27 октября 2014
года на аэродроме Воскресенск состоялся первый полет автожира
Гирос-2
"Егерь" (сейчас это просто Гирос-2). Этот полет ознаменовал завершение наземных и начало летных испытаний в
рамках проекта, который в течение нескольких лет разрабатывает на инициативных
началах несколько предприятий.
Впервые я увидел этот автожир в 2009 г. на МАКС-2011. Тогда только началась его
сборка, поэтому неокрашенная и неостекленная кабина без хвостового оперения
стояла внутри экспозиции за макетом ГиРос-2 "Смартфлайер". Похожие по
компоновке, макет и автожир отличаются, если внимательно рассмотреть, размерами,
исполнением - в кабине "Егеря" есть дополнительное остекление в носовой части
для улучшения обзора вперед и вниз.
Но оба аппарата - этапы развития автожиров с тянущим маршевым винтом, которые
разрабатываются под руководством главного конструктора Валентина Устинова.
Начало современного периода разработки семейства автожиров Устинова относится к
2003 г., когда было образовано ООО "Научно-инженерная компания" (НИК), ставшее
впоследствии одним из учредителей ООО "ГиРос", образованного спустя четыре года.
Затем к работе подключилось ОАО "Гиропланы RU - Передовые авиационные
технологии", ЦАГИ, ЭМЗ им. В.М. Мясищева и другие предприятия. А старт
современных проектов автожиров состоялся еще раньше, в 1967 г., когда уроженец
Днепропетровска, выпускник РКИИГА Валентин Устинов поступил на работу в ОКБ Н.И.
Камова, который и приобщил молодого специалиста к работе по проекту автожира
А-8.
А-8 разрабатывали в ОКБ Н.И. Камова как альтернативу вертолетам Ми-2, Ка-26 и
самолету Ан-2. Он был проще и дешевле вертолета, хотя в конструкции автожира
были использованы фюзеляж и отдельные агрегаты Ка-26. Автожир мог взлетать с
площадок, меньших, чем требовались Ан-2, за счет раскрутки несущего винта на
старте, имел более короткий пробег на посадке. Заключения ЦАГИ и ГосНИИ ГА
подтвердили достоверность заявленных в проекте данных и реальность создания
аппарата. Он позволял по расчетам снизить себестоимость авиационно-химических
работ по сравнению с себестоимостью этих работ на Ан-2 более чем на 30%.
Впрочем, это история, о которой стоит рассказать отдельно. Сейчас же важно, что
опыт разработки А-8 вселил уверенность в то, что современный автожир не только
возможен, но и необходим.
Надо сказать, что особенностью А-8 был толкающий маршевый винт, расположенный
между балок фюзеляжа за пилотской кабиной и бункером для химикатов. Очевидно,
что конструкция винтомоторной установки в том проекте диктовалась стремлением
максимально сохранить преемственность конструкции основных агрегатов Ка-26, в
частности, кабины. Но в процессе работы Валентин убедился в том, что при
разработке нового автожира целесообразней использовать тянущий маршевый винт.
Поэтому в новых проектах выбор был сделан однозначно в пользу компоновки с
тянущим маршевым винтом.
Возможно, убежденности в преимуществах классической схемы автожира добавил опыт
эксплуатации современных автожиров, абсолютное большинство которых копирует
компоновку автожира Игоря Бенсена. Несмотря на то, что автожир - один из
наиболее безопасных видов летательных аппаратов, опасные режимы полета не
исключены и для него. Один из них возникает, например, при выполнении "горки", в
случае разгрузки ротора, когда он может оказаться в условиях неблагоприятного
обтекания потоком, при котором теряется несущая способность. Сама по себе
ситуация еще не критическая, однако если автожир с толкающим винтом
спроектирован неправильно, при разгрузке ротора может произойти кувырок с
катастрофическими последствиями. Вероятность такого кувырка выше, когда вектор
тяги маршевого толкающего винта проходит над центром масс автожира, а
стабилизатор и хвостовое оперение в целом неразвиты.
Подобная проблема нехарактерна для автожира классической схемы. Кроме того,
тянущий маршевый винт работает в лучших условиях и может развивать большую тягу
при прочих равных условиях.
Первый из семейства современных автожиров ГиРос "Адель", спроектированный на
базе ОАО "НПП Альфа-М", имеет классическую компоновку. Испытания этого автожира
начались в 2005 г. На смену опытной машине пришел проект сельскохозяйственного
автожира ГиРос-1 "Фермер", который впервые взлетел 2 мая 2011 года.
Надо еще раз признать, что в авиации нет идеальных решений. При всех
преимуществах классической схемы автожира с тянущим маршевым винтом у него есть
один недостаток - неудовлетворительный или даже плохой обзор из пилотской
кабины. На "Адели" и "Фермере" ему мешают не только капот двигателя и маршевый
винт, но и пилон ротора, расположенный перед кабиной пилота. Такая компоновка
приемлема для специализированного аппарата, но не годится в тех случаях, когда
отличный обзор является одним из главных требований технического задания на
разработку нового проекта. Это требование неизбежно возникает, если речь идет о
применении воздушного судна в качестве учебно-тренировочного, патрульного и
просто прогулочного частного аппарата. А такие появляются все чаще. Примером
может быть немецкий Cavalon с просторной кабиной side by side. Хороший автожир,
да вот беда, за кабиной с большим миделем маршевый винт имеет небольшой к.п.д.
Как совместить преимущества классической схемы и компоновки side by side?
В поисках ответа на этот вопрос родилась идея использовать маршевый винт перед
кабиной с приводом через трансмиссию от двигателя, расположенного в моторном
отсеке за экипажем. Привод воздушного винта от двигателя, установленного в
центре масс, в свое время дал ошеломляющие преимущества американскому поршневому
истребителю Bell P39 Aerocobra.
Подобные решения применяли и при разработке некоторых других типов поршневых
самолетов.
В конструкции автожиров эта схема не применялась никогда. Поэтому перед началом
разработки было проведено всестороннее компьютерное моделирование
аэродинамической, конструктивно-силовой и объемно-весовой компоновок. В
результате еще в 2007 г. Валентин Устинов получил патент на промышленный образец
двухместного автожира с тянущим винтом, который и был положен в основу
дальнейшей работы по теме ГиРос-2 "Егерь".
Еще одним важным элементом концепции проектирования любого летательного аппарата
является силовая установка. В предложенной компоновке ключевыми моментами, кроме
традиционных требований, являются обеспечение хорошего охлаждения, поскольку
двигатель размещается внутри фюзеляжа, и обеспечение минимальной вибрации, так
как между двигателем и воздушным винтом расположен вал трансмиссии, проходящий
между креслами экипажа через кабину.
Исполнение этих требований, казалось бы, должен обеспечить роторно-поршневой
двигатель.
В 90-е годы СКБ РПД в Тольятти разработало целое семейство таких моторов,
например, Д-150, Д-200, Д-250 мощностями от 150 до 250 л.с. Однако запустить их
в серийное производство так и не удалось. Для выпуска роторно-поршневого
двигателя на "Пермских моторах" требовалось обновление станочного парка и
освоение новых технологий, но предприятие, занятое подготовкой производства
турбореактивного ПС-90 не сочло нужным вкладывать средства в РПД, а на старом
оборудовании эти двигатели изготавливать качественно оказалось невозможным.
Так выбор пал на швейцарский G-190-A1A компании Mistral Engine.
Представитель семейства РПД мощностями от 190-200 л.с. до 230 л.с., 300 л.с. и
360 л.с. сертифицирован EASA, рекламируется как надежный многотопливный мотор,
предназначенный для эксплуатации на легких самолетах и вертолетах. Казалось, он
является идеальным решением. Все модификации оборудованы двухканальным цифровым
блоком управления FADEC, имеют набор топливных форсунок, два бензонасоса и
двойное зажигание на каждый ротор. С 2011 г. к этому семейству РПД добавились
версии с турбонаддувом... В общем, ООО "ГиРос" и компания Mistral Engine
заключили договор, и уже в 2009 г. в моторный отсек ГиРос-2 установили G-190, на
котором на МАКС-2009 еще не были смонтированы системы, детально
прорабатывавшиеся в компьютерном моделировании объемно-весовой компоновки. В
дальнейшем планируется использовать 200-сильный G-200
этой же фирмы.
Кроме маршевого мотора, на "Егере" установлена вспомогательная силовая установка
- шведский двухтактный одноцилиндровый двигатель Raket 120 мощностью 10 кВт (на
9000 об/мин) с воздушным охлаждением. Его объем - 118,8 см3, масса -6,8 кг.
Основными элементами силовой схемы автожира являются балка, фюзеляж и пилон,
представляющие собой сборные конструкции из алюминиевых сплавов. Обшивка
фюзеляжа и хвостовая балка с оперением - композитные. Между отсеком силовой
установки и пилотской кабиной установлен противопожарный шпангоут. Под полом
пилотской кабины также есть четыре полушпангоута, подкрепляющие обшивку. В
свободном пространстве между ними удобно устанавливать различное специальное
оборудование, например, для мониторинга поверхности земли. Еще один шпангоут
находится в носовой части кабины за воздушным винтом, увеличивая жесткость
конструкции и способствуя уменьшению ее вибраций от вала трансмиссии,
проведенной от двигателя к винту. Топливный бак емкостью 130 л расположен близко
к центру масс, состоит из трех сегментов, нижний из которых находится внизу
между креслами фюзеляжа и противопожарным шпангоутом по обе стороны от силовой
балки и пилона. Ось воздушного винта и, соответственно, вал трансмиссии его
привода проходят через центр масс между креслами экипажа за пилотской кабиной.
По обе стороны мотоотсека на противопожарном шпангоуте установлены радиаторы
системы охлаждения, обуваемые потоком воздуха, поступающим через
воздухозаборники, расположенные по обе стороны фюзеляжа за пилотской кабиной.
ВСУ и ее глушитель смонтированы над двигателем, системы расположены в местах с
удобным доступом. Первоначально для обслуживания двигателя в фюзеляже были
сделаны два больших люка по обе стороны. Однако мотоотсек отличает плотная
компоновка, поэтому со временем было принято решение сконструировать капот так,
чтобы доступ к двигателю открывался со всех сторон при снятии капота.
Необычна конструкция четырехопорного шасси. Хвостовая опора включается в работу
только на взлетно-посадочных режимах и, скорее всего, выполняет функцию защиты
хвостовой балки и оперения от избыточных нагрузок при грубых посадках. Стойки
основных опор изготовлены по той же технологии, что и балка фюзеляжа, к которой
они крепятся - сборные конструкции из алюминиевых сплавов. Амортизация
обеспечивается мощными гидроцилиндрами, к штокам которых и прикреплены
непосредственно основные колеса. Передняя стойка рычажного типа также
оборудована гидравлическим амортизатором. Такая мощная амортизация предназначена
для расширения эксплуатационных возможностей автожира, который может выполнять
посадки и взлеты с совершенно неподготовленных площадок. Очевидно, что рессорные
шасси, которые сегодня широко применяют в конструкциях современных автожиров,
уступают по своим возможностям шасси "Егеря" с гидравлической амортизацией.
Ротор - двухлопастный, на карданной подвеске диаметром 32 фута (9,754 м) фирмы "Sportcopter"
(США). Угол установки лопастей можно регулировать посредством подбора
регулировочных шайб.
Несущая втулка ротора состоит из подшипникового блока (двух спаренных радиальных
подшипников), блока карданной подвески, на котором установлены система
предварительной раскрутки ротора, датчик оборотов ротора, механизм его
торможения. Наклон несущей втулки по тангажу и крену осуществляется посредством
тяг, соединенных с карданным блоком несущей втулки, и блоком ручки управления
автожиром.
По фотографиям и компоновкам можно проследить изменения конструкции, которые
были сделаны в процессе разработки. Так, при проектировании макета "Смартфлайера"
была предложена оригинальная ручка управления автожиром, на которую получен
патент. Несмотря на верхний привод, все движения ею соответствуют рефлекторным
реакциям пилота, то есть такие же, как и на традиционной ручке. Тем не менее, на
"Егере", одним из назначений которого является обучение пилотов, установлено
обычное двойное управление.
Подверглась изменениям и конструкция воздушного винта. На "Смартфлаере" и
"Егере", которые демонстрировали на авиасалонах еще два года назад,
использовались трехлопастные маршевые винты изменяемого шага МТ-18 диаметром
1,92 м. Как вариант на ГиРос-2 "Егерь" можно устанавливать шестилопастный винт.
Наземные испытания "Егеря" начались в мае 2012 года. Надо сказать, что автожир
проектировали в соответствии с требованиями авиационных правил АП-27, которые
были разработаны для вертолетов. Во многих случаях они предъявляют к автожиру
избыточные требования, и хотя особенности этого аппарата частично учтены в
одобренном АР МАК сертификационном базисе, процедуры сертификации остаются
неоправданно сложными и дорогими.
В процессе наземных испытаний было спроектировано и изготовлено несколько
стендов для отработки систем. Особое внимание уделено силовой установке. В
частности, на отдельном стенде исследовали работу трансмиссии, замеряли
температуры, возникающие во время работы в ее узлах, вибрации, добиваясь
надежной и безотказной работы на всех режимах. На другом стенде испытана силовая
установка в целом, включая двигатель, трансмиссию, воздушный винт.
Прошли испытания основные и передняя стойка шасси, система управления, другие
системы.
В настоящее время изготовлен полный комплект матриц для изготовления
стеклопластиковых деталей и агрегатов: фюзеляжа, Несущая система хвостовой
балки, стабилизатора, вертикального оперения и рулей направления.
Несмотря на то, что разработка осуществляется относительно небольшим коллективом
под руководством Валентина Устинова, к ней на разных этапах привлекаются
специалисты других предприятий. Так, в реализации программ создания автожиров
ГиРос-1 и ГиРос-2 начиная с 2003 года приняли участие более 350 специалистов из
Жуковского, Воскресенска, Фрязино, в том числе ученые и инженеры ЦАГИ им. Н.Е.
Жуковского, ЛИИ им. М.М. Громова, ЭМЗ им. В. М. Мясищева, МВЗ им. М.Л. Миля и
других авиационных учреждений и ОКБ.
Уже на этапе разработки автожир привлек внимание потенциальных заказчиков из
МЧС, Министерства по радиационной защите и безопасности Челябинской области,
лесоохраны (не зря его назвали автожира ГиРос-2 "Егерем"), частных пилотов,
зарубежных компаний. Характеристики скорости, дальности и высоты полета (табл.
1) не превосходят аналогичные характеристики самолетов и вертолетов. Но, в
отличие от самолетов, "Егерь" может летать при ветрах от 10 м/с (попутный и
боковой) до 15 м/с (встречный), ему требуются площадки меньших размеров (разбег
от 15 м, пробег до 0,5 м). А в сравнении с вертолетами "Егерь" обойдется дешевле
примерно в два раза как при покупке, так и в эксплуатации. Предварительные
расчеты показывают, что цена серийного автожира не превысит 200 тыс. долл. США.
Однако изготовить и испытать опытный экземпляр воздушного судна - даже не
полдела, а только начало. Для серийного производства требуются специально
оборудованные помещения, оборудование, инструмент - сборочное предприятие.
Конструкторское бюро с серийным производством не справится, да и не
предназначено для этого. Какое-то время в процессе разработки автожира
продолжался поиск завода, который мог бы взять в производство автожиры "ГиРос".
Но на авиастроительных предприятиях, построенных в прошлом веке, колоссальные
накладные расходы поднимают цену конечной продукции до уровня, при котором она
не в состоянии конкурировать с западными аналогами, которых у "Егеря", впрочем,
и нет. Малых предприятий, которые готовы к серийному выпуску автожиров, также
нет. Поэтому было принято решение создать собственное производство.
Этим занялось ОАО "Гропланы RU-ПАТ", которое приобрело в Воскресенске в
собственность старый молокозавод с площадью территории 2 га. Двухэтажное здание
и другие постройки предприятия к моменту перехода к новому собственнику
находились в таком в состоянии, что в них не только автожиры нельзя было
производить, заходить было опасно. Пришлось, например, обрушить часть стены на
втором этаже, которая находилась в аварийном состоянии. То есть подготовка
производства началась не с изготовления оснастки, установки оборудования и
освоения технологий, а с капитально-восстановительного ремонта.
Опыт такой работы был приобретен еще в период строительства авиацентра
"Воскресенск", когда на месте полуразвалившихся зданий был создан современный
аэродром и комплекс сооружений для хранения и обслуживания авиатехники. Сегодня
компанией AutoGyro Rusland, которую возглавляет сын Валентина Устинова Руслан,
налажено лицензионное производство автожиров немецкой компании AutoGyro GmBH.
современная авиация
Гирос-2
ЛТХ
Авиация
Общего Назначения 2014-11. Сергей Арасланов. "Егерь" взлетел
Уголок неба. 2019
