УНИВЕРСАЛЬНЫЙ АВТОЖИР
MULTIFUNCTIONAL GYROPLANE

В настоящее время, начиная с 1919 г., известно множество видов автожиров. В качестве прототипа для предлагаемого многофункционального автожира выбраны серийно выпускаемые, обладающие сертификатом летной годности автожиры немецкой фирмы AutoCyro Gmbh, а именно автожиры «Calidus» и «Cavalon», представляющие по своей конструкции комфортабельные эргономичные двухместные пассажирские кабины с рядным расположением эргономичных кресел в автожире «Calidus», пилота и пассажира и последовательным расположением эргономичных кресел, в автожире «Cavalon» - пассажир располагается за спиной пилота. Кабины полностью соответствуют современным эргономичным требованиям и обеспечивают максимальный комфорт при работе с управлением. Кабины совместно с рулевым управлением и двигателем расположены на раме, установленной на трехстоечном шасси. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с воздушным охлаждением находится за кабиной, сзади с установленным на выходном валу трехлопастным толкающим воздушным винтом постоянного шага. Несущий двухлопастной воздушный винт установлен над кабиной на стойке, внутри которой проходит вал винта, соединенный с трансмиссией, передающей вращающий момент от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) для осуществления прыжкового взлета автожира. На приборной панели в кабине установлены магнитный компас, тахометры ДВС и оборотов толкающего винта, указатели высоты и воздушной скорости, а также дисплей, на который выводятся необходимые параметры. Управление по кренам и по высотам осуществляется ручкой управления, управление рулем поворота осуществляется педалями как у всех летательных аппаратов. Тормозные колеса задние. Ручка тормоза установлена на ручке управления как у истребителей, спортивных самолетов и вертолетов.
Автожиры «Cavalon» и «Calidus» не предназначены для перевозки каких-либо грузов, взлета и посадки на неподготовленные поверхности, в конструкции данных автожиров не предусмотрено двойное управление для первоначального обучения.
*
К недостаткам данных автожиров можно отнести большой диаметр двухлопастного несущего винта - 8,53 м, отсутствие возможности складывать лопасти во время транспортировки к месту полетов, создание во время полета вибрационных нагрузок на ручке управления, что ведет к ускоренной утомляемости пилота, толкающая винтомоторная установка обладает невысоким КПД, так как винт постоянного шага обеспечивает значительный расход топлива, автожиры не приспособлены обеспечить безаварийную посадку при полетах, в случае попадания в радиационный туман* (радиационный туман появляется в складках местности в утреннее и вечернее время при натекании влажного холодного воздуха на разогретую поверхность или теплого сухого воздуха на холодную поверхность. Высота подъема тумана над поверхностью до 150 м Категория - плотный.) двухлопастной несущий воздушный винт вследствие большого диаметра и двух лопастей передает на трансмиссию значительные вибрационные нагрузки, автожиры «Calidus» и «Cavalon» при своей большой стоимости плохо приспособлены для совершения дальних воздушных путешествий.
Многофункциональный автожир общей грузоподъемностью до 450 кг, отличающийся возможностью использования автожира в качестве учебно-тренировочного средства для обучения навыкам пилотирования всех возрастных групп населения, после установки дублирующего управления для инструктора на втором переднем кресле, для получения пилотского удостоверения и работы пилотом автожира или получения удостоверения для приобретения автожира в личную собственность, в качестве личного воздушного средства, возможностью использования в качестве воздушного патрулирующего средства для охраны государственных границ и гражданских объектов, лесов от пожаров с возможностью выброски десанта, воздушной скорой помощи в населенных пунктах, удаленных от региональных центров после установки на узлы крепления кресел необходимого медицинского оборудования, для химической обработки сельхозугодий, в качестве воздушного такси, для воздушных путешествий, в качестве личного воздушного транспорта, с возможностью взлета и посадки на ограниченные площадки, а после установки вместо колес на стойки шасси трех лыж-поплавков посадки и взлета с водных, заболоченных и заснеженных поверхностей, состоящего из пятиместной пассажирской кабины с багажным отделением, четырехлопастного автоматически складывающегося, при перемещении по автодорогам и автоматически разворачивающегося с фиксацией лопастей в рабочем положении при подготовке к полету от автоматической пневматической системы несущего воздушного винта, трехстоечным шасси с двумя управляемыми от рулевого колеса передними стойками, арочной задней стойкой с двумя колесами при том, что все четыре колеса тормозные, фарами впереди, габаритными фонарями и указателями поворотов впереди и сзади на хвостовой балке для самостоятельного перемещения в качестве наземного транспортного средства по автодорогам в дневное и ночное время, автомобильным рулем с рулевой колонкой, способной работать в режимах управления поворотом колес при движении по грунту, а после переключения автоматикой руля и рулевой колонки в полетное положение рулями поворота и высоты, реверсивным изменяемого шага толкающим воздушным винтом, максимально приближенной по эргономике компановки приборной панели к панели легкового автомобиля с группировкой приборов и органов управления по группам, в эргономичном исполнении приборов и органов управления, пассажирским салоном с двумя передними комфортабельными креслами пилота и пассажира, расположенными рядом, установленным на полу между креслами ручным стояночным тормозом, задним диваном, общей вместимостью кабины на пять человек, багажным отделением за диваном, четырехлопастным реверсивным толкающим воздушным винтом изменяемого шага, установленным в аэродинамическом кольце снаружи за кабиной, приводом несущего и толкающего воздушных винтов от электрических мотор-редукторов, соединенных с валами винтов, размещенных на рамах крепления валов воздушных винтов, использованием ДВС только для привода коробки приводов, с генератором, тахометром, компрессором, работой ДВС на двух режимах «земном малом газе» и «генераторном» - 85% мощности ДВС, выносным аэродинамическим элементом на стойках над крышей кабины, с топливным баком внутри, для создания фюзеляжем автожира при взлете, полете и посадке дополнительной подъемной силы, V-образным хвостовым килевым оперением с рулями поворота на каждом киле, выполняющих при поворотах дополнительно роль элеронов, стабилизатором с навешенным рулем высоты, соединяющим верхние окончания килей, для образования жесткого силового треугольника в хвостовой части автожира, обзорным сканирующим локатором для повышения безопасности во время полета и посадке при попадании автожира в радиационный туман, возможностью передвигаться задним ходом для выполнения маневров на земле.
Конструкция. Для снижения вибрационных нагрузок на систему управления и конструкцию автожира, уменьшения диаметра несущего винта фиг.1, увеличения подъемной силы на автожире установлен четырехлопастной несущий воздушный винт 4, обладающий большей подъемной силой, дающий, как минимум, в два раза снижение вибрационных нагрузок на конструкцию и органы управления. По своей конструкции несущий воздушный винт 4 состоит из четырех надетых на вал колец с закрепленной неподвижно в каждом кольце, под положительным углом к набегающему потоку лопастью 3, пневматическим механизмом 2 поворота и фиксации колец с лопастями 3 в рабочее и транспортируемое положения. Управляемая из кабины 1 пневматическая автоматическая система 2 разворачивания, установки и фиксации лопастей 3 перед полетом, сложения лопастей 3 несущего воздушного винта 4 после полета, свободными концами лопастей в сторону хвостового оперения уменьшает габаритные размеры автожира и создает условия для самостоятельного движение по автодорогам вперед и назад с помощью реверсивного винта 12, толкающей силовой установки 5, трехстоечного четырехколесного шасси со всеми тормозными колесами, двумя управляемыми от рулевого колеса 24 поворотными передними стойками 6, фары 7, габаритные фонари 8 и указатели поворотов 9, дают право автожиру уверенно передвигаться по автодорогам как наземному транспортному средству. Система «климат-контроль» создает в кабине 1 комфортную температуру при любых наружных температурах воздуха во время полетов и движении по земле, замена четырех колес, при необходимости, на три лыжи-поплавка дает возможность взлета, посадки, передвижения по снежным, водным и заболоченным поверхностям. Пневматическая управляемая из кабины автоматическая система 2 сложения лопастей 3 несущего воздушного винта 4 свободными концами в направлении к хвостовому рулевому управлению, разворачивание, установка, фиксация лопастей 3 несущего воздушного винта 4 перед полетом обеспечивает надежную сохранность лопастей винта при транспортировке и самостоятельном передвижении автожира по дорогам.
С целью повышения КПД толкающей силовой установки 5 на автожире, сзади за кабиной, на четырех точках крепления силовой конструкции фюзеляжа расположено аэродинамическое кольцо 10, в котором размещен электрический мотор-редуктор 11 с толкающим реверсивным четырехлопастным изменяемого шага воздушным винтом 12 на выходном валу. Мотор-редуктор 13 для осуществления прыжкового взлета соединен с валом несущего воздушного винта 4, установленного на раме 14 под потолком кабины 1. Применение электрических мотор-редукторов 11 и 13 для привода воздушных винтов уменьшает расход топлива, дает возможность расположить ДВС 15 в центре масс. В случае отказа ДВС 15 в полете автоматика переключит мотор-редуктор 11 толкающего винта 12 на работу от аккумуляторной батареи 16 с выводом информации на дисплей приборной панели. Выходной вал ДВС 15 соединен с коробкой приводов 17, со стартером, генератором, компрессором, тахометром.
В целях придания аэродинамического качества фюзеляжу автожира, участия фюзеляжа в создании подъемной силы, повышения комфорта в кабине, над крышей на стойках установлен выносной аэродинамический элемент 18, в котором помещен топливный бак 19. Размещение топливного бака в выносном аэродинамическом элементе обеспечивает неизменность центровки при любом количестве топлива, увеличивает объем багажного отделения в кабине 1. Две нижние силовые балки в центре масс соединены рамой 20, на которой установлен ДВС 15 с коробкой приводов 17 и агрегатами. Конструктивно ДВС и коробка приводов расположены частично ниже линии пола кабины. Выступающие части со стороны кабины 1 закрыты шумопоглощающим жестким капотом 21, на котором, в зависимости от назначения, можно оборудовать столик или сиденье.
С целью снижения веса конструкции, кроме силовых элементов, обшивка, двери, аэродинамическое кольцо 10, рули поворота 22, высоты 23, стабилизатор 31, двери выполнены из композитных материалов. Закрытая четырехдверная комфортабельная пассажирская кабина 1 с двумя расположенными рядом эргономичными передними креслами пассажира и пилота, комфортабельным, рассчитанным на трех человек диваном за ними, багажным отделением за диваном, повторяет эргономику легкового автомобиля, притом, что внутреннее пространство кабины можно трансформировать: под обучение пилотированию автожира, установив на месте пассажира руль управления, а на полу под рулем - две педали газ и тормоз, для инструктора, соединенные параллельно с управлением обучаемого.
Инструктор и обучаемый в кабине располагаются рядом, что важно в психологическом аспекте, так как обучаемые могут быть любого возраста, в случае кризисных ситуаций инструктор нажатием лампы-кнопки 36 «курсант» отключит управление курсанта и будет пилотировать самостоятельно. Для десантирования двери пассажирской кабины открываются и фиксируются откидными у порами в открытом положении. Для перевозки больных снимается пассажирское кресло, убирается диван и устанавливается на узлы крепления санитарное оборудование. Для химической обработки на узлы крепления устанавливается химическое оборудование, при патрулировании - специальное оборудование. Приборная панель располагается под лобовым стеклом фиг.2 на ней эргономично сгруппированы по функциональному назначению приборы пуска, контроля и органы управления работой ДВС 15, генератора, указатели оборотов несущего винта 4, толкающего винта 5, магнитный компас, метеорологическое, радиосвязное и навигационное оборудование, экран локатора и дисплей визуального контроля команд, лампы-кнопки автоматики переключения функций управления рулями, автоматической пневматической системой сложения, фиксации и готовности несущего воздушного винта 4 к полету, под фюзеляжем, снаружи, установлено неубирающееся трехстоечное четырехколесное шасси с двумя поворотными от рулевого колеса 24 передними стойками 25, задней стойкой 26 арочного типа с двумя колесами, фарами 7, поворотными 9, габаритными фонарями 8 в носовой части, поворотными 9 и габаритными 8 фонарями на хвостовой раме.
Под приборной панелью, в носовой части, установлены обзорный сканирующий локатор 27, кондиционер, радиосвязная, навигационная аппаратура, блоки автоматики систем управления и контроля. Рулевое колесо 24 и рулевая колонка максимально эргономично приближены к рулевому управлению легковых автомобилей. Рулевое колесо 24 управляет поворотом передних стоек шасси 25 при движении по земле, в полете, после переключения автоматики выполняют функции штурвала и штурвальной колонки, управляя поворотом и отклонением аэродинамических рулей 22, 23, 31, установленных на хвостовой балке. На полу, рядом с рулевой колонкой 24, установлены две педали тормоз 28 и газ 29. Педаль тормоз 28 при нажатии затормаживает все четыре колеса шасси, педаль газ 29 увеличивает или уменьшает обороты толкающего винта 5, а при осуществлении прыжкового взлета и обороты несущего винта 4. Кинематическая схема рулевого управления и автоматика управления предусматривают установку или демонтаж двойного управления в течение небольшого промежутка времени. Между сиденьями пилота и пассажира, как в легковых автомобилях, расположен ручной стояночный тормоз 37.
Силовая схема каркаса фюзеляжа представляет из себя набор продольных силовых элементов, состоящий из четырех балок - двух верхних и двух нижних, на которых установлены шпангоуты. Между двумя верхними балками в центре масс фиг.1, под потолком кабины установлена рама 14, в которой закреплен вал несущего воздушного винта 4, соединяемый с валом для осуществления прыжкового взлета, электрический мотор-редуктор 13, автоматический пневматический механизм 2 установки и складывания лопастей 3 несущего воздушного винта 4, автоматический перекрывной топливный кран 33, соединенный с топливным баком 19 и топливопроводами с ДВС 15. К задним поверхностям двух верхних балок и двум задним шпангоутам крепятся две консоли 30, свободные концы которых соединяются за кабиной, образуя вместе соединения узлы установки стабилизатора 31 с установленным на нем рулем высоты 23 на верхние точки двух V-образно установленных килей 32.
К двум нижним балкам и двум задним шпангоутам в нижней части крепятся две консольные балки 30, концы которых также соединяются за кабиной, образуя вместе соединения два нижних узла для V-образной установки килей 32 с рулями поворота 22. Соединение килей 32 в верхних точках стабилизатором 31 образует замкнутый силовой трехугольник силовой конструкции хвостовой части. Общий шаг установки консольных балок по окружности 90°. На половине расстояния до соединения консольных балок 30 между собой в узлы навески во внутреннем межбалочном пространстве за кабиной 1 на четырех точках крепления установлено аэродинамическое кольцо 10 с толкающей винтомоторной установкой 5, состоящей из электрического мотор-редуктора 11 с четырехлопастным реверсивным винтом изменяемого шага 12. Такая аэродинамическая компоновка рулей дает возможность во время поворотов в полете рулям поворота выполнять и функции элеронов, что упрощает пилотирование. При движении по дорогам реверсивный воздушный винт 12 дает возможность автожиру двигаться задним ходом. Троса управления к рулю высоты и рулям поворота проходят под обшивкой, закрывающей балки 30. Стойки выносного аэродинамического элемента 18 проходят через крышу кабины 1 и крепятся к силовой раме 14.
Внутри стоек проходят топливопроводы к ДВС 15. Снаружи стойки закрыты обтекателями. Обтекатели крепятся к крыше кабины и аэродинамическому выносному элементу 18. В верхней наивысшей части выносного аэродинамического элемента 18 расположены две заливные горловины топливного бака 19, по одной на каждом борту. В шпангоуте, разделяющем двери кабины, устроены потайные ступеньки для подъема к горловинам заправщика, а на полу имеются откидные упоры 43 для фиксации дверей в открытом положении. Вал несущего воздушного винта 4 проходит через выносной аэродинамический элемент и закрыт обтекателем. ДВС 15 совместно с коробкой приводов расположен в центре масс на раме 20, закрепленной на двух нижних продольных балках внутри кабины, и частично располагается в подпольном пространстве, а частично выходит в кабину. Сверху со стороны кабины 1 ДВС закрывается жестким прочным капотом, покрытым со стороны двигателя шумопоглощающим материалом. Внешняя поверхность капота в зависимости от необходимости может использоваться как столик или сиденье. Такое расположение ДВС и коробки приводов перемещает центр масс в нижнюю часть автожира и способствует повышению устойчивости при посадке и движении по дорогам. Аккумуляторная батарея 16 помещена в закрытый контейнер и размещается в багажном отсеке. Замена при необходимости колес на поплавки-лыжи дает возможность взлета, посадки и передвижения по заснеженным, водным и заболоченным площадям.
Работа. После нажатия кнопки 40 «Пуск-Стоп» на приборной панеле в кабине 1 фиг.2 ток от аккумуляторной батареи 16 поступает на стартер ДВС 15, на перекрывной электрокран 33, который устанавливается из положения «Стоп» в положение «Малый газ», пропуская в двигатель топливо из бака 19. Стартер раскручивает маховик двигателя 15, двигатель выходит на обороты земного малого газа, на приборной панеле загорается лампа-кнопка 34 «Земной малый газ». При нажатии лампы-кнопки 35 «генераторный режим» электрокран 33 устанавливается в положение «генераторный режим», увеличивая пропуск топлива в двигатель, двигатель переходит на генераторный режим, при этом воздушные винты 4 и 5 не вращаются. При начатии лампы-кнопки зеленого цвета «Земля движение» автоматика включает руль 24 к управлению поворотом передних стоек шасси 6, подает ток на мотор-редуктор 13 и винт 12 толкающей силовой установки 5, воздушный винт 12 начинает вращаться на оборотах земного малого газа, без воздействия на педаль 29 «газ». После снятия автожира со стояночного тормоза 37 и нажатии на педаль 29 «газ» автожир начнет движение как земное транспортное средство. При нажатии лампы-кнопки 38 «Несущий воздушный винт. Подготовка к работе» включается автоматический пневматический механизм 2 установки и фиксации лопастей несущего воздушного винта. По окончании установки и фиксации лопастей под углом 90° друг к другу на дисплее появляется мнемосхема винта 4 с развернутыми и зафиксированными лопастями 3, подключенными к валу винта мотор-редуктором 11, винтомоторная установка и несущий воздушный винт 4 при этом не работают. Нажатие лампы-кнопки 39 синего цвета «Взлет» дает команду автоматике на установку передних стоек шасси 6 параллельно продольной оси автожира, подаче электрического тока на мотор-редуктор 13, раскрутку несущего воздушного винта 4 до оборотов взлета, с выдачей информации на дисплей и тахометр оборотов несущего винта и только после этого перевода руля и рулевой колонки 24 в управление воздушными рулями 22, 23, 31.
В случае отказа ДВС 15 в полете автоматика высветит на дисплее надпись «Отказ ДВС. Работа силовой установки от аккумуляторной батареи» с указанием причины отказа двигателя. При выключении двигателя в полете в учебно-тренировочных целях кнопкой 40 «Пуск-Стоп» на дисплее загорается надпись «Двигатель исправлен, выключен. Работа силовой установки от аккумуляторной батареи» при этом в обоих случаях автоматика совместно с мембранно-анероидными приборами переведет работу мотор-редуктора 13 на работу от аккумуляторной батареи 16 с целью неторопливого выбора площадки для посадки автожира. При начатии кнопки 40 «Пуск-Стоп» и запуска двигателя в полете на дисплее после выхода двигателя на генераторный режим появится надпись «Генераторный режим. Аккумулятор отключен», при этом заработают приборы контроля работы ДВС, надпись на мониторе исчезнет. При прыжковом взлете автожира после набора высоты и необходимой путевой скорости мембранно-анероидные приборы дадут команду автоматике на отключение мотор-редуктора 11 и несущий воздушный винт начнет вращаться от набегающего потока воздуха, а на мониторе появиться надпись: «Несущий винт в режиме авторотации». Нажатие педали 29 «газ» увеличивает ток к мотор-редуктору 13, обороты воздушного винта 12 увеличиваются, толкающий воздушный винт 12 изменяет шаг лопастей к набегающему потоку, увеличивая тяговую мощность силовой установки 5.
При уборке ноги с педали 29 «газ» автоматика совместно с мембранно-анероидными приборами установит лопасти толкающего воздушного винта 12, обороты толкающей силовой установки 5 в режим полетного малого газа, на дисплее высветится сообщение: «Установлен полетный малый газ. Минимальная горизонтальная скорость полета без потери высоты». При выполнении в полете поворотов при повороте рулевого колеса 24 установленные V-образно кили 32 с рулями поворота 25 дополнительно выполняют функцию элеронов, обеспечивая координированный поворот с небольшим креном в сторону поворота. При движении руля 24 с рулевой колонкой на себя руль высоты 23 отклонится вверх и автожир набирает высоту. При движении колонки с рулем 24 - от себя автожир снижается. При одновременном повороте руля и движении рулевой колонки 24 автожир выполняет поворот набором или снижением. После приземления и обжатия всех стоек шасси на дисплее появляется надпись «Земля. Переход в режим руления». При нажатии лампы-кнопки зеленого цвета 41 «3емля. Руление» руль 24 переходит в режим управления поворотом передних стоек шасси 6, нажатие на педаль 30 затормозит колеса, автожир остановится или замедлит свое движение. При необходимости движения назад, хвостом вперед, нажатием лампы-кнопки «Реверс» автоматическая пневмосистема 2 повернет лопасти 5 толкающего воздушного винта 12 и автожир будет двигаться назад.