Опытные вертолеты PKZ-1 и PKZ-2. Австро-Венгрия

Опытные вертолеты PKZ-1 и PKZ-2. Австро-Венгрия

Содержание:

Не без влияния творчества гениального Ярослава Гашека, отнюдь не пылавшего любовью к Австро-Венгрии, сформировалось довольно неприглядное впечатление об этой «лоскутной монархии». Однако, знакомясь с историей техники, мы с удивлением обнаруживаем, что многие технические новинки впервые были воплощены в металл именно в этом государстве. Вспомним, например, один из первых боеспособных бронеавтомобилей конструкции Пауля Даймлера или же первый катер на воздушной подушке фон Мюллера-Томамюля. Накануне и в годы Первой Мировой войны в Австро-Венгрии велись и успешные исследования в области вертолетостроения. О них и пойдет речь.

Предшественники

Идея вертикально взлетающего аппарата тяжелее воздуха отнюдь не нова – обращались к ней и Леонардо да Винчи, и Ломоносов. Но лишь к началу XX века технический прогресс создал предпосылки для превращения геликоптеров из забавных игрушек в кое-что большее. Одной из наиболее перспективных к тому времени была признана схема с соосными винтами противоположного вращения, сулившая простое решение проблемы компенсации реактивного момента, возникавшего при вращении винта. Именно по такой схеме построил в 1895 году свой аппарат австрийский инженер Вильгельм Кресс. Созданная им летающая модель весила 33 кг и приводилась в действие электромотором. Вдохновленный первым успехом, Кресс разработал проект гораздо большего аппарата весом 352 кг. По расчетам конструктора этот геликоптер с 20-сильным двигателем способен был поднять в воздух человека. Но построить эту машину ввиду сложностей извечной проблемы всех изобретателей – нехватки денег – не удалось.

В 1896 г. проект вертолета соосной схемы разработал Р. Кош. Лопасти винтов его машины, так и не сумевшей взлететь, выполнялись из проволоки и обтягивались полотном. А далее проекты, по большей части неудачные, посыпались как из рога изобилия. В 1901 году в местечке Модлинг возле Вены строит свой аппарат «Хубсхраубер» Вальдемар Порак де Варна. 1903 год – геликоптер «Рингфлигер» инженера Георга Вельнера из Брно. 1909 год – «Шраубенфлигер» конструктора Гейгера из Штирии. Не были реализованы проекты Людвига Оса, Ченека Халупецки, Антонина Яролимека и других. Наконец, весной 1914 года в немецком журнале «Флюгпост» появилась заметка о геликоптере инженера Адольфа Тильпа, строившемся в мастерской Ярослава Потучка. Таким образом, к началу Первой мировой войны в Австро-Венгрии был накоплен солидный опыт разработки вертолетов.

Фронтовое требование

С первых дней Большой войны все враждующие стороны широко применяли привязные аэростаты. На первый взгляд, трудно представить себе аппарат, менее подходящий для фронтового применения – большие размеры аэростата, наполненного к тому же легковоспламеняющимся водородом, делали его крайне уязвимым от зенитного огня и самолетов-истребителей. Для использования аэростатов требовалась громоздкая наземная инфраструктура – лебедки, а также газодобывающие агрегаты, поглощавшие массу остродефицитных химреактивов. Но, в то же время, привязной аэростат представлял собой отличную платформу для корректировки артиллерийского огня, обеспеченную надежной телефонной связью с землей.

Попытку свести к минимуму перечисленные недостатки, сохранив достоинства, сделал обер-лейтенант императорско-королевского воздухоплавательного корпуса Стефан Петрочи, служивший в офицерской школе в Винер-Нейштадте. В 1916 году на основе обобщения информации о предвоенных работах в области вертолетостроения он формирует концепцию использования привязных геликоптеров для корректировки огня артиллерии. Сравнительно небольшие размеры таких аппаратов должны были сделать их менее уязвимыми. Привязная схема позволяла сразу «убить нескольких зайцев». Во-первых, снималась проблема обеспечения управляемости геликоптера в полете. Во-вторых, при использовании электродвигателя привязная схема позволяла подавать электроэнергию по кабелю с земли и, тем самым, обеспечить теоретически неограниченную продолжительность полета. Наконец, в-третьих, обеспечивалась телефонная связь с землей. Изобретатель предполагал вооружить геликоптер для самозащиты пулеметом, а в состав оборудования наряду с телефоном должен был войти фотоаппарат. Пилот снабжался парашютом, уже опробованным на аэростатах, кроме того, в качестве средства аварийного спасения предусматривалась посадка на авторотации.

PKZ-1

Первые практические шаги по воплощению идеи Петрочи были предприняты на фирме «Оффаг», где под руководством инженера К. Балабана в сжатые сроки построили несколько моделей геликоптера, оказавшихся неудачными. Но, как говорится, отрицательный результат – тоже результат. Был сделан вывод, что необходимо тщательно подбирать профили лопастей несущих винтов. Исследования в этом направлении возглавил Теодор фон Карман. Работавшие под его руководством инженеры Ю. Колин, X. Баудиш, К. Балабан и лейтенант О. фон Асбот исследовали 1500 (!) вариантов, прежде чем сумели определить оптимальный профиль лопастей.

Весной 1917 года фон Карман приступил к воплощению результатов своих теоретических изысканий на практике. На этом этапе наиболее тесно с ним сотрудничал лейтенант флота Вильгельм Журовец. Именно ему принадлежит авторство концепции аппарата, представлявшего собой четырехвинтовой геликоптер продольной схемы. Фюзеляж состоял из трубчатой фермы. Для отработки концепции были построены две модели. Первая из них, приводимая в действие резиномотором, так и не сумела взлететь по причине слабости двигателя. Для второй модели – двухвинтовой – В. Журовец спроектировал и построил десятицилиндровый двигатель, работавший на сжатом воздухе. При собственной массе 4 кг он развивал мощность 4 л.с. при 2400 об/мин. Запаса воздуха в баллоне, установленном на вертолете, хватало на несколько десятков секунд работы мотора. В качестве шасси на этой модели, весившей 35 кг, использовались четыре надувных баллонета – решение, впоследствии примененное на PKZ-2. Испытания модели проводились в июне 1917 года в ангаре для дирижабля в Фишаменде. Всего состоялось около 50 полетов (или, вернее сказать, подъемов) на высоту до 15 метров. В ходе испытаний в модель вносились изменения, в частности, менялось взаимное расположение винтов, и отрабатывались стабилизаторы различной конструкции. Было также определено, что для обеспечения устойчивости аппарат следует удерживать минимум на трех или четырех тросах.

Испытания модели были признаны вполне успешными. 28 июня 1917 года фон Карман и Журовец получили патент Германии за номером 346.425 на конструкцию геликоптера, а 21 августа был выдан заказ на постройку полномасштабного аппарата, получившего название «Шраубенвессельфлигер» (название PKZ-1 – аббревиатура от Петрочи-Карман-Журовец – появилось лишь после войны).

Работы над «Шраубенвессельфлигером» велись в Будапеште на авиазаводе фирмы MAG. Первоначальный срок готовности – октябрь 1917 года – оказался безнадежно сорванным из-за проблем со смежниками – фирма «Австро-Даймлер» задерживала поставку электродвигателя. Лишь в марте 1918 года геликоптер был, наконец, передан на испытания.

Четырехвинтовая машина продольной схемы весила 650 кг. Диаметр четырехлопастных винтов, вначале составлявший 3,9 метра, вскоре был увеличен до 4,2 метров. Электромотор, весивший 195 кг, имел расчетную мощность 250 л.с., но фактически развивал не более 190 л.с. при 6000 об/мин. Именно силовая установка и поставила, в конце концов, крест на многообещающем проекте – во время четвертого полета двигатель сгорел, геликоптер был поврежден и не восстанавливался.

PKZ-2

Неудача с «Шраубенвессельфлигером» обусловила снижение интереса военных к проектам геликоптеров, и как следствие – прекращение государственного финансирования разработок в этой области. Но Вильгельм Журовец, разработавший осенью 1917 года альтернативный проект вертолета (патент Германии за номером 347.578), сумел найти спонсоров и продолжить работу. Финансировали его Венгерский банк и фирма «Липтак-Актионгезельшафт», на заводе которой и строился геликоптер, получивший позже обозначение PKZ-2.

Вертолет PKZ-2

Новая машина существенно отличалась от «Шраубенвессельфлигера». Прежде всего, была изменена компоновочная схема – от четырехвинтовой продольной конструктор перешел к двухвинтовой соосной. Массивные двухлопастные винты фиксированного шага из махагоневого (красного) дерева имели диаметр 6 метров. Скорость их вращения достигала 600 об/мин.

Фиаско с электродвигателем вынудило отказаться от него в пользу двигателя внутреннего сгорания. Выбор конкретного типа мотора затруднялся тем, что практически все австрийские авиадвигатели того времени представляли собой моторы т.н. «автомобильного типа» – рядные жидкостного охлаждения, весьма мощные и надежные, но слишком громоздкие. В поисках оптимального варианта по удельной массе конструктор остановился на ротативном двигателе «Гном» в 100 л.с.. Для достижения необходимой мощности потребовалось установить три таких мотора. Но и этого оказалось недостаточно, и вскоре вместо «Гномов» смонтировали 120-сильные двигатели «Рон».

Фюзеляж геликоптера представлял собой три радиальные фермы из труб, на которых устанавливались двигатели. Шасси состояло из четырех надувных баллонетов – больший под центральной частью аппарата и три меньших под фермами. К этим же фермам крепились три привязных троса. В ходе испытаний конструкция была дополнена корзиной для наблюдателя, установленной над винтами. Взлетный вес вертолета с запасом топлива на час полета достигал 1400 кг.

Первый полет PKZ-2 состоялся 2 апреля 1918 года. Собственно, полетом это назвать трудно – мощности «Гномов» хватало лишь на то, чтобы поднять аппарат на 1,5 метра над землей. После замены двигателей, дела пошли на лад, и уже 17 мая была достигнута высота 150 метров. Но ввиду нестабильной работы двигателей дальнейшие испытательные полеты проводились на высоте, не превышавшей 45-50 метров.

Первый взлет вертолета PKZ-2

Вертолет PKZ-2 в полете на высоте 50 метров

Вертолет PKZ-2 в ходе испытаний

После 35 полетов было решено, что машина вполне готова для показа официальным лицам. 10 июня 1918 года на завод прибыли чины командования австро-венгерской авиации. Поскольку полеты с человеком на борту ещё ни разу не проводились, и в этот раз геликоптер подняли в воздух с пустой корзиной наблюдателя. А дальше сработал пресловутые «эффект присутствия начальства». Когда произошел сбой в работе двигателя, и аппарат требовалось срочно посадить, расчет лебедки растерялся, и «уронил» геликоптер с высоты около 2 метров, серьезно повредив его. После этого у командования сложилось мнение о том, что технические проблемы вертолета слишком сложны, чтобы ожидать их решения в ближайшее время. 21 июня работы над PKZ-2 были прекращены.

Авария PKZ-2 10 июня 1918 г.

Параллельно с работами по PKZ-2 в Фишаменде Оскар фон Асбот совместно с инженерами К. Балабаном и С. Блудкем проектировали альтернативную конструкцию. На заводе «Уфаг» построили модель их аппарата, но сам геликоптер в недостроенном виде был уничтожен пожаром.

Несмотря на столь печальное завершение, следует отметить, что Австро-Венгрия благодаря работам многих энтузиастов стала одним из государств, претендующих на звание «родины вертолета», а аппарат PKZ-2 считается первым в мире реально летавшим геликоптером (все его предшественники не могли подняться выше нескольких десятков сантиметров). Многие конструкторы, приобретшие опыт во время проектирования геликоптеров, продолжили свою деятельность после войны. Например, Теодор фон Карман эмигрировал в США, где стал одним из ведущих американских ученых-аэродинамиков, а Оскар фон Асбот в 1928-1931 годах построил четыре удовлетворительно летавших геликоптеров «по образу и подобию» PKZ-2. Последний из них – свободнолетающий (не привязной) АН-4 – оснащался ротативным двигателем «Клерже» (110 л.с.). Несмотря на довольно несовершенную систему управления и слабенький мотор, этот аппарат с одним пилотом смог подняться на 30 м и преодолеть расстояние 3,2 километра со скоростью 19 км/ч.

источник: Андрей Харук «Из истории вертолетостроения: австро-венгерские эксперименты» «Арсенал-Коллекция» №07(37) 2015, стр.27-29