Гиродин — это тип самолета вертикального взлета и посадки с системой, напоминающей ротор вертолета , 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 крейсерского полета . Во время полета вперед ротор не приводится в движение и вращается свободно, как в автожире (но в отличие от составного вертолета ), а подъемная сила обеспечивается комбинацией несущего винта и обычных крыльев . Гиродин - одна из многих подобных концепций, которые пытаются объединить низкоскоростные характеристики вертолета с обычными высокоскоростными самолетами, включая конвертопланы и наклонные крылья .
В ответ на запрос Королевского флота на вертолет доктор Джеймс Аллан Джеймисон Беннетт спроектировал гиродин, будучи главным инженером компании Cierva Autogiro . Гиродин задумывался как промежуточный тип винтокрылого аппарата , его ротор работал параллельно траектории полета, чтобы минимизировать осевой поток , а один или несколько винтов обеспечивали движение. Патент Беннета охватывал множество конструкций, что привело к некоторой терминологической путанице, включая другие проблемы, включая торговую марку Gyrodyne Company of America и классификацию винтокрылых машин Федерального управления гражданской авиации (FAA).
В последние годы подобная концепция получила распространение под названием «Гелиплан» . Первоначально используемый для продажи автожиров, построенных двумя разными компаниями, этот термин был принят для описания программы Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны (DARPA) по развитию технологий винтокрылых машин с целью преодоления текущих ограничений вертолетов как по скорости, так и по полезной нагрузке.
В то время как обычный вертолет имеет приводной винт, который обеспечивает как подъемную силу, так и прямую тягу и способен выполнять настоящий вертикальный взлет и посадку, автожир или автожир имеет свободно вращающийся винт, который опирается на независимую тягу с приводом для обеспечения прямой воздушной скорости и поддержания его вращения. Гиродин сочетает в себе аспекты каждого из них. Он имеет независимую систему тяги, как и автожир, но также может приводить в движение несущий винт, обеспечивая вертикальный взлет и посадку; затем он переходит в свободное вращение, как автожир во время крейсерского полета. [1] [2]
В вертолете вращающиеся лопасти несущего винта втягивают воздух через диск несущего винта; для получения тяги вперед диск несущего винта наклоняется вперед, так что воздух также выдувается назад. В автожире роторный диск, напротив, наклонен назад; Когда основная тяга двигает корабль вперед, воздух проходит через диск несущего винта снизу, заставляя его вращаться и создавая подъемную силу. Гиродин способен переключаться между этими двумя режимами полета.
Обычно гиродин также имеет фиксированные крылья, которые обеспечивают некоторую подъемную силу во время полета вперед, позволяя разгрузить ротор. Компьютерное моделирование показало оптимальное распределение подъемной силы 9% для несущего винта и 91% для крыла. [3] Однако, если ротор нагружен слишком слабо, он может стать подвержен неконтролируемому колебанию. [4]
В Великобритании доктор Джеймс Аллан Джеймисон Беннетт, главный инженер компании Cierva Autogiro, в 1936 году разработал промежуточный тип винтокрылого аппарата, который он назвал «гиродин» и который был предложен британскому правительству в ответ на спецификацию Министерства авиации . В 1939 году Беннетту был выдан патент Патентного ведомства Великобритании , переданный компании Cierva Autogiro. 23 августа 1940 года компания Autogiro Company of America , лицензиат компании Cierva Autogiro Company, Ltd., подала соответствующую заявку на патент в США . 27 апреля 1943 года патент США № 2 317 340 был выдан компании Autogiro Company of America. В патентах гиродин описывается как:
винтокрылый летательный аппарат промежуточного типа, именуемый в дальнейшем «гиродином», между ротапланом (со свободным для авторотации несущим винтом и полным осевым потоком вверх через диск несущего винта), с одной стороны, и чистым вертолетом (с с другой стороны, то есть средний осевой поток через диск ротора практически равен нулю при высокой скорости движения вперед. [5]
Концепция Беннета описывала ротор с приводом от вала, с противодействующим моментом и тягой для поступательного полета, обеспечиваемыми одним или несколькими пропеллерами, установленными на коротких крыльях. Поскольку тяга обеспечивается воздушными винтами на крейсерской скорости, мощность будет подаваться на ротор только для преодоления профильного сопротивления несущего винта, что будет работать более эффективно, чем свободно вращающийся ротор автожира на авторотации . Беннетт описал этот режим полета гиродина как «промежуточное состояние», требующее подачи энергии как на ротор, так и на двигательную установку.
Исследование конструкции гиродина C.41 компании Cierva Autogiro, Ltd перед Второй мировой войной было обновлено и построено Fairey Aviation как FB-1 Gyrodyne, начиная с 1945 года. Усилиями по разработке Фейри первоначально руководил Беннетт, а затем его преемник доктор Джордж С. Хислоп. Джордж Б.Л. Эллис и Фредерик Л. Ходжесс, инженеры довоенной компании Cierva Autogiro Company, Ltd., присоединились к Беннетту в Fairey Aviation. Первый прототип Fairey Gyrodyne разбился во время испытательного полета, в результате чего погиб экипаж. Второй прототип Gyrodyne был переоборудован в Jet Gyrodyne и позже использовался для разработки системы привода несущего винта под давлением для транспортного составного автожира Rotodyne. На законцовках каждого короткого крыла располагались обращенные назад винты, которые обеспечивали как управление рысканьем, так и тягу в прямом полете. Jet Gyrodyne совершил полет в 1954 году и совершил настоящий переход от вертикального полета к горизонтальному в марте 1955 года.
Это привело к созданию прототипа Fairey Rotodyne , который был разработан, чтобы объединить эффективность самолета в крейсерском режиме с возможностью вертикального взлета и посадки вертолета для обеспечения рейсов на короткие расстояния от центров городов до аэропортов. У него были короткие крылья, на которых были установлены два турбовинтовых двигателя Napier Eland для движения вперед, и он составлял до 40% веса самолета при полете вперед. Несущий винт приводился в движение законцовыми форсунками для взлета, посадки и поступательного полета со скоростью 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 поступили, и финансовая поддержка британского правительства была прекращена в 1962 году. Новая материнская компания подразделения Westland Helicopters не увидела веских причин для дальнейших инвестиций, и проект был закрыт. остановился. С окончанием программ Fairey Aviation разработка гиродинов остановилась, хотя несколько аналогичных концепций продолжали разрабатываться.
В 1954 году McDonnell XV-1 был разработан как винтокрылый аппарат с законцовыми реактивными двигателями, обеспечивающими возможность вертикального взлета. Самолет также имел крылья и пропеллер, установленные в задней части фюзеляжа между двумя хвостовыми балками, с двумя небольшими винтами, установленными на конце для управления рысканьем. Второй прототип XV-1 стал первым в мире винтокрылым аппаратом, который 10 октября 1956 года превысил скорость 200 миль в час в горизонтальном полете. Больше не было построено, и проект XV-1 был прекращен в 1957 году.
В 1998 году компания Carter Aviation Technologies успешно запустила свой самолет-демонстратор технологий. Самолет представляет собой составной автожир с высокоминерционным несущим винтом и крыльями, оптимизированными для высокоскоростного полета. В 2005 году самолет продемонстрировал полет на Му-1 со скоростью законцовки несущего винта, равной скорости полета вперед самолета, без каких-либо проблем с вибрацией или управлением. Высокоинерционный несущий винт позволял самолету на короткое время зависать во время приземления, даже несмотря на то, что несущий винт не приводится в движение, а коробка передач с предварительным вращением позволяет разогнать несущий винт для прыжкового взлета в стиле автожира.
В 1954 году компания KYB построила самолет под названием Heliplane . Вертолет представлял собой Cessna 170 B с крыльями, превращенными в обрубки, и несущим винтом, приводившимся в движение законцовочными прямоточными воздушно-реактивными двигателями.
Примерно в 2007 году DARPA финансировало проект под названием «Вертолет» по разработке концепции гиродина . необходимой подъемной силы в крейсерском режиме, сочетая большую грузоподъемность, топливную экономичность и высокую крейсерскую скорость самолета с возможностями зависания вертолета. Проект представлял собой «…многолетнюю четырехэтапную программу стоимостью 40 миллионов долларов. Компания Groen Brothers Aviation работает над первой фазой этой программы, рассчитанной на 15 месяцев… (она) сочетает в себе «автожир»… с самолетом с неподвижным крылом. Команда использовала Adam A700 в классе сверхлегких реактивных самолетов …» [8] Были проблемы с шумом законцовочной струи, и в 2008 году программа была отменена. [9]
Отраслевой журнал описывает постепенную эволюцию традиционных вертолетов как «медленную» и лишенную революционных шагов, а нетрадиционные соединения до сих пор не получили широкого распространения. [10]
«Gyrodyne» был предоставлен в качестве товарного знака Gyrodyne Company of America в 1950 году . ВМС , получивший обозначение QH-50 DASH .
