рулевым винтом-компенсатором па конце хвоста. Шасси — обычного типа, с большим ходом амортизации и с хвостовым костылем, предохранявшим рулевой винт от ударов о землю. Был предусмотрен и воздушный киль — немаловажная деталь для любого одновинтового вертолета, в котором отказ рулевого винта в полете при отсутствии киля равносилен катастрофе.
Поступательное движение в горизонтальной плоскости должно было осуществляться от горизонтальной составляющей суммарной тяги лопастей несущего винта, наклоненного (вместе с аппаратом) в сторону движения. Этот принцип полета вертолета впервые был выражен правильно и с предельной четкостью.
Для реализации такого полета Б.Н.Юрьев предложил в начале 1911 года механизм циклического изменения угла установки лопастей несущего винта за время одного полного его оборота. Механизм этот, названный им автоматом перекоса, был важнейшим изобретением, без которого полет вертолета вообще невозможен. Этот приоритет принадлежит России.
Из-за материальных трудностей и отсутствия двигателя «Gnome» в 70 л.с. Б.Н.Юрьев в том же 1910 году переделал свой проект под мотор «Gnome» в 50 л.с. с полным сохранением схемы. Но и этот проект не был осуществлен по тем же причинам. Б.Н.Юрьев разработал третий проект под более дешевый и доступный двигатель «Anzani» в 30 л.с. На этот раз проект удалось осуществить, поступившись при этом количеством и качеством работ. Не все части и детали удалось сделать из желаемого материала, не удалось выполнить автомат перекоса по проекту, лопасти не были поворотными. Несущий винт в построенном аппарате имел диаметр 8,0 м, больший, чем в первых проектах. Лонжероны лопастей — стальные трубы, нервюры и кромки — деревянные, обтяжка — полотно. Ширина лопастей 0,6 м, масса каждой 12,5 кг. Передаточное число от двигателя 1 : 12. Рулевой винт диаметром 2,5 м находился на расстоянии 6,0 м от основного. Передаточное число было 1 : 3,76. Фюзеляж — расчалочный, передняя часть его из деревянных брусков, задняя — из бамбука. Масса пустого аппарата составляла около 250 кг.
Геликоптер Юрьева был построен силами студенческого кружка Технического училища за три месяца и была закончена к весне 1912 года. С постройкой аппарата торопились т.к. преполагалось показать геликоптер на выставке, приуроченной ко Второму Всероссийскому воздухоплавательному съезду в Москве. Ввиду неполного осуществления проекта цели испытаний были поставлены ограниченные — определение тяги и моментов винтов. До начала испытаний аппарат экспонировался на выставке воздухоплавания в Москве. Позднее Б.Н.Юрьев писал: «Геликоптер вызвал к себе большое внимание, так как состоял из целого ряда совершенно новых механизмов, которые, как теперь видно в исторической перспективе, были созданы за границей в 1920 и 1930 годах (от автора: т.е. позже)». Конструктору было всего 22 года.
Б.Н.Юрьев получил малую золотую медаль «за прекрасную теоретическую разработку» проекта геликоптера. Еще до открытия выставки 30 марта 1912 года он сделал доклад о своих работах на Втором Всероссийском воздухоплавательном съезде. После выставки, уже осенью, были начаты испытания вертолета. Они прежде всего показали, что двигатель «Anzani» непригоден к работе в условиях сложных передач: работал неравномерно, вибрировал, не давал малых оборотов. Вскоре сломался вал несущего винта, сделанный из мягкой стальной трубы и на этом испытания пришлось прекратить.
Как вариант основной схемы Б.Н.Юрьев дал в 1910 году близкую схему одновинтового вертолета с двумя поперечными рулевыми винтами и в 1911 году другую схему — продольную, с передним и задним рулевыми винтами, осуществленную позже, в 1930 году, в первых советских вертолетах подобного типа. В процессе дальнейшей разработки он предложил ряд принципиальных схем многовинтовых вертолетов — от 2 до 14-винтового. Во все схемы входил один и тот же элемент — «мотор-винт», т.е. законченная силовая установка мощностью 10 и 20 л.с. Вместе с группой студентов Б.Н.Юрьев приступил к разработке и постройке такого типового элемента, для которого стали проектировать и специальный двигатель. Работы были прерваны в 1914 году, так как участники их были призваны на военную службу.
А теперь вернемся и более подробно разберем устройство автомата-перекоса. В 1910 году Б.Н.Юрьев разрабатывает одновинтовую схему вертолета. Для того чтобы реактивный момент, развиваемый одним винтом, не заставил вращаться сам корпус вертолета в обратную сторону, изобретатель применил дополнительные рулевые винты, расположенные справа и слева от несущего винта. В будущем его схема приобретет огромную популярность во всем мире. Сейчас в различных модификациях она лежит в основе 90 процентов вертолетов ведущих вертолетостроительных фирм мира. 26 сентября 1910 года по результатам своих трудов и согласно поданной заявке Борис Николаевич получил охранную грамоту (патент) от патентного бюро Департамента торговли и мануфактур России за № 45212. Но геликоптером трудно было управлять. В начале 1911 года Юрьев делает открытие, которым совершает почти революцию — он изобретает автомат-перекос. Часто употребляется термин «АВТОМАТ ПЕРЕКОСА». Очень важно отметить, что изобретение одновинтового геликоптера не имело бы столь большого значения, если бы Юрьевым не был изобретен АВТОМАТ ПЕРЕКОСА.
Схема автомата перекоса: 1 — вращающееся кольцо; 2 — невращающееся кольцо; 3 — обойма; 4 и 5 — поводки; 6 — кольцо вертикального перемещения; 7 — ручка циклического шага; 8 — ручка общего шага.
Конструкция автомата перекоса и втулки несущего винта представлена на рисунке. Внутреннее неподвижное кольцо 12 автомата перекоса при помощи так называемой карданной подвески крепится к кожуху вала. Наружное кольцо 2 автомата перекоса с помощью шарикоподшипников соединено с внутренним неподвижным кольцом и может вращаться. Тягами 4,6 и 11 наружное кольцо соединено с лопастями несущего винта и вращается вместе с ними и валом винта. Потянув тягу 7 с помощью ручки управления (одновременно подается вверх тяга 10), вертолетчик наклоняет вперед неподвижное, а вместе с ним и подвижное кольца автомата перекоса. Тяга 4 подается вниз, лопасть 5 поворачивается относительно осевого шарнира 9, угол установки лопасти уменьшается, и подъемная сила также уменьшается. У двух других лопастей угол установки, наоборот, увеличивается (тяги 11 и 6 при наклоне кольца автомата перекоса подаются вверх). Разница в подъемной силе лопастей заставляет вертолет наклониться. Поскольку винт вращается, угол установки лопастей будет меняться периодически. Меньший угол будет каждый раз у той лопасти, которая в данный момент находится впереди, пока, воздействуя на ручку управления, летчик не изменит наклона колец автомата перекоса. Если же летчик воздействует на вторую ручку — рычаг общего шага — опускается или поднимается тяга 8, а вслед за ней основание 1 автомата перекоса вместе с внутренним и наружным кольцами. Это вызывает общее изменение угла установки, одинаковое у всех лопастей, и соответственное изменение силы тяги винта, без наклона этой силы в ту или другую сторону.
С применением подобного устройства схема одновинтового вертолета приобрела окончательно рабочий вид. Вертолет стал реальностью. Оказалось, что немного перекашивая, наклоняя ось вращения вертолетного ротора можно заставить машину лететь в том или ином направлении. Наклонили ось вперед, и вертолет полетел вперед, назад или в сторону — аппарат послушно выполнит ваши команды, двигаясь туда, даже не разворачиваясь. Автомат перекоса позволяет управлять и углами атаки отдельных лопастей несущего винта. Это было открытие мирового значения — без автомата перекоса нет вертолета.
Позже, предельно упрощая компоновку машины, Юрьев применяет самолетный фюзеляж с одним рулевым пропеллером на хвосте. Теперь надо было думать о практическом строительстве вертолета.
Весной 1912 года вертолет Юрьева был построен силами студентов МТУ. Вероятно, этот проект участвовал в международной Парижской технической выставке. Его модель геликоптера была признана самой лучшей и функциональной в мире на тот момент, — Юрьев был награжден золотой медалью выставки.
Позднее Б.Н.Юрьев писал: «Геликоптер вызвал к себе большое внимание, так как состоял из целого ряда совершенно новых механизмов, которые, как теперь видно в исторической перспективе, были созданы за границей в 1920 и 1930 годах (от автора: т.е. позже)». Конструктору было всего 22 года.
Проект Юрьева вертолета одновинтовой схемы.
К сожалению, воздухоплавательный кружок просуществовал недолго. Началась Первая мировая война и почти весь кружок ушел на фронт. О жизни и деятельности Б.Н.Юрьева написано несколько книг. В период Первой мировой войны прапорщик Юрьев служил в действующей армии. При падении крепости Новогеоргиевск Борис Николаевич попал в плен, из которого возвратился только после революции, в декабре 1918 года. Вскоре он защитил дипломный проект и с осени 1919 года стал работать заведующим аэродинамической лабораторией МВТУ. Затем, в том же 1919 году, стал преподавать в Московском авиационном техникуме (будущей Военно-воздушной инженерной академии им. Н.Е.Жуковского). В академии Борис Николаевич трудился с 1919-го по 1949 годы. В 1942-1949 годах генерал-лейтенант инженерно-технической службы Б.Н.Юрьев был заместителем начальника ВВИА имени Н.Е.Жуковского. И только последние годы жизни в связи с выдвижением его в Академию наук СССР он работал вне стен ВВИА. На протяжении всей своей жизни академик Юрьев занимался научной и преподавательской деятельностью. Он по праву считается выдающимся ученым в области аэродинамики, основоположником не только Российского, но и мирового вертолетостроения.
Еще до Великой Отечественной войны, в 1930 году, по схеме Юрьева был создан первый в СССР экспериментальный вертолет ЦАГИ 1-ЭА (ЭА-экспериментальный аппарат), на котором в 1932 году конструктором этого вертолета А.М.Черемухиным был установлен мировой рекорд высоты полета — 605 метров.
В 1940 году Юрьев организовал ОКБ-3 при МАИ (Московский авиационный институт), где был создан вертолет поперечной (двухвинтовой) схемы «Омега» конструкции И.П.Братухина.
В 1944-1950 годах — Юрьев избран председателем Комиссии по истории техники Академии наук СССР, с 1950 года он — заведующий лабораторией прикладной аэродинамики в Институте механики АН СССР. По инициативе Б.Н.Юрьева в МАИ создана кафедра «Конструкции и проектирование вертолетов» (1952 год), которую он возглавлял в последние годы жизни. Юрьев написал первый в СССР учебник по аэродинамическому расчету вертолета.
Академик Б.Н.Юрьев лауреат Сталинской премии (1943, 1946 годов).
Умер Борис Николаевич 14 марта 1957 года. 17 марта урна с его прахом была захоронена на Новодевичьем кладбище в Москве.
Геликоптер Б.Н.Юрьева и построившие его студенты.
Геликоптер Б.Н.Юрьева и построившие его студенты.
Студент Б.H.Юрьев у своего геликоптера. 1913 г.
Геликоптер Б.Н.Юрьева. Рисунок.
Модель геликоптера Б.Н.Юрьева.
Проект геликоптера Б.Н.Юрьева в сухопутном и морском вариантах. Схема.
.
.
Список источников:
В.Б.Шавров. История конструкций самолетов в СССР до 1938 г.
Александр Школьников. Основоположник отечественного вертолётостроения.
А.М.Изаксон. Геликоптеры.