Читаем Вертолёт 1999 04 полностью

Подсасывающий эффект винта хорошо описывался струйной теорией идеального винта, в то время достаточно глубоко проработанной Фрудом, Финстервальдером, Жуковским. Уже была известна формула Н.Е. Жуковского для тяги воздушного винта в режиме работы на месте, позднее незаслуженно получившая название формулы Вельнера. Однако с инженерной точки зрения теория идеального винта была мало полезной, так как рассматривала не сам винт, а только место приложения тяги.

Борис Николаевич решил соединить обе теории. Вычислив тягу по каждой из них, можно составить уравнение, в котором устанавливается зависимость между скоростью в струе и характеристиками сечения лопасти. Это соотношение было названо им уравнением связи. Сначала Юрьев рассматривал работу винта по теории С.К. Джевецкого в идеальной струе, имеющей постоянную скорость в сечении. Его единомышленник, студент третьего курса Г. Сабинин предложил разделить струю на кольцевые струйки, поскольку скорости по ее сечению переменны. Совместными усилиями Юрьев и Сабинин разработали первую инженерную теорию, которая была высоко оценена Н.Е. Жуковским. Он отметил, правда, и ее недостаток — в ней не были учтены силы давлений в струе винта. Вскоре Н.Е. Жуковский изложил эту теорию в своих лекциях, назвав теорией Сабинина-Юрьева, и опубликовал в знаменитых «Теоретических основах воздухоплавания».

Наиболее трудным и важным моментом был вопрос о поджатии струи за винтом. Юрьев при расчете геликоптерных винтов принял это поджатие равным двум, что было близко к действительности. Позднее им с помощью Жуковского были получены теоретические соотношения для учета поджатия струи. «Вывод этот сделал нашу теорию вполне законченной, — вспоминал сам Юрьев. — Интересно отметить, что за границей в научной литературе споры о величине сжатия струи продолжались примерно до 1922 года».

В итоге уже в 1910 году кружковцы имели теорию (рис. 1), которая была применима к техническому расчету винтов и позволяла разработать как метод проектирования нормальных винтов, так и метод поверочного расчета винта заданной формы.

Интересно, что за границей сходные теории появились только к 1920 году. В России эта теория, названная импульсной, получила дальнейшее развитие в ряде работ Г.Х. Сабинина, В.П. Ветчинкина, Г.И. Кузьмина, В.Л. Александрова. Этот теоретический прорыв позволил Б.Н.Юрьеву рассчитать двухлопастный винт к проекту своего геликоптера одновинтовой схемы, на который была сделана патентная заявка и получена охранная грамота № 45212.

В апреле 1911 года Б.Н. Юрьев выступил на Первом воздухоплавательном съезде в Петербурге с докладом «Критика прежних систем геликоптеров и описание нового геликоптера системы автора» (рис. 2). Позднее Юрьевым был предложен новый проект геликоптера (тип II) с одним «малым» винтом и автоматом перекоса, который явился прототипом современных вертолетов одновинтовой схемы (рис. 3).

Таким образом, 1911 год можно считать началом истории вертолетов, поскольку на вооружении инженеров-исследователей были надежная теория воздушного винта, хорошая лабораторная база Московского университета, МТУ и Кучинского аэродинамического института, а также практический опыт создания проектов первых реальных вертолетов. До этого времени развитие вертолетной мысли, по выражению Юрьева, «шло по пути голого изобретательства, граничащего с авантюризмом». Примером тому может служить скандальная история со строительством геликоптера В.В. Татаринова в 1909–1910 годы. Получив от военного ведомства немалые средства на строительство вертикально взлетающего аппарата заведомо порочной конструкции, изобретатель, не справившись с поставленной задачей, нанес большой вред идее геликоптера, подорвав у правительственных кругов веру в возможность создания этих аппаратов. Поэтому в работах по истории вертолетостроения период развития вертикально взлетающих аппаратов до 1911 года Б.Н. Юрьев называет предысторией вертолета.

В конце 1912 года в Московском математическом обществе Н.Е. Жуковский сделал доклад о вихревой теории винта. Как отмечал Юрьев, в дальнейшем много занимавшийся вихревой теорией, «…был сделан огромный шаг вперед в развитии этого труднейшего вопроса теоретической аэродинамики и всей авиации в целом. Все теории как бы были поглощены этой замечательной теорией, навсегда вошедшей в сокровищницу русской научно-технической мысли».

Последующие два года учебы в МТУ были посвящены строительству натурного геликоптера по типу II и разработке многовинтовой схемы геликоптера. Однако наступил 1914 год, началась Первая мировая война.