Отчего люди не летают, как… вертолеты? Ведь создать легкий вертолетный ранец с достаточной тягой нынешние технологии позволяют. Но где же они, вертолетные ранцы?

Типы ранцевых вертолетов Самые популярные схемы вертолетных ранцев — реактивная (1) и механическая соосная (2). Датчанин Винсент Серемет прославился как разработчик ранца классической схемы с хвостовым винтом (3). Периодически на свет появлялись экзотические конструкции, такие как, например, ранец Мельника и Светикаса (4). Несущий винт этой модели раскручивался небольшими тянущими винтами, которые приводились от легкого двигателя Ванкеля
Вот так выглядели непридуманные «карлсоны». Фотографии сделаны на испытаниях модели Pinwheel в Калифорнии и датируются 1954 годом
В следующем, 1955 году выходит книга Астрид Линдгрен «Малыш и Карлсон, который живет на крыше». Одновинтовой литературный персонаж возмущал инженеров некорректностью своего устройства. Между тем он соответствует духу времени. Благодаря популяризации двигателей Глухарева одновинтовая реактивная схема в 1950-х годах была на пике популярности

В начале 1950-х в обстановке полной секретности на одной из авиабаз близ Лос-Анджелеса проходил испытания аппарат под названием Pinwheel. Вид зависшего в воздухе пилота, над головой которого крутился винт, производил неизгладимое впечатление — его можно было принять за супермена — героя знаменитых уже в то время комиксов Джерри Сигела и Джо Шустера. Однако на земле испытатели не соответствовали образу бесстрашного героя: они всячески отлынивали от полетов на Pinwheel, так как ранец был трудноуправляемым, неустойчивым и крайне требовательным к мастерству испытателя при посадке. Порой пилоты лишь чудом не падали при приземлении. Стоило бы такому случиться, и вращающийся на огромных оборотах ротор непременно задел бы опорную поверхность. Оставалось только догадываться, что бы стало при этом с пилотом.

В какой-то момент испытания ранца Pinwheel были прекращены. Военное ведомство США, по заказу которого калифорнийская фирма Rotorcraft Corporation конструировала вертолетный ранец, осталось недовольным максимальным временем беспосадочного полета. Запаса топлива хватало всего на 15 минут, и прожорливость реактивных двигателей не позволяла увеличить этот показатель. В результате интерес к Pinwheel у военных пропал, но романтики от авиации продолжали вынашивать идею создания персонального вертолетного ранца.

Первый ранцевый вертолет

Хотя изначально именно романтики были движущей силой авиации, их время прошло, когда в авиацию хлынули финансовые потоки. Балом стали править практики. Вероятно, этим объясняется то, что вертолетный ранец появился намного позже пригодного к эксплуатации вертолета.

Считается, что разработчиком первого в мире ранцевого вертолета был австриец Паул Буамгартл. В 1941 году он построил безмоторный автожирный планер Heliofly II-58, а годом позже по заказу Третьего рейха переделал его в вертолет Heliofly III-57, который планировалось использовать для транспортировки солдат. Для раскрутки лопастей использовались два легких двухтактных двигателя мощностью по 8 л.с., а на смену одному ротору пришли два вращающихся в разные стороны винта диаметром 4,76 м. Конструктор решил, что для вертолетного ранца соосная схема подойдет лучше, чем классическая с хвостовым винтом. Известно, что весил ранец Буамгартла всего 20 кг, сохранилось даже несколько его фотографий, но хроники не дают ответа на главный вопрос — летал ли он. Известно лишь, что следующим аппаратом, созданным австрийцем, стал легкий вертолет, установленный на полозковое шасси, с двумя соосными роторами диаметром 6,1 м. Больше об аппаратах Баумгартла и о нем самом ничего не известно. Зато есть данные, что сразу после окончания войны подобный аппарат появился в Америке. Это было детище конструктора Пентекоста.

Винт с механическим приводом

Подобно своему предшественнику, с работами которого Пентекост, скорее всего, не был знаком, американец тоже остановился на соосной схеме, а для привода использовал легкий двухтактный мотоциклетный двигатель мощностью 20 л.с.

Любопытно, что изначально Хорес Пентекост предлагал свой вертолетный ранец военным в качестве замены неуправляемому парашюту. Но на испытаниях вскрылась неприятная особенность аппарата: когда «парашютист» приземлялся на ноги, ему сложно было удержать равновесие, особенно если под ногами были скользкий грунт или неровная поверхность. Падение же могло привести если не к гибели, то к серьезному травмированию пилота. Добиться неплохой эргономики при посадке и взлете можно было бы уменьшением диаметра ротора. Но чем меньше несущий винт, тем больше мощности требуется от двигателя для обеспечения достаточной подъемной силы. А в 1940—1950-х годах, когда еще не появились легкие и мощные двигатели, добиться необходимой энерговооруженности было крайне сложно.

Был и еще один довод в пользу большого несущего винта. В экстренной ситуации в случае отказа двигателя главным спасением для вертолета является режим авторотации (самовращение несущего винта). Пилот должен как можно быстрее поставить шаг винта на минимально возможный, чтобы не дать ему потерять обороты. На аппарате с большим ротором пилот, скорее всего, успеет среагировать и предотвратить падение оборотов ротора, тогда как при маленьком роторе времени на перевод его в режим авторотации будет недостаточно. Поэтому отказ двигателя в случае маленького несущего винта практически равнозначен гибели пилота. Правда, на большой высоте может выручить парашютная система спасения, а на малой (до 10 м) таким спасением могут стать пиротехнические подушки безопасности. А вот если двигатель перестанет работать на высоте 10−30 м, уже ни одно из устройств не сможет эффективно сработать.

Чтобы решить вопрос с посадкой, Пентекост впоследствии оснастил свой вертолетный парашют Hoppicopter шасси из трех колес. С ним пилоту было легко садиться и взлетать. Однако к этому моменту военные уже потеряли интерес к разработке Пентекоста. Изобретатель попробовал заинтересовать обычных энтузиастов, но когда все было готово к серийному производству модели, обстоятельства сложились так, что Пентекост был вынужден оставить эту тему. Hoppicopter так и остался прототипом.

Реактивный привод Глухарева

Тем временем идеей вертолетного ранца загорелся американский авиаконструктор российского происхождения Евгений Глухарев, который начинал свою карьеру в фирме Сикорского разработчиком двигателей. В 1950-х годах он работал в фирме Rotorcraft Corporation, той самой, что разработала модель Pinwheel для военных.

В это время Глухарев стал известным разработчиком пульсирующих воздушно-реактивных двигателей (ПуВРД), и именно ими он оснащал свои первые реактивные ранцы MEG-1X (максимальная скорость — 90 км/ч, продолжительность полета — 18 минут) и MEG-2X.

Благодаря простоте и дешевизне маленькие ПуВРД в качестве привода вертолетных ранцев быстро нашли своих поклонников. Однако обнаружились два недостатка: расположенные на концах лопастей перегретые детали двигателей быстро деформировались в условиях высокой центробежной силы. Срок службы моторов и, соответственно, надежность оставляли желать лучшего. К тому же моторы на концах лопастей создавали высокое сопротивление вращению — это, с одной стороны, повышало расход топлива, а с другой — фактически исключало спасение пилота выходом на режим авторотации. В частности, этой причиной объясняется малая распространенность реактивных вертолетов. Так что, несмотря на всплеск интереса к реактивному приводу Глухарева, модели ранцев с механическим приводом вскоре снова стали преобладающими.

Помимо реактивного привода во времена Глухарева применяли компрессорно-реактивную схему — на борту вертолета находился компрессор с приводом от ДВС. Сжатый воздух подавался через каналы в лопастях к их концам, где он вырывался по касательной к окружности вращения и создавал необходимую тягу. Однако такая схема тоже, к сожалению, была далека от совершенства: по узким каналам было слишком сложно обеспечить подачу большого количества воздуха к концам лопастей. Как результат, эта система обладала слишком низкой эффективностью.

«Классика» Винсента Серемета

В то время как в мире вертолетов широкое распространение получила классическая схема с рулевым винтом, создатели вертолетных ранцев тяготели к соосной и реактивной компоновкам. Однако в 1962 году появился и «классический» ранцевый вертолет — WS3 Mini-Copter. Датчанин Винсент Серемет успешно облетал эту конструкцию и даже собирался выпускать ее мелкосерийно, но до производства дело снова не дошло. А ведь более мощная модель WS4 Mini-Сopter, сконструированная датчанином, могла поднимать до 150 кг веса и лететь без посадки около 15 минут. Очевидно, Серемет, как и его предшественники, не смог достичь приемлемого баланса между эргономикой взлета и посадки и возможностью безопасного выхода аппарата на авторотацию.

Отечественные микровертолеты

Разработкой вертолетных ранцев энтузиасты занимались и в России. Например, в 1948 году под Москвой в районе платформы Соколовская можно было увидеть выпускника МАИ Курочкина, испытывавшего ранцевый автожир собственной конструкции. К сожалению, на испытаниях аппарат так и не удалось довести до желаемого уровня совершенства.

Весьма интересным был прототип складного вертолета Ка-56, который в начале 1970-х годов по заказу Вооруженных сил СССР разрабатывали в ОКБ Камова. Вертолет соосной схемы можно было разобрать и сложить в футляр и так же легко собрать. Весь процесс сборки составлял не более десяти минут. Однако довести до летных испытаний этот проект не удалось.

Упоминания заслуживают и студенческие проекты микровертолетов. Студентами Куйбышевского авиационного института (ныне Самарский аэрокосмический университет) был построен одноместный микровертолет «Вихрь». Несущий винт вращали прямоточные воздушно-реактивные двигатели, расположенные на концах лопастей. Московские студенты тем временем для привода своего микровертолета МАИ X-5 использовали двухтактные двигатели от бензопилы «Дружба». Восемь таких моторов, объединенных в одном блоке, обеспечивали достаточную для подъема аппарата мощность — 48 л.с. Были и другие оригинальные модели.

Винт с ракетами

Самая последняя на сегодняшний день разработка в этой области принадлежит мексиканцу Лозано (мы уже рассказывали о его проекте ракетного ранца в «ПМ» № 9'2006). Небольшая длительность полета ракетного ранца побудила мексиканца разработать ранцевый вертолет Libelula. Лопасти аппарата раскручиваются благодаря крошечным ракетным двигателям, которые, по данным мексиканца, заметно превосходят по характеристикам реактивный привод Глухарева. Есть надежда, что и авторотировать аппарат Лозано будет лучше, чем его реактивные предшественники. Сам конструктор ожидает, что именно ему достанутся лавры создателя самого легкого, удобного и безопасного ранцевого вертолета в мире.

Но сможет ли Лозано решить главную проблему ранцевых вертолетов и достичь приемлемого уровня безопасности? Специалисты сомневаются, а романтики продолжают надеяться, что однажды винтокрылый ранец можно будет купить в магазине за вполне приемлемые деньги.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№5, Май 2009).