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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Helicóptero. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un helicóptero es una aeronave de ala giratoria en la que las fuerzas de sustentación y propulsión (impulsión) en todas las etapas del vuelo son generadas por uno o más rotores principales impulsados por uno o más motores.
Durante casi cuarenta años después de su aparición, el avión reinó en el aire. Durante este tiempo, la velocidad y la capacidad de carga de las máquinas aladas aumentaron muchas veces, lo que pasó de torpes "cosas" de madera contrachapada a poderosos y apuestos hombres, que encarnaban los logros técnicos más avanzados del pensamiento humano. Sin embargo, a pesar de todos sus méritos, cualquier avión tiene un inconveniente importante: para permanecer en el aire, debe moverse constantemente y a una velocidad suficientemente alta en un plano horizontal, porque la sustentación de sus alas depende directamente de la velocidad de movimiento. . De ahí la necesidad de una carrera de despegue y una carrera de aterrizaje, que encadenan la aeronave al aeródromo. Mientras tanto, a menudo existe la necesidad de un avión de este tipo que tenga una fuerza de elevación que no dependa de la velocidad de vuelo, que pueda elevarse y aterrizar verticalmente y, además, que sea capaz de "flotar" en el aire. Este nicho, después de una larga búsqueda de diseño, fue ocupado por un helicóptero: un helicóptero. Al poseer todas las cualidades de vuelo inherentes a un avión, un helicóptero tiene, además, una serie de propiedades específicas notables: puede despegar desde un lugar sin una carrera preliminar de despegue, permanecer inmóvil en el aire a la altura deseada, moverse progresivamente en todas las direcciones, hacer giros en cualquier dirección como en el momento del movimiento hacia adelante y durante el vuelo estacionario; finalmente, puede aterrizar en una pequeña plataforma sin una carrera posterior. La creación de un aparato que poseyera un complejo de estas cualidades resultó ser una tarea extremadamente difícil, ya que la teoría de un helicóptero es mucho más complicada que la teoría de un avión. Fueron necesarios años de arduo trabajo de muchos diseñadores antes de que el helicóptero comenzara a sentirse seguro en el aire y pudiera compartir las preocupaciones de transporte aéreo con la aeronave. Los primeros helicópteros (helicópteros y autogiros) aparecieron casi al mismo tiempo que el primer avión. En 1907, el helicóptero de cuatro rotores de los franceses Breguet y Richet por primera vez pudo despegar y levantar a un hombre por encima de alguien. Después de eso, muchos inventores propusieron varios diseños de helicópteros. Todos ellos tenían un complejo esquema multirrotor, en el que varios tornillos servían para mantener el dispositivo en el aire, y varios otros para empujarlo en la dirección correcta. El esquema de un solo rotor (al que pertenece el 90% de todos los helicópteros en nuestro tiempo) no fue considerado seriamente por nadie al principio. ¿Y ella era real? Levante el dispositivo en el aire con un solo tornillo, todavía está bien. Pero, ¿cómo decirle el movimiento de traslación horizontal? ¿Cómo gestionarlo? Aquellos inventores que estaban bastante versados en aerodinámica señalaron otro gran inconveniente del esquema de un solo rotor: la presencia de un momento reactivo. El hecho es que cuando el rotor principal era impulsado por un motor rígidamente conectado a la góndola, esta última tenía que girar no tanto la hélice como (en la dirección opuesta) el cuerpo del aparato. Parecía que era posible paralizar el momento del chorro solo cuando se usaban varios rotores principales que giraban en direcciones opuestas en el diseño del helicóptero. Además, estos tornillos podrían ubicarse por separado (esquemas longitudinales y transversales) y en el mismo eje, uno debajo del otro (esquema coaxial). También me vinieron a la mente otras ventajas del esquema de tornillos múltiples. Después de todo, al tener varios tornillos de control, era más fácil dirigir el automóvil en la dirección correcta. Pero pronto resultó: cuantos más tornillos tiene un helicóptero, más problemas tiene: calcular el dispositivo incluso con un tornillo fue una tarea muy difícil; resultó ser generalmente imposible tener en cuenta la influencia mutua de muchas hélices (al menos en el primer cuarto del siglo XX, cuando la aerodinámica solo estaba dando sus primeros pasos y la teoría de la hélice apenas comenzaba a tomar forma). ). El inventor ruso Boris Yuryev hizo una contribución significativa para superar muchos de estos problemas. Hizo sus descubrimientos más importantes en la época en que era estudiante en la Escuela Técnica Superior de Moscú y era miembro activo del Círculo Aeronáutico del famoso científico ruso Zhukovsky. Interesado en un esquema de un solo rotor, Yuryev, en primer lugar, se hizo la pregunta: ¿cómo decirle al helicóptero que se mueva hacia adelante en la dirección correcta? La mayoría de los inventores a principios del siglo XX, como ya se mencionó, estaban seguros de que para esto era necesario equipar el aparato no solo con rotores, sino también con hélices. Sin embargo, al experimentar con muchos modelos diferentes, Yuryev descubrió que al inclinar el eje del rotor principal era posible obtener una buena velocidad de vuelo horizontal sin hacer una hélice de empuje horizontal especial. El movimiento de traslación del helicóptero también se puede lograr inclinando el cuerpo del aparato hacia adelante. En este caso, la fuerza del tornillo grande se descompone en dos fuerzas: elevación y empuje, y el aparato comienza a moverse hacia adelante. Y cuanto mayor sea la inclinación del aparato, mayor será la velocidad de vuelo. El siguiente problema fue cómo equilibrar el momento reactivo que actúa sobre la góndola. Yuryev sugirió que esto podría lograrse más fácilmente con una pequeña hélice ubicada en la cola del helicóptero e impulsada por un engranaje ligero. Debido al hecho de que la fuerza creada por el rotor de cola se aplicó al brazo largo (en relación con el centro de gravedad del aparato), su acción compensó fácilmente el momento reactivo. Los cálculos mostraron que esto requeriría del 8 al 15% de la potencia del motor. Yuryev propuso además hacer las palas de esta hélice con un paso variable. Al aumentar o disminuir el ángulo de inclinación de estas palas con respecto al plano de rotación, era posible aumentar o disminuir el empuje de esta hélice. Con un gran empuje, el rotor de cola tenía que dominar el momento reactivo del rotor principal y girar la góndola en la dirección correcta.
Pero la mayor dificultad fue la creación de un sistema de control confiable. El piloto debía tener a su disposición dispositivos que le permitieran cambiar rápidamente la orientación de la máquina con respecto a sus tres ejes: es decir, girarla en cualquier dirección con respecto al eje vertical, inclinar el cuerpo hacia arriba y hacia abajo, y también gírelo hacia la derecha y hacia la izquierda. El problema de giro se resolvió con un pequeño rotor de cola. Para esto, como ya se señaló, fue suficiente hacer girar sus palas y conectar el mecanismo para su rotación con los timones. Pero, ¿cómo garantizar la controlabilidad relativa a los ejes longitudinal y transversal? El medio más simple sería el dispositivo de dos rotores de cola más, colocados en las consolas a cierta distancia del centro de gravedad de la máquina y girando el helicóptero en la dirección necesaria para el piloto. Aquí, el tornillo 1 sirve para compensar el momento reactivo, y también actúa como timón; la hélice 2 gira y es similar en su acción a los alerones (planos de alabeo de las alas de un avión), y la hélice 3 sirve como una especie de elevador. Pero este sistema, además de ser demasiado complejo, también tenía la desventaja de que hacía que el helicóptero fuera muy inestable en vuelo. Yuryev comenzó a pensar en la pregunta: ¿es posible organizar el rotor principal de tal manera que él mismo cree los dos momentos necesarios para controlar el helicóptero? La búsqueda terminó en 1911 con la invención de uno de los dispositivos más notables en la historia de un helicóptero: la creación de un plato cíclico.
El principio de funcionamiento de esta máquina es muy simple. Cada pala de la hélice describe un círculo durante la rotación. Si las palas del rotor principal se hacen móviles con respecto a sus ejes longitudinales, de modo que puedan cambiar el ángulo de inclinación con respecto al plano de rotación, entonces el movimiento del helicóptero se puede controlar muy fácilmente. De hecho, si parte del círculo delineado por él pasa a través de la cuchilla con un gran ángulo de instalación, y la otra parte con uno más pequeño, entonces, obviamente, el empuje será mayor por un lado y menor por el otro, y el rotor principal (y con él toda la máquina) girará en la dirección adecuada. El plato cíclico solo proporcionó la instalación necesaria de las cuchillas. Para hacer esto, se instaló un anillo en el eje del rotor principal en una suspensión de cardán, al cual, con la ayuda de bisagras, se unieron correas a las palancas que giran las palas. El anillo giraba junto con el eje de la hélice. Por dos lados estaba cubierto por un anillo fijo que se asentaba libremente sobre él. Este último anillo podía girar libremente por medio de barras de dirección y recibir cualquier inclinación en dos planos. En este caso, el aro interior también se inclinó mientras giraba simultáneamente dentro del aro fijo. Es fácil ver que en este caso el aro interior hará una oscilación completa en una revolución, lo que a su vez hará que cada pala asociada a él oscile: todas ellas cambiarán el ángulo de instalación de un valor mínimo a un máximo durante la Revolución. Estos ángulos dependerán de la inclinación del anillo fijo asociado a las palancas de mando. Si el piloto necesitaba girar su automóvil en cualquier dirección, tenía que apuntar el anillo exterior del plato cíclico en esa dirección. En este modo, el ángulo de inclinación de cada hoja se cambió independientemente de las otras hojas. Pero fue fácil hacer que el plato cíclico, si fuera necesario, pudiera cambiar el ángulo de instalación a la vez para todas las palas al mismo tiempo. Esto se requería, por ejemplo, en caso de falla del motor en un modo llamado autorrotación, cuando, bajo la influencia de un flujo de aire, la hélice de un helicóptero que caía comenzaba a girar espontáneamente, actuando como un paracaídas. Al mismo tiempo, el helicóptero parecía estar planeando (en la naturaleza, este efecto se puede observar en la caída de semillas de arce). Para ello, bastaba con hacer deslizar el cardán del plato cíclico a lo largo del eje de la hélice (de arriba hacia abajo). Subiendo o bajando el plato cíclico, el piloto giraba inmediatamente todas las palas de la hélice en una dirección, aumentando o disminuyendo así el ángulo de instalación o haciéndolo negativo (es decir, capaz de girar en la dirección opuesta, que era exactamente lo que se requería durante la autorrotación) . Así, en 1911, un estudiante de 22 años de la Escuela Técnica Superior de Moscú, Boris Yuryev, desarrolló en términos generales todo el esquema de un helicóptero de un solo rotor. No pudo patentarlo, porque no tenía dinero para hacerlo. En 1912, según el proyecto de Yuryev, los estudiantes de la Escuela Técnica Superior de Moscú ensamblaron un modelo de helicóptero no volador de tamaño completo. En la exposición internacional de aeronáutica y automovilismo, celebrada el mismo año en Moscú, este modelo recibió una pequeña medalla de oro. Sin embargo, la escuela no tenía los fondos para construir una máquina que funcionara. La Primera Guerra Mundial, que comenzó poco después, y luego la Guerra Civil, distrajeron a Yuryev del trabajo en su proyecto durante mucho tiempo.
Mientras tanto, seguían apareciendo modelos de helicópteros multirrotor en otros países. En 1914, el inglés Mumford construyó su helicóptero. Fue el primero en volar con velocidad de traslación. En 1924, el francés Emishen voló su helicóptero por primera vez en un círculo cerrado. Al mismo tiempo, Yuryev, después de haber asumido el cargo de jefe del Departamento de Aerodinámica Experimental de TsAGI, intentó implementar su esquema de un solo rotor. Bajo su liderazgo, Alexei Cheremukhin construyó el primer helicóptero soviético 1-EA.
Esta máquina tenía dos tornillos de cola y dos motores Ron con una potencia de 120 hp cada uno. cada. También se equipó por primera vez con un plato cíclico. Las primeras pruebas en 1930 dieron un resultado brillante. El helicóptero pilotado por Cheremukhin se elevó con confianza del suelo y se elevó fácilmente a una altura de varios cientos de metros, describiendo libremente ochos y otras figuras complejas en el aire. En 1932, Cheremukhin voló este helicóptero a una altura de 605 m, estableciendo así un récord mundial absoluto. Sin embargo, este helicóptero todavía estaba muy lejos de ser perfecto. Él era inestable. El rotor principal se hizo rígido (las palas no cambiaron el volante), lo que hizo que su trabajo fuera insatisfactorio. Posteriormente, se desarrollaron y construyeron otros modelos. En 1938, bajo el liderazgo de Bratukhin, se creó el primer helicóptero soviético de dos rotores 11-EA del esquema transversal. Pero, en general, en la década de 30, la industria de helicópteros no recibió apoyo estatal en la URSS. En ese momento, se hizo muy popular la teoría según la cual un avión es incomparablemente más perfecto que un helicóptero tanto en velocidad como en términos de capacidad de carga, y un helicóptero es solo un juguete caro. Solo en 1940, Yuryev, con gran dificultad, logró obtener el permiso para crear una oficina de diseño especial, que dirigió. Pronto cargado con mucho trabajo docente, entregó la dirección del departamento a Ivan Bratukhin. Un año después, comenzó la guerra y la creación de un helicóptero perfecto se pospuso nuevamente indefinidamente. En ese momento, Alemania era el líder en la industria de helicópteros. El talentoso diseñador Fokke creó en los años 30 varios helicópteros transversales de doble rotor perfectos. En 1937, se establecieron récords mundiales en su helicóptero FW-61: altitud - 2439 m, velocidad - 123 km / hy alcance - 109 km de vuelo. En 1939, el nuevo helicóptero Fokke alcanzó una altitud de 3427 m, y en 1941 se lanzó su máquina FA-223 en una pequeña serie. La guerra puso fin a su desarrollo, pero el éxito de Focke-Wulfs durante mucho tiempo atrajo la atención de los diseñadores hacia el esquema transversal.
El hecho de que el esquema de un solo rotor, sin embargo, se estableciera como el dominante en la industria de los helicópteros, un gran mérito pertenece al diseñador de aviones estadounidense Igor Sikorsky. (De origen ruso, emigró a Estados Unidos en 1919, y en 1923 fundó aquí su compañía Sikorsky). Durante su vida, Sikorsky desarrolló varias docenas de modelos de aviones, pero la creación de un helicóptero le dio fama mundial. Fue él quien primero llevó a la perfección el clásico esquema Yuryev de un solo tornillo. Sikorsky construyó su primer helicóptero S-46 (VC-300) en 1939. Inmediatamente abandonó la idea de determinar todos los parámetros del aparato mediante cálculos y decidió crear un helicóptero en el que los cambios de diseño pudieran realizarse fácilmente durante las pruebas de vuelo. Su coche tenía un aspecto marcadamente primitivo: un fuselaje sencillo estaba montado en forma de armadura de tubos de acero, el piloto se sentaba abiertamente en una pequeña silla frente al motor. Propulsión por un pequeño motor de 65 hp. Se transmitía por medio de correas hasta la caja de cambios, desde la cual se impulsaba un rotor principal de tres palas y tres articulaciones, que era de diseño simple. El rotor de cola de una sola hoja de cola estaba montado en una viga larga en forma de caja.
Ya las primeras pruebas revelaron numerosos defectos de diseño. El plato cíclico funcionó muy mal, ya que estaba mal sincronizado; por ello el helicóptero no obedecía bien al volante y se tambaleaba al levantar. Al final, volcó y se rompió gravemente. Luego, Sikorsky abandonó el plato cíclico e introdujo tres tornillos de cola (implementando así el esquema inicial de Yuryev, que se mencionó anteriormente). En este diseño, el helicóptero mostró un buen manejo. En mayo de 1940, Sikorsky demostró públicamente a su descendencia en Bridgeport frente a pilotos estadounidenses. Su automóvil causó una gran impresión en los presentes: el helicóptero se movía libremente hacia arriba y hacia abajo, hacia los lados y hacia atrás, flotaba inmóvil y giraba en su lugar. El helicóptero solo tenía un inconveniente: obstinadamente no quería volar hacia adelante. Fueron necesarios varios meses para averiguar el motivo de su "terquedad". Resultó que los vórtices de aire creados por el rotor principal tenían un fuerte efecto en el funcionamiento de los rotores de cola, por lo que a alta velocidad se negaban a funcionar. Con los rotores de cola fuera del alcance del rotor principal, la maniobrabilidad y el control del VS-300 mejoraron drásticamente de inmediato. En general, el VS-300 fue de gran importancia para Sikorsky. Durante los vuelos de prueba de dos años, se probaron varios sistemas de control, varios tipos de hélices y estructuras, y se resolvió la forma misma del helicóptero. La cantidad de mejoras estructurales realizadas al modelo original fue tan significativa que para 1942 solo quedaban del helicóptero anterior el asiento del piloto, la parte central del fuselaje, el tanque de combustible y dos ruedas del tren de aterrizaje principal. Gracias a estas pruebas, la creación de los siguientes helicópteros fue mucho más fácil. Pronto, el comando de la Fuerza Aérea de EE. UU. ordenó a Sikorsky que desarrollara un helicóptero militar que pudiera usarse para el control de incendios y la comunicación. La nueva muestra se denominó VS-316 (S-47). Numerosos fallos con la primera máquina convencieron al diseñador de que el plato cíclico era absolutamente necesario para un circuito de un solo tornillo. Esta vez la máquina fue diseñada con mucho cuidado, lo que predeterminó el éxito del modelo. En enero de 1942, comenzaron las pruebas de vuelo del helicóptero terminado. En abril, el automóvil ya se mostró a los militares. El piloto de pruebas Charles Maurice, que estaba sentado al timón, pudo demostrar las enormes capacidades del avión de alas giratorias. Se cernió sobre las cabezas de los asombrados espectadores, despegó y aterrizó nuevamente en el lugar anterior, justo en los huecos de las ruedas, se movió hacia adelante, hacia atrás, hacia los lados, giró en su lugar. Luego levantó la bolsa de hilo con los huevos con un tubo especial, la llevó a otro lugar y la bajó sin romper ni uno solo. También se demostraron otras acrobacias, por ejemplo, el descenso y ascenso de un pasajero en una escalera de cuerda a un helicóptero que se cierne sobre el suelo. Ahora bien, esto, por supuesto, no es sorprendente, pero en ese momento era una curiosidad y asombró a los generales mundanos hasta la médula. Uno de los altos funcionarios presentes exclamó: "¡Esta cosa puede hacer todo lo que un caballo puede hacer!" Y el famoso piloto de pruebas inglés Bree admitió: "Estuvimos presentes en el milagro". Al final, Maurice demostró velocidad de crucero: alrededor de 130 km / h, se elevó sobre el suelo en 1500 m y luego aterrizó con el motor apagado en autorrotación. En mayo de 1942, el ejército estadounidense adoptó el VS-316 con el nombre de XR-4 y lo puso en producción en masa. Se construyeron un total de 130 helicópteros de este tipo. En 1944, se probaron por primera vez en condiciones de combate en Birmania. La guerra aquí era en la jungla, y el helicóptero era el único vehículo apto para el abastecimiento de tropas. Los combatientes japoneses lanzaron una verdadera cacería de "plataformas giratorias" de baja velocidad, pero no pudieron derribar ni uno solo: ante el menor peligro, el helicóptero presionaba contra el suelo, se escondía entre los árboles y, por lo tanto, evadía fácilmente la batalla. En 1943, la compañía Sikorsky lanzó un nuevo helicóptero XR-5, que se distinguió por una velocidad y carga útil mucho mayores. Por primera vez, se desarrolló un motor de helicóptero especial para él. Se construyeron un total de 65 de estas máquinas, ya que el Ministerio de Defensa canceló sus pedidos debido al final de la guerra. Mientras tanto, en 1944, Sikorsky ya tenía listo un nuevo modelo: el S-49 (se produjeron un total de 229). Después de la guerra, los helicópteros comenzaron a extenderse rápidamente por todo el mundo. Sikorsky no mantuvo mucho tiempo el monopolio de su producción, ya que solo en los EE. UU. 300 empresas comenzaron a desarrollar sus modelos de helicópteros. Sin embargo, Sikorsky tenía ventajas importantes sobre ellos: un diseño bien establecido y una producción bien establecida. A pesar de la competencia, su empresa no solo prosperó, sino que también amplió la producción. En 1946, desarrolló el modelo S-51 (se produjeron un total de 554 vehículos), que encontró la más amplia aplicación tanto en el ámbito militar como en el económico. Este helicóptero fue equipado por primera vez con un piloto automático, lo que facilitó mucho el control. Sin embargo, el mayor éxito recayó en los helicópteros S-55 Chickasaw (1949) y S-58 Seabat (1954).
Solo en la planta de Sikorsky, se ensamblaron 1828 piezas de helicópteros del primer modelo y 2261 del segundo. Además, muchas empresas en diferentes países han adquirido una licencia para su producción. En 1952, dos S-55 realizaron el primer vuelo a través del Océano Atlántico (uno de ellos repostando en la cubierta de un portaaviones) de América a Europa. S-58 fue reconocido como el mejor helicóptero de la primera generación. También se convirtió en el "canto del cisne" del propio Sikorsky. En 1957, el diseñador de 68 años renunció a la dirección de la empresa. Durante estos años, el desarrollo de helicópteros en la URSS estaba en pleno apogeo. Después de la guerra, Yuriev logró organizar dos nuevas oficinas de diseño: Mikhail Mil, que se comprometió a desarrollar un helicóptero de un solo rotor, y Nikolai Kamov, que eligió un esquema coaxial. La oficina de diseño de Yakovlev también se unió al trabajo en el diseño del helicóptero. Bratukhin continuó su trabajo en helicópteros transversales. En 1946 apareció su helicóptero G-3. En 1947 produjo su primer helicóptero Ka-8 Kamov. Pero cuando se anunció una competencia por el mejor modelo soviético a fines de los años 40, la ganó el helicóptero Mil Mi-1, creado de acuerdo con el esquema de un solo rotor de Yuryev. En 1951 se puso en producción. Autor: Ryzhov K.V.
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