Создатель автожира Хуан де ла Сьерва (1895-1936)

28 марта 1921 г. ла Сьерва представил заявку на дополнение, к своему патенту № 74322. Эта заявка охватывала три его изобретения:

— "компенсированный" ротор;

— раскрутку ротора при начале движения автожира посредством шнура, намотанного на барабан на оси ротора и закрепленного другим концом на земле;

— поперечное управление путем дифференциального отклонения полуплоскостей руля высоты, которые одновременно могли работать и как руль высоты.

К заявке были приложены чертежи в трех проекциях С-2. Дополнительный сертификат к патенту № 74322 был выдан 20 апреля 1921 г. за № 77569 [7, р. 32].

Постройка протекала медленно. Финансовые возможности не позволяли изобретателю ускорить ее. Кроме того, поставка дуралюмина для лонжеронов лопастей, заказанных во Франции, задерживалась. Ла Сьерва, которому не терпелось проверить свою теорию "компенсированного" ротора, решил построить раньше другой аппарат, более простой и быстрый в изготовлении. Так появился С-3, который должен был послужить для проверки идеи "компенсированного" ротора и, кроме того, оригинальной схемы поперечного управления. В хронологическом ряду построенных и испытанных автожиров С-3 явился вторым, а С-2, который был заложен раньше, но закончен позже, оказался третьим. В литературе иногда эти автожиры путают.

На С-3 поставили трехлопастный ротор с простым приспособлением для закручивания лопастей в полете. Лопасть имела симметричный профиль и была выполнена как обычное однолонжеронное крыло самолета. В отличие от предыдущего и всех последующих автожиров С-3 имел широкие лопасти, что облегчало их перекос. Фюзеляж был заимствован от моноплана "Соммер". Мотор вначале поставили "Гном" мощностью 50 л. с., а затем заменили его на "Рон" 80 л. с. Испытания начались в июне 1921 г. Летчиком-испытателем стал Хосе Родригес. Незадолго до этого он получил диплом летчика и, естественно, рвался в небо.

На испытаниях по мере разбега автожира ротор ускорял свое вращение, но, когда автожир достигал скорости отрыва, машина подпрыгивала и валилась вправо. Каждая попытка взлететь сопровождалась поломками, и испытания шли с перерывами. Последние испытания провел Алехандро Гомес Спенсер [8] (впоследствии он совершит первый полет на автожире) и получил такие же результаты: аппарат при разбеге сразу же после отрыва колес от земли валился вправо.

Автожир С-3. 1921 г.

Несмотря на неудачи, ла Сьерва планомерно продолжал работу. В общей сложности он модифицировал С-3 девять раз. В конце концов конструктор пришел к выводу, что причиной декомпенсации ротора является отсутствие жесткости лопастей, необходимой для управления в поперечной плоскости. Из-за эластичности лопастей аэродинамические силы создавали их нежелательную крутку. В конце 1921 г. ла Сьерву уже захватила новая идея, реализация которой, как он полагал, позволит избежать асимметрии результирующей подъемной силы. С-2 был уже почти готов, и испытания С-3 были прекращены.

Ротор С-2 диаметром 11,5 м был пятилопастным. Каждая лопасть имела два лонжерона, деревянные нервюры и была обтянута материей. Чтобы сохранить установочный угол неизменным, лопасти жестко закреплялись расчалками: ла Сьерва надеялся с их помощью получить результирующую подъемной силы ротора, проходящую через его ось. Фюзеляж С-2 (в отличие от С-1 и С-3) был сделан специально для этого аппарата. Хвостовое оперение имело особенности — обе половины руля высоты могли работать одновременно — как руль высоты или раздельно — как плоскости для поперечного управления. Это управление по замыслу изобретателя должно было создавать мощный кренящий момент, поэтому ферма фюзеляжа была соответствующим образом рассчитана и обеспечивала передачу момента. На С-2 поставили мотор "Рон" мощностью 110 л. с.

Автожир С-2 после неудачной попытки поднять его в воздух. Заметна необычно большая площадь руля высоты

С-2 был построен в начале 1922 г. Летчиком-испытателем опять стал Гомес Спенсер. Несмотря на новые приспособления, на испытаниях С-2 вел себя точно так же, как и его предшественник С-3. Ротор раскручивался на пробежках аппарата, давая достаточную подъемную силу, чтобы автожир делал подлеты, но, как только колеса отрывались от земли и аппарат терял твердую опору, он неизменно валился вправо, и поперечное управление помешать этому не могло. Попытки поднять в воздух С-2 кончались поломкой лопастей и деформацией фюзеляжа из-за большого момента, прикладываемого поперечным управлением. После каждой попытки взлететь нужен был значительный ремонт. С-2 переделывался четыре раза.

Детально проанализировав весь опыт, полученный при испытаниях первых трех автожиров, ла Сьерва пришел к заключению, что с жесткой заделкой лопастей во втулке невозможно получить сцентрированную аэродинамическую результирующую подъемной силы ротора, и продолжал настойчиво искать решение проблемы, так как был совершенно уверен в правильности выбранного пути. Ведь принцип автожира был продемонстрирован на летающей модели. В конце концов ла Сьерва пришел к выводу, что различие между испытанными аппаратами и моделью состоит в том, что лопасти модели были более гибкими. Гибкая лопасть деформируется более или менее в соответствии с подъемной силой и совершает циклическое маховое движение при вращении ротора. При поступательном движении автожира лопасть, идущая вперед против набегающего потока, поднимается вверх, а идущая назад — вниз. Из-за гибкости лопасти опрокидывающий момент, передаваемый на ось ротора, становится незначительным.

Итак, причина различного поведения модели и реального автожира определена. Теперь нужно строить ротор, в котором лопасти могли бы совершать маховые движения, — и ла Сьерва решает присоединить каждую лопасть к втулке посредством шарнира с горизонтальной осью (пока только один шарнир; в 1927 г. он придет ко второму — с вертикальной осью). О том, когда именно ему пришла эта мысль, ла Сьерва пишет так: "…в моей тетради, в которой я записывал расчеты в течение нескольких лет, я нашел запись, которая гласит: 2 января 1922 г. мне впервые пришло в голову решение шарнирно сочленять лопасти" [9] [7, р. 41]. По-видимому, это решение вначале было для конструктора альтернативным. Лишь после испытаний С-2 ой окончательно убедился в необходимости применения шарнирного ротора.

18 апреля 1922 г. ла Сьерва подал заявку на патент "Шарнирное соединение, обеспечивающее маховое движение лопастей в вертикальной плоскости". Патент "Улучшение аэропланов с вращающимися крыльями" № 81406 был выдан 15 ноября того же года. Теперь шарнирное сочленение позволяло лопасти при вращении образовывать конус, определяемый равновесием аэродинамических и центробежных сил. Маховое движение демпфировалось аэродинамически. Лопасть, которая поднималась, автоматически уменьшала угол атаки и, следовательно, подъемную силу, что заставляло ее уменьшить скорость взмаха и затем опуститься и, наоборот, при опускании лопасти угол атаки увеличивался.

На первых автожирах с горизонтальными шарнирами ла Сьерва использовал для подвески лопастей резиновые шнуры, которые даже при остановленном роторе держали лопасть почти горизонтально. В движении же центробежная сила примерно в 10 раз больше, чем подъемная, и лопастям подвеска не нужна. Необходимость в подвеске появляется в состоянии покоя или на малых оборотах ротора, когда подъемная сила еще недостаточна.

Патент содержал и другой пункт: лонжерон лопасти вблизи корневой части был отогнут вниз и таким образом шарниры оказывались ниже центра тяжести лопасти. Конструктор полагал, что во время полета лопасти будут занимать почти горизонтальное положение. Такая форма лонжерона лопасти использовалась только на С-4 (о котором речь пойдет ниже).