Наконечник — это реактивное сопло на кончике лопастей некоторых вертолетов , используемое для вращения ротора, очень похожее на фейерверк на колесе Екатерины . Концевые жиклёры заменяют обычный приводной вал и имеют то преимущество, что не создают крутящего момента на планере, что не требует наличия рулевого винта. Некоторые простые монокоптеры состоят только из одной лопасти с наконечником ракеты. [1] [2]
Концевые форсунки могут использовать сжатый воздух, подаваемый отдельным двигателем , для создания реактивной тяги . В других типах используется система, которая функционирует аналогично камере дожигания (повторного нагрева) в обычном реактивном двигателе, за исключением того, что вместо повторного нагрева газовой струи они служат основным нагревателем, создавая большую тягу, чем поток только предварительно сжатого воздуха; лучшее описание этого — увеличение тяги . Другие конструкции включают прямоточные воздушно-реактивные двигатели или даже полноценный турбореактивный двигатель. Некоторые из них, известные как системы «ракета на роторе» , предусматривают размещение ракет на кончиках лопастей несущего винта, которые заправляются топливом из бака. [3]
Если двигатель вертолета выходит из строя, струи на наконечниках несущего винта увеличивают момент инерции , что позволяет ему накапливать энергию, что несколько облегчает успешную посадку на авторотации . Однако кончиковая струя также обычно создает значительное дополнительное сопротивление воздуха, что требует более высокой скорости снижения и означает, что для выживания должен произойти очень внезапный переход к посадочной вспышке с небольшим пространством для ошибки.
В 1900-х годах австриец Людвиг Витгенштейн исследовал использование реактивных струй для приведения в движение пропеллера самолета во время изучения авиационной техники в Манчестерском университете в Соединенном Королевстве. Концепция Витгенштейна требовала, чтобы воздух и газ нагнетались вдоль гребных рычагов в камеры сгорания на конце каждой лопасти, после чего эти газы подвергались сжатию под действием центробежной силы, создаваемой вращающимися рычагами, и тем самым вырабатывали достаточно тепла для воспламенения. [4] В 1911 году Витгенштейн смог получить патент , связанный с его работой с наконечником реактивной струи. [5]
Несмотря на относительно раннее зарождение концепции, достижение следующего этапа практического применения оказалось очень трудным, во многом из-за того, что конструкции винтов той эпохи были относительно примитивными и несовместимыми с изменениями конструкции, необходимыми для реализации законцовых жиклеров Витгенштейна. Пройдет много лет, прежде чем будет разработана конструкция лезвия, которая сможет поддержать эту инновацию. Гребные винты того периода обычно были деревянными, тогда как лопасти более поздних винтов обычно состояли из композитных материалов или ламинатов прессованной стали; последний изготавливается как отдельные половинки перед сваркой вместе, что придает лезвию полую внутреннюю часть и, следовательно, является идеальным каналом для направления воздуха и газа для струи кончика. [4] Прогресс в разработке пропеллера с реактивным двигателем был еще больше сорван отсутствием у Витгенштейна практического опыта работы с оборудованием. [6] В конечном итоге он потерял интерес к авиации и прекратил свою инженерную работу. Витгенштейн стал более известен благодаря своей более поздней работе в качестве философа . [7]
В 1920-е годы итальянский авиационный инженер Витторио Исакко спроектировал и построил несколько неортодоксальных винтокрылых аппаратов, которые стали известны как Helicogyre . В 1929 году Helicogyre K1171 был изготовлен британским производителем самолетов SE Saunders Limited и доставлен автомобильным транспортом на Королевский авиастроительный завод (RAE) в Фарнборо, где прошел ограниченные испытания перед прекращением программы. [8] [9] Хотя Helicogyre не использовал реактивные самолеты, вместо этого он приводился в движение поршневыми двигателями, расположенными на концах вращающегося крыла, Исакко предвидел, что их можно заменить реактивными двигателями. [10]
Другим пионером в области наконечников струй был российско-американский инженер Юджин Майкл Глухарефф , изобретатель струи под давлением Глухарева . [11]
Во время Второй мировой войны немецкий инженер Фридрих фон Добльхофф предложил приводить вертолет в движение прямоточными воздушно-реактивными двигателями , расположенными на законцовках несущего винта. Его идея была реализована, и в 1943 году WNF 342 V1 стал первым вертолетом с реактивным двигателем; он использовал обычный поршневой двигатель для привода как компактного винта, так и воздушного компрессора для подачи воздуха (впоследствии смешанного с топливом) через каналы в головке несущего винта и полые лопасти несущего винта в камеры сгорания, установленные на концах несущего винта. [12] В дополнение к экспериментальному использованию WNF 342 в Германии, два прототипа были получены Соединенными Штатами , когда конфликт подошел к концу. [13]
Впоследствии Добльхофф присоединился к американскому производителю самолетов McDonnell Aircraft , который в начале 1950-х годов разработал и пилотировал McDonnell XV-1 , экспериментальный составной автожир . Этот винтокрылый аппарат был классифицирован как конвертоплан ; Силовая установка приводилась в действие одним радиальным двигателем R-975 производства Continental , который приводил в действие пару воздушных компрессоров, подававших воздух под высоким давлением через трубопроводы в лопастях несущего винта в камеру сгорания на каждой из трех законцовок несущего винта, где горела горелка. воспламеняющееся топливо для увеличения тяги, которое вращало несущие винты и позволяло аппарату летать так же, как обычному вертолету. [14] Однако во время горизонтального полета компрессоры были отсоединены от двигателя, который вместо этого приводил в движение двухлопастный толкающий винт; в прямом полете 80 процентов подъемной силы обеспечивалось крылом, а остальная часть создавалась несущим винтом, который вращался в автоматическом режиме со скоростью около 50 процентов от своей скорости вращения при прямом приводе. [15] [16] XV-1 был отменен из-за его невыгодной сложности и быстрого развития обычных вертолетов. [17]
Инженеру Августу Степану приписывают производство реактивных двигателей, используемых британской авиастроительной компанией Fairey Aviation . [ нужна цитата ] После Второй мировой войны компания Fairey Aviation стремилась изучить винтокрылые самолеты, разработав Fairey FB-1 Gyrodyne в соответствии со спецификацией E.16/47 . [18] Второй FB-1 был модифицирован для исследования несущего винта с реактивным двигателем, соединенного с парой винтов, установленных на коротких крыльях; позже он был переименован в Jet Gyrodyne . [19] Другой винтокрылый аппарат, разработанный фирмой, сверхлегкий вертолет Fairey, представлял собой компактное двухместное транспортное средство, в котором использовались законцовые реактивные движители, приводимые в движение одним турбореактивным двигателем Turbomeca Palouste . [20] Этот тип заключил контракт с Министерством снабжения на четыре самолета, пригодных для летных испытаний; Возможности «Сверхлегкого» впоследствии были продемонстрированы на многочисленных военных учениях, авиашоу и даже на море. [20] Однако британская армия стала больше ориентироваться на соперника Сондерса-Роу Скитера , предположительно из-за интереса к последнему со стороны правительства Германии. [21]
Основываясь на спецификации, разработанной авиакомпанией British European Airways (BEA) для пассажирского винтокрылого самолета, называемого BEA Bus , [22] Фейри приступил к разработке Fairey Rotodyne . 6 ноября 1957 года прототип Rotodyne совершил свой первый полет , пилотируемый главным летчиком-испытателем вертолетной эскадрильи У. Роном Геллатли и помощником главного летчика-испытателя вертолета капитан-лейтенантом Джоном Г. П. Мортоном в качестве второго пилота. [23] [24] 10 апреля 1958 года Rotodyne совершил свой первый успешный переход из вертикального полета в горизонтальный, а затем обратно в вертикальный полет. [24] [25] 5 января 1959 года Rotodyne установил мировой рекорд скорости в категории конвертопланов на скорости 190,9 миль в час (307,2 км/ч) на замкнутой трассе длиной 60 миль (100 км). [26] [27]
И BEA, и RAF публично заявили о своем интересе к Rotodyne, причем последний разместил первоначальный заказ на этот тип. [28] Как сообщается, более крупная конструкция Rotodyne Z может быть разработана для размещения до 75 пассажиров и, будучи оснащена двигателями Rolls-Royce Tyne , будет иметь прогнозируемую крейсерскую скорость 200 узлов (370 км/ч). Он сможет перевозить около 8 тонн (7 тонн) грузов; Грузы могли включать несколько транспортных средств британской армии и неповрежденный фюзеляж некоторых истребителей внутри фюзеляжа. [29] Несмотря на то, что большая часть опытно-конструкторских работ уже завершена, британское правительство заявило, что не будет предоставлять дальнейшую поддержку Rotodyne по экономическим причинам. Соответственно, 26 февраля 1962 года официальное финансирование Rotodyne было прекращено. [30] [31]
Французский авиастроительный производитель Sud-Ouest станет первой компанией, которая наладит серийное производство винтокрылых машин с законцовыми реактивными двигателями. [32] Первоначально разработав Sud-Ouest Ariel, оснащенный реактивным двигателем, для чисто экспериментальных целей, фирма имела достаточную уверенность, чтобы приступить к серийному производству винтокрылого аппарата Sud-Ouest Djinn . [33] Одноместный прототип, получивший обозначение SO1220 , был построен в качестве воздушного испытательного стенда для концепции силовой установки винтокрылого аппарата. [34] [35] Французская армия поощряла строительство большой предсерийной партии из 22 вертолетов для оценочных целей. Первый из них поднялся в воздух 23 сентября 1954 года. Три предсерийных винтокрылых машины были приобретены армией США под обозначением YHO-1 для собственных испытаний; По словам автора авиации Стэнли С. Макгоуэна, армия США мало интересовалась этим типом. [36] По словам автора Уэйна Мутцы, армия США сочла YHO-1 превосходной оружейной платформой, но была вынуждена отказаться от своего интереса из-за политической оппозиции закупкам винтокрылых машин иностранной разработки. [37]
Помимо французских военных, еще десять стран разместили заказы на этот тип; например, партия из шести винтокрылых машин, закупленная немецкой армией . [36] Производство Джиннов подошло к концу в середине 1960-х годов, и к этому моменту было построено в общей сложности 178 Джиннов; этот тип был фактически заменен более традиционным и весьма успешным Aérospatiale Alouette II . [33] [38] Некоторые джинны были проданы гражданским операторам; в этом качестве их часто оборудовали для сельскохозяйственных целей, снабжая баками для химикатов и опрыскивателями. [36] В конце 1950-х годов улучшенная версия «Джинна», предварительно обозначенная как « Джинн III» или «Супер Джинн» , изучалась компанией Sud Aviation. Как предполагалось, проектируемый Super Djinn будет оснащен более новым двигателем Turbomeca Palouste IV наряду с другими изменениями для большей мощности и выносливости, чем исходная серийная модель. [32] [39]
Сжатый воздух в струях с холодными наконечниками обычно выходит при довольно высоких температурах из-за эффектов сжатия-нагрева, но их называют «холодными» струями [ нужна ссылка ] , чтобы отличить их от струй, которые сжигают топливо для нагрева воздуха для большей тяги; аналогично разнице между «холодным» и «горячим» выхлопом на «прыжковом реактивном самолете» Харриера , который использует «холодный» воздух, нагретый до нескольких сотен градусов за счет сжатия внутри компрессора низкого давления двигателя Пегаса . )
(Примечание: Топливо и окислитель подаются в камеры сгорания на концах ротора.)