Создан мускульный вертолет, существование которого считалось невозможным

1

Канадская группа инженеров и ученых AeroVelo получила приз Американского вертолетного общества за достижение, которое некоторые эксперты считали принципиально невозможным. Канадцы построили вертолет, приводимый в действие одним лишь вращением педалей.

Приз имени Игоря Сикорского Американское вертолетное общество учредило в 1980 году. Награду назвали в честь русского авиаконструктора, который эмигрировал в США и создал там компанию  Sikorsky Aircraft , ставшую производителем вертолетов. Чтобы получить престижный приз, необходимо было построить оригинальный вертолет, способный выполнить три условия:

1) аппарат должен оставаться в квадрате десять на десять метров (если его собственная площадь больше, то условие касается его центра); 
2) аппарат должен подняться на высоту три метра и выше и продержаться в воздухе хотя бы минуту; 
3) аппарат должен приводиться в действие исключительно мускульной силой человека: для обеспечения его работы нельзя использовать какие-либо устройства накопления энергии (скажем, раскрученный маховик или, тем более, электрические аккумуляторы с подзарядкой от генератора с педальным приводом).

В 2009 году призовая сумма выросла сразу до 250 тысяч долларов, и к работе подключились три новые группы. Одной из них в итоге и удалось выполнить все требования и решить задачу, казавшуюся непреодолимой.

Конструкторы мускулолетов столкнулись с задачей, которую в свое время пришлось решать изобретателям первых традиционных вертолетов. А именно — как-то компенсировать вращающий момент. Если у аппарата будет всего один винт, то его вращение в одну сторону приведет к тому, что двигатель вместе с корпусом начнут вращаться в другую. Чтобы избежать этого, вертолеты оборудуют либо компенсирующим боковым винтом на хвостовой балке, либо несколькими несущими винтами: используются как варианты с вертикальным расположением, так и комбинации нескольких винтов в горизонтальной плоскости.

2

Ми-10: компенсация вращения хвостовым винтом Фото: Sergey Krivchikov - Russian AviaPhoto Team

Тяжелый вертолет Ми-10, называемый также «летающим краном», использует для компенсации вращающего момента хвостовой винт. 

Правила премии Сикорского требовали, чтобы вертолет хотя бы один раз поднялся выше трех метров, но не обязывали оставаться на таком уровне все время. Первую попытку взять приз предприняла команда из Калифорнийского политехнического государственного университета. В 1989 году эта группа построила вертолет Da Vinci III, который впервые смог оторваться от земли.

Он подпрыгнул на двадцать сантиметров, провисел в воздухе восемь секунд, и на этом полет закончился. Деньги на разработку аппарата выделила авиастроительная компания McDonnel Douglas (100 тысяч долларов), а для расчетов участникам разрешили использовать суперкомпьютер исследовательского центра NASA: но даже с такой серьезной поддержкой задачу разрешить не удалось.

3

Спустя пять лет японские исследователи из Nihon Aero Student Group построили аппараты Yuri I и Yuri II. Они перешли на схему квадрокоптера и поставили новый рекорд, но все же до приза Сикорского не дотянули существенно. Вот результаты их лучшего полета: продолжительность — 19,46 секунды, высота полета — 20 сантиметров, снос в сторону — больше девяти метров.

Но даже этот полет над полом спортзала не смогли затем повторить в университете Нихона (Япония).

4

Схематическое изображение Da Vinci III Рисунок:  NASA Винт первого оторвавшегося от земли мускульного вертолета приводился в движение двумя винтами меньшего радиуса.

Когда в 2009 году резко увеличился размер приза, интерес к подзабытой теме мускульных вертолетов воскрес и работы в этом направлении начались в университете Мэриленда (проект Gamera) и Калифорнийском политехническом государственном университете (проект Upturn).

Учет накопленного опыта позволил обеим командам оторваться от земли, и о возможности получения приза заговорили уже всерьез. Upturn набрал в высоту 60 сантиметров против нужных трех метров, но Gamera II в ноябре 2012 года взлетела на 2,4 метра, продержалась в воздухе 64 секунды и при этом ушла в сторону меньше, чем на десять метров. А за два месяца до этого в гонку включился AeroVelo.

5

Yuri I в сборе Фото:  humanpoweredhelicopters.org Японский квадрокоптер 1994 года. Внешне имеет много общего с успешной моделью 2013 года, однако время полета и высота с тех пор возросли на порядок.

Вращать винты больше минуты конструкция Atlas не позволяла: они связаны с педалями не замкнутыми ремнями или осями, а канатами, намотанными на катушки на осях винтов. Такое решение позволяет пилоту начать взлет с раскручивания катушек большего диаметра с меньшим  передаточным отношением и за счет этого выиграть в силе.

13 июня 2013 года велогонщик, пилот и инженер Тодд Рейчерт раскрутил педали и поднял Atlas в воздух. Вертолет преодолел отметку в три метра и провисел в воздухе больше минуты, оставшись в рамках оговоренного Американским вертолетным обществом квадрата. Спустя месяц о вручении приза объявили официально.

Во время полета Рейчерт развивал мощность около одной лошадиной силы: это примерно соответствует нагрузке, которую испытал бы человек, за минуту вбегающий на двадцатый этаж: по этой причине полет можно считать не только инженерным, но и спортивным достижением. Ранее считалось, что люди вообще не могут обеспечить достаточную мощность для вертикального взлета.

У тех, кто строит и пилотирует мускулолеты, есть еще возможность побороться за денежный приз: речь идет о премии Кремера, обещанной сразу в нескольких номинациях. Для ее получения можно пролететь марафонскую дистанцию (42 километра) меньше, чем за час (это принесет команде-победителю 50 тысяч фунтов стерлингов), а можно построить самолет, который сумеет пролететь по трассе в виде равностороннего треугольника с длиной стороны 500 метров за семь минут в обе стороны. Последний приз составит уже сто тысяч фунтов, однако для участия в этом конкурсе  придется приехать в Великобританию или хотя бы оказаться на территории британского доминиона.

Алексей Тимошенко