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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
ヘリコプター。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト ヘリコプタは回転翼航空機であり、飛行のすべての段階で揚力と推進力（駆動力）が XNUMX つまたは複数のエンジンによって駆動される XNUMX つまたは複数のローターによって生成されます。
登場してから約XNUMX年間、航空機は空中で最高の地位を占めていました。 この間、翼のある車両の速度と環境収容力は何度も増加し、不器用な合板の「whatnots」から強力なジェットハンサムな男性に変わり、人間の思考の最先端の技術的成果を体現しました。 ただし、すべてのメリットについて、航空機にはXNUMXつの重要な欠点があります。翼の揚力は移動速度に直接依存するため、航空機は空中に留まるために、水平面内を常に十分に高速で移動する必要があります。 。 したがって、航空機を飛行場につなぐ離陸滑走と着陸滑走の必要性。 一方、飛行速度に依存しない揚力を持ち、垂直に上昇および着陸でき、さらに空中で「ホバリング」できる航空機が必要になることがよくあります。 このニッチは、長い設計調査の後、回転翼航空機、つまりヘリコプターによって占められていました。 航空機に固有のすべての飛行特性を備えたヘリコプターには、さらに、多くの注目すべき固有の特性があります。予備の離陸滑走なしで場所から離陸し、目的の高さで空中を動かずにホバリングし、徐々に移動することができます。すべての方向、前進時およびホバリング中のように、任意の方向に旋回します。 最後に、彼はその後の走行なしで小さなプラットフォームに着陸できます。 ヘリコプターの理論は飛行機の理論よりもはるかに複雑であるため、これらの品質の複合体を備えた装置の作成は非常に困難な作業であることが判明しました。 ヘリコプターが空中に自信を持ち始め、航空機と航空輸送の懸念を共有できるようになるまでには、多くの設計者の長年の努力が必要でした。 最初の回転翼航空機（ヘリコプターとオートジャイロ）は、最初の航空機とほぼ同時に登場しました。 1907年、フランスのブレゲとリシェのXNUMXローターヘリコプターが初めて地面から降りて、誰かの上に男を持ち上げることができました。 その後、多くの発明者から様々なヘリコプターの設計が提案されました。 それらのすべては複雑なマルチロータースキームを持っていました、そこではいくつかのネジがデバイスを空中に保つのに役立ち、他のいくつかはそれを正しい方向に押すのに役立ちました。 シングルローター方式（全ヘリコプターの90％が私たちの時代に属している）は、最初は誰も真剣に検討していませんでした。 そして、彼女は本物でしたか？ XNUMX本のネジでデバイスを空中に上げます-それでも大丈夫です。 しかし、彼に水平方向の並進運動をどのように伝えるのですか？ それを管理する方法は？ 空気力学に精通した発明者は、シングルローター方式のもう XNUMX つの大きな欠点である反作用モーメントの存在を指摘しました。 事実は、メインローターがゴンドラにしっかりと接続されたエンジンから駆動されたとき、後者はプロペラ自体を（反対方向に）装置の本体ほど回転させる必要がなかったということです。 ジェットのモーメントを麻痺させることができるのは、ヘリコプターの設計で反対方向に回転する複数のメイン ローターを使用した場合のみであると思われました。 さらに、これらのネジは、互いに別々に配置することも（縦方向および横方向のスキーム）、同じ軸上に配置することもできます-一方が他方の下に配置される場合（同軸スキーム）。 マルチスクリュー方式の他の利点も思い浮かびました。 結局のところ、いくつかの制御ネジを使用すると、車を正しい方向に向ける方が簡単でした. しかし、すぐに判明しました。ヘリコプターのネジが多いほど、問題が多くなります。ネジが XNUMX つでも装置を計算するのは非常に困難な作業でした。 多くのプロペラの相互影響を考慮に入れることは一般的に不可能であることが判明しました（少なくともXNUMX世紀の第XNUMX四半期には、空気力学が最初の一歩を踏み出したにすぎず、プロペラの理論が形になり始めたばかりでした） ）。 これらの問題の多くを克服するために重要な貢献をしたのは、ロシアの発明家ボリス・ユリエフです。 彼が最も重要な発見をしたのは、モスクワ高等技術学校の学生であり、有名なロシアの科学者ジュコフスキーの航空サークルの活発なメンバーであったときです。 単一ローター方式に興味を持ったユリエフは、まず最初に自問自答しました。ヘリコプターの前進運動を正しい方向に伝えるにはどうすればよいでしょうか。 すでに述べたように、XNUMX世紀初頭の発明者のほとんどは、このために装置にローターだけでなくプロペラも装備する必要があると確信していました。 しかし、ユリエフ氏は、さまざまなモデルを実験して、メインローター軸を傾けることで、特別な水平推力プロペラを作らなくても、良好な水平飛行速度を得ることができることを発見しました。 ヘリコプターの並進運動は、装置の本体を前方に傾けることによっても達成できます。 この場合、大きなネジの力は揚力と推力のXNUMXつの力に分解され、装置は前進し始めます。 また、装置の傾きが大きいほど、飛行速度は速くなります。 次の問題は、ナセルに作用する反応モーメントのバランスをどのように取るかでした。 ユリエフ氏は、これはヘリコプターの尾部に配置され、軽いギアで駆動される小さなプロペラで最も簡単に達成できると示唆しました。 テールローターによって生成された力が（装置の重心に対して）長いアームに加えられたという事実のために、その作用は反作用モーメントを容易に補償しました。 計算によると、これにはエンジン出力の8〜15％が必要です。 ユリエフはさらに、このプロペラのブレードを可変ピッチにすることを提案しました。 これらのブレードの回転面に対する傾斜角を増減することにより、このプロペラの推力を増減させることができました。 高推力では、テールローターはメインローターの反作用モーメントを打ち負かし、ゴンドラを正しい方向に回転させる必要がありました。
しかし、最大の難しさは、信頼性の高い制御システムの作成でした。 パイロットは、XNUMXつの軸すべてに対して機械の向きをすばやく変更できるようにするためのデバイスを自由に使用できるようにする必要がありました。つまり、垂直軸に対して任意の方向に回転させ、体を上下に傾けます。左右に転がします。 回転の問題は小さなテールローターで解決されました。 このためには、すでに述べたように、ブレードを回転可能にし、回転するメカニズムをラダーに接続するだけで十分でした。 しかし、縦軸と横軸に対して制御性を確保するにはどうすればよいでしょうか。 最も簡単な手段は、マシンの重心からある程度の距離を置いてコンソールに配置され、パイロットに必要な方向にヘリコプターを回転させる、さらにXNUMXつのテールローターのデバイスです。 ここで、スクリュー1は反作用モーメントを補正する役割を果たし、舵としても機能します。 プロペラ2は回転し、エルロン（航空機の翼の反り面）とその動作が似ており、プロペラ3は一種のエレベータとして機能します。 しかし、このシステムは、過度に複雑であることに加えて、飛行中にヘリコプターを非常に不安定にするという欠点もありました。 ユリエフは質問について考え始めました：彼自身がヘリコプターを制御するために必要な1911つの瞬間を作り出すような方法でメインローターを配置することは可能ですか？ それの探求は、ヘリコプターの歴史の中で最も注目に値する装置のXNUMXつであるスワッシュプレートの作成によってXNUMX年に終了しました。
この機械の動作原理は非常に単純です。 各プロペラ ブレードは、回転中に円を描きます。 メイン ローター ブレードが縦軸に対して移動可能で、回転面に対する傾斜角を変更できる場合、ヘリコプタの動きは非常に簡単に制御できます。 確かに、それによって概説された円の一部が大きな取り付け角度でブレードを通過し、他の部分が小さな取り付け角度でブレードを通過する場合、明らかに、一方では推力が大きくなり、他方では小さくなり、メインローター（そして機械全体）が適切な方向に回転します。 斜板は、ブレードの必要な取り付けを提供しました。 これを行うために、ジンバルサスペンションのメインローターシャフトにリングが取り付けられ、ヒンジの助けを借りて、ブレードを回転させるレバーにリーシュが取り付けられました。 リングはプロペラシャフトと一緒に回転しました。 両側から、それはその上に自由に座っている固定リングで覆われていました。 この最後のリングは、ステアリングロッドを使用して自由に回転させ、XNUMXつの平面で任意の傾きを与えることができます。 この場合、固定リング内で同時に回転しながら内輪も傾斜します。 この場合、内輪がXNUMX回転で完全に振動し、それに関連する各ブレードが振動することは簡単にわかります。これらはすべて、取り付け角度を最小値から最大値に変更します。革命。 これらの角度は、コントロールレバーに関連する固定リングの傾きに依存します。 パイロットが車を任意の方向に向ける必要がある場合、スワッシュプレートの外側のリングをその方向に向ける必要がありました。 このモードでは、各ブレードの傾斜角度が他のブレードとは独立して変更されました。 しかし、必要に応じて斜板がすべてのブレードの取り付け角度を一度に同時に変更できるようにするのは簡単でした。 これは、たとえば、オートローテーションと呼ばれるモードでモーターに障害が発生した場合に必要でした。空気の流れの影響下で、落下するヘリコプターのプロペラが自発的に回転し始め、パラシュートのように機能しました。 同時に、ヘリコプターは計画を立てているように見えました (自然界では、この効果はカエデの種の落下に見られます)。 これを行うには、スワッシュプレート ジンバルをプロペラ シャフトに沿って (上から下に) スライドさせるだけで十分でした。 斜板を上げたり下げたりすると、パイロットはすぐにすべてのプロペラブレードを一方向に回転させ、それによって取り付け角度を増減するか、または負の角度にします (つまり、反対方向に回転することができます。これはまさにオートローテーション中に必要でした)。 . したがって、1911年までに、モスクワ高等技術学校Boris Yuryevの22歳の学生は、一般的に、シングルローターヘリコプターのスキーム全体を開発しました。 彼はそれのためのお金を持っていなかったので、彼はそれを特許することができませんでした。 1912年、ユリエフのプロジェクトによると、モスクワ高等技術学校の学生は、ヘリコプターの実物大の非飛行モデルを組み立てました。 同年モスクワで開催された航空と自動車の国際展示会で、このモデルは小さな金メダルを受賞しました。 しかし、学校には作業機械を作るための資金がありませんでした。 直後に始まった第一次世界大戦、そしてその後の南北戦争は、ユリエフのプロジェクトへの取り組みを長い間妨げました。
その間、マルチローターヘリコプターのモデルは他の国で現れ続けました。 1914年、イギリス人のマンフォードがヘリコプターを建造しました。 並進速度で飛行したのはこれが初めてでした。 1924年、フランス人のエミシェンは、閉じた円の中で初めてヘリコプターを飛ばしました。 同時に、TsAGI実験空力部門の責任者を務めたユリエフは、彼のシングルロータースキームを実装しようとしました。 彼のリーダーシップの下で、アレクセイ・チェレムキンは最初のソビエトヘリコプター1-EAを製造しました。
このマシンには、それぞれ120hpの出力を持つ1930つのテールスクリューと1932つのRonモーターがありました。 各。 また、初めてスワッシュプレートが装備されました。 605年の最初のテストでは、素晴らしい結果が得られました。 Cheremukhinによって操縦されたヘリコプターは、自信を持って地面から持ち上げられ、数百メートルの高さまで簡単に急上昇しました。 XNUMX年、チェレムキンはこのヘリコプターをXNUMX mの高さまで飛行させ、絶対的な世界記録を樹立しました。 しかし、このヘリコプターはまだ完璧にはほど遠いものでした。 彼は不安定だった。 メインローターは剛性が高く（ブレードはフライホイールを変更しませんでした）、その作業は不十分でした。 その後、他のモデルが開発され、構築されました。 1938年、ブラトゥキンの指導の下、横型スキームの最初のソビエトツインローターヘリコプター11-EAが作成されました。 しかし、一般的に、30年代には、ヘリコプター産業はソ連で国家の支援を受けていませんでした。 当時、飛行機は速度と環境収容力の両面でヘリコプターよりも比類のないほど完璧であり、ヘリコプターは単なる高価なおもちゃであるという理論が非常に普及しました。 1940年になってようやく、ユリエフは非常に困難な状況で、彼が率いる特別な設計局を設立する許可を得ることができました。 すぐに多くの教育の仕事を積んで、彼は部門のリーダーシップをIvanBratukhinに引き渡しました。 一年後、戦争が始まり、完璧なヘリコプターの製作は再び無期限に延期されました。 当時、ドイツはヘリコプター業界のリーダーでした。 才能のあるデザイナーFokkeは、30年代にいくつかの完璧なツインローター横型ヘリコプターを作成しました。 1937年、彼のFW-61ヘリコプターは、高度-2439 m、速度-123 km / h、飛行距離-109kmの世界記録を樹立しました。 1939年に新しいフォッケヘリコプターは高度3427mに達し、1941年に彼のFA-223マシンは小さなシリーズで発売されました。 戦争はその発展に終止符を打ったが、フォッケウルフの成功は長い間、設計者の注意を横断計画に釘付けにした。
それにもかかわらず、シングルローター方式がヘリコプター業界で支配的な方式としての地位を確立したという事実は、アメリカの航空機設計者イゴール・シコルスキーに大きなメリットがあります。 （ロシア出身で、1919年にアメリカに移住し、1923年に彼はここに自分の会社Sikorskyを設立しました。）彼の人生の間に、Sikorskyは数十の航空機モデルを開発しましたが、ヘリコプターの作成は彼に世界的な名声をもたらしました。 古典的な単軸ユリエフスキームを最初に完成させたのは彼でした。 シコルスキーは 46 年に最初の S-300 (VC-1939) ヘリコプターを製作しました。 彼はすぐに計算によって装置のすべてのパラメーターを決定するという考えを放棄し、飛行試験中に設計変更を簡単に行うことができるヘリコプターを作成することにしました。 彼の車は非常に原始的な外観をしていました。単純な胴体が鋼管トラスの形で組み立てられ、パイロットはエンジンの前の小さな椅子に公然と座っていました。 小型の 65 馬力エンジンからの推進力。 これはギアボックスまでベルトで伝達され、ギアボックスから XNUMX 枚ブレードと XNUMX ヒンジのメイン ローターが駆動され、これは設計がシンプルでした。 テールシングルブレードテールローターは、長い箱形のビームに取り付けられていました。
すでに最初のテストで、多数の設計上の欠陥が明らかになりました。 斜板はタイミングが間違っていたため、非常にうまく機能しませんでした。 このため、ヘリコプターはハンドルにうまく従わず、持ち上げるときに揺れました。 結局、転覆してひどく壊れました。 その後、シコルスキーは斜板を放棄し、1940本のテールスクリューを導入しました（したがって、前述のユリエフの初期の計画を実装しました）。 この設計では、ヘリコプターは良好なハンドリングを示しました。 XNUMX年XNUMX月、シコルスキーはアメリカのパイロットの前でブリッジポートで彼の子孫を公に示しました。 彼の車は、現在の人々に大きな印象を与えました。ヘリコプターは、上下左右に自由に動き、動かずにホバリングし、所定の位置で向きを変えました。 ヘリコプターには唯一の欠点がありました - それは頑固に前進したくありませんでした。 彼の「頑固さ」の理由を見つけるのに数ヶ月かかりました。 メインローターによって生成された空気の渦がテールローターの動作に強い影響を与えたため、高速で動作しなくなったことが判明しました。 テール ローターがメイン ローターの範囲外に移動すると、VS-300 の操縦性と制御はすぐに劇的に改善されました。 一般に、VS-300 はシコルスキーにとって非常に重要なものでした。 1942年間のテスト飛行中に、いくつかの制御システム、さまざまなタイプのプロペラ、および構造がテストされ、ヘリコプターの形状そのものが完成しました。 元のモデルに加えられた構造上の改良の数は非常に大きく、XNUMX 年までにパイロットの座席、胴体の中央部分、燃料タンク、および主着陸装置の XNUMX つの車輪だけが以前のヘリコプターから残っていました。 これらのテストのおかげで、次のヘリコプターの作成がはるかに簡単になりました。 すぐに、米空軍司令部はシコルスキーに、射撃管制と通信に使用できる軍用ヘリコプターの開発を命じました。 新しいサンプルは、VS-316 (S-47) と名付けられました。 最初のマシンでの多くの失敗により、設計者は、シングル スクリュー回路にはスワッシュプレートが絶対に必要であると確信しました。 今回のマシンは、モデルの成功を決定づける細心の注意を払って設計されました。 1942 年 XNUMX 月、完成したヘリコプターの飛行試験が開始されました。 XNUMX月には、この車はすでに軍に実演されていました。 テスト パイロットのチャールズ モーリスは、実権を握っていましたが、回転翼航空機の計り知れない能力を実証することができました。 それは驚いた観客の頭上をホバリングし、離陸して元の場所に再び着陸しました-車輪のくぼみに直接入り、前方、後方、横に移動し、その場で向きを変えました。 それから、彼は卵の入ったひも袋を特別なチューブで持ち上げ、別の場所に運び、XNUMXつも壊さずに下げました。 他のスタントも実演されました。たとえば、ロープのはしごに乗った乗客が、地上にホバリングしているヘリコプターに降りたり、上ったりします。 もちろん、これは驚くべきことではありませんが、当時は好奇心であり、世俗的な将軍を心から驚かせていました。 出席した高官の一人は、「これは馬ができることすべてを行うことができる！」と叫んだ。 有名な英国人テスト パイロットのブリーは、「私たちは奇跡に立ち会っていました」と認めています。 結局、モーリスは巡航速度を示しました-約130 km / hで、地上から1500 m上昇し、オートローテーションでエンジンをオフにして着陸しました。 1942 年 316 月、VS-4 は XR-130 の名前で米陸軍に採用され、大量生産が開始されました。 このようなヘリコプターは合計 1944 機製造されました。 XNUMX 年に、ビルマでの戦闘条件で最初にテストされました。 ここでの戦争はジャングルで行われ、ヘリコプターは軍隊への補給に適した唯一の車両でした。 日本の戦闘機は低速の「ターンテーブル」の本当の狩りを開始しましたが、XNUMXつも撃墜できませんでした-わずかな危険で、ヘリコプターは地面に押し付けられ、木々の間に隠れたため、簡単に戦闘を回避しました。 1943年、シコルスキー社は新しいXR-5ヘリコプターをリリースしました。これは、はるかに高速でペイロードが優れていることで際立っていました。 初めて、特別なヘリコプターエンジンが開発されました。 戦争の終結により国防省が注文をキャンセルしたため、これらの機械は合計65台製造されました。 一方、1944年には、シコルスキーはすでに新しいモデルであるS-49を用意していました（合計229台が生産されました）。 戦後、ヘリコプターは世界中に急速に普及し始めました。 シコルスキーは、米国でのみ 300 社の企業が独自の回転翼航空機のモデルを開発し始めたため、生産の独占を長く維持しませんでした。 しかし、シコルスキーには、確立された設計と確立された生産という重要な利点がありました。 競争にもかかわらず、彼の会社は繁栄しただけでなく、生産も拡大しました。 1946 年、彼は S-51 モデル (合計 554 両が生産された) を開発し、軍事と経済の両方の分野で最も幅広い用途を見出しました。 このヘリコプターは、自動操縦装置を装備した最初のヘリコプターであり、制御が大幅に容易になりました。 しかし、最大の成功を収めたのは S-55 チカソー (1949 年) と S-58 シーバット (1954 年) のヘリコプターでした。
シコルスキー工場でのみ、最初のモデルの1828個のヘリコプターと2261番目のモデルの1952個のヘリコプターが組み立てられました。 さらに、さまざまな国の多くの企業が生産のライセンスを取得しています。 55年、58機のS-1957が、アメリカからヨーロッパへの大西洋を横断する最初の飛行を行いました（68隻は空母の甲板で給油しました）。 S-XNUMXは初代最高のヘリコプターとして認められました。 シコルスキー自身の「白鳥の歌」にもなりました。 XNUMX年、XNUMX歳のデザイナーは会社のリーダーシップを辞任しました。 これらの年の間に、ソ連のヘリコプターの開発は本格的でした。 戦後、ユリエフは1946つの新しい設計局を組織することに成功しました。シングルローターヘリコプターの開発に着手したミハイルミルと、同軸方式を選択したニコライカモフです。 ヤコブレフ設計局もヘリコプターの設計作業に参加しました。 Bratukhinは横断ヘリコプターの研究を続けました。 3年、彼のG-1947ヘリコプターが登場しました。 8年に彼は彼の最初のKa-40カモフヘリコプターを生産しました。 しかし、1年代の終わりに最高のソビエトモデルの競争が発表されたとき、それはユリエフのシングルロータースキームに従って作成されたミルMi-1951ヘリコプターによって勝ちました。 XNUMX年に生産が開始されました。 著者：Ryzhov K.V.
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