Вертолёт Сикорского

Это настольная модель. Вращающиеся лопасти опасны даже на малых размерах: закройте их сеткой, испытывайте на привязи и никогда не запускайте вблизи людей.

Сикорский заявляет несущий винт, соединённый с винтом, компенсирующим реактивный момент. Не «вертолёт вообще», а именно связка двух винтов.

Подвесьте мотор с винтом на нити и включите. Корпус закрутится в обратную сторону. Это и есть реактивный момент, из-за которого не летали десятилетиями.

Сделайте лёгкую жёсткую раму с вертикальным валом на подшипниках. Вся нагрузка идёт через этот узел, и любой люфт превратится в вибрацию.

Каждая лопасть — крыло. Ближе к концу окружная скорость больше, поэтому угол установки должен уменьшаться к концу, иначе тяга распределится неравномерно.

Взвесьте лопасти и уравняйте их до долей грамма. Дисбаланс на оборотах даёт вибрацию, которая разрушает подшипники и раму за минуты.

Чем длиннее балка, тем меньшая тяга нужна: момент равен силе на плечо. Длинный хвост — это способ обойтись маленьким рулевым винтом.

Ось рулевого винта горизонтальна, а плоскость вращения вертикальна. Он толкает хвост вбок и не участвует в подъёме вовсе.

Запустите на привязи и меняйте шаг рулевого винта, пока фюзеляж не перестанет вращаться. Этот баланс и есть работоспособный вертолёт.

Дайте чуть больше или меньше тяги: машина повернётся по курсу. Один узел решает две задачи — компенсацию и управление.

Свяжите лопасти тягами так, чтобы их угол менялся одновременно. Обороты держат постоянными, а высотой управляют шагом — так быстрее и точнее.

В полёте вперёд наступающая лопасть имеет большую скорость, чем отступающая, и подъёмная сила становится несимметричной. Циклическое изменение шага по кругу выравнивает её.

Позвольте лопастям свободно махать вверх-вниз. Это снимает изгибающий момент в комле — решение Хуана де ла Сьервы, без которого несущий винт ломается.

Сравните потребление с рулевым винтом и без него. На компенсацию уходит заметная доля мощности — плата за простоту одновинтовой схемы.

Патент. US 1 994 488, «Direct lift aircraft», выдан 19 марта 1935 года Игорю Ивановичу Сикорскому. Сикорский родился в Киеве в Российской империи, строил там первые в мире многомоторные самолёты — «Русский витязь» и «Илья Муромец», — эмигрировал после революции и основал компанию в США. Первый управляемый полёт его VS-300 состоялся 14 сентября 1939 года.

Реактивный момент, а не подъёмная сила. Подъём винтом умели получать давно: автожир Хуана де ла Сьервы летал с 1923 года, а немецкий Focke-Wulf Fw 61 поднялся в 1936-м на двух винтах, вращавшихся навстречу друг другу. Нерешённой оставалась именно реакция: двигатель крутит винт, винт с той же силой крутит фюзеляж. Соосные и поперечные схемы уравновешивают момент вторым несущим винтом — это работает, но удваивает трансмиссию. Сикорский поставил маленький винт на длинном плече: момент равен силе на плечо, поэтому хвостовой винт может быть слабым, если балка достаточно длинная.

Один узел — две функции. Рулевой винт компенсирует момент и одновременно служит рулём направления: изменение его шага разворачивает машину по курсу. Плата за это — часть мощности двигателя уходит в хвост и не создаёт подъёма, а сама балка уязвима. Именно поэтому существуют альтернативы вроде NOTAR и соосных схем Камова, и именно поэтому классическая схема всё равно преобладает: она проще и легче всего остального.

Чего нет в этом патенте. Автомат перекоса с циклическим шагом и горизонтальные шарниры лопастей — вклад других инженеров, прежде всего де ла Сьервы. Без махового шарнира несущий винт в поступательном полёте разрушается: наступающая лопасть даёт больше подъёмной силы, чем отступающая, и корень лопасти работает на излом. Современный вертолёт — это сумма нескольких изобретений, и патент Сикорского отвечает ровно за одно из них, зато за то, которое сделало схему практичной.