На честном крыле

«Хвост горит, бак пробит, и машина летит на честном слове и на одном крыле…» Кажется так это звучало в американской песне, успешно переведённой на русский язык во Время Великой Отечественной войны. Отлично использована парадоксальная идея для того, чтобы подчеркнуть героизм пилотов. На самом деле ведь любому «нормальному» человеку ясно же, что это глупость глупая! Ну как можно на одном крыле-то? Это ж… оно ж… ну, насмешили! 

Да… это для «нормального» человека, а для инженера всё выглядит несколько иначе. Немного почесав репу, инженер без тени улыбки уточнит: «…одном крыле? Это вы про монокоптер что ли?» 

Да, интересная была история с этими винтами… Впрочем, почему была? К ней время от времени конструктора возвращаются и сейчас. И так будет продолжаться ещё достаточно долго, хотя вряд ли это доберётся до полноценного использования. Впрочем… короче говоря, я так подумал, что пришла пора вспомнить об этой экзотической извилине конструкторской мысли, если не для практического использования, то хотя бы для расширения кругозора широкой публики. 

История началась больше ста лет тому назад. В 1910 году французские инженеры Альфонс Папен и Дидье Руилли вдохновившись полётом кленового семечка-вертолётика, создали проект необычного летательного аппарата. А уже в 1911 году военные дали им денег на строительство. Единственная объёмная лопасть этого уникума длиной 17 метров уравновешивалась двигателем «Rhone» мощностью 80 л.с., который вращал вентилятор, нагнетавший воздух в лопасть. На конце лопасти воздух выходил из сопла, раскручивая аппарат. Часть воздуха использовалась для механизма поворота. Необычную конструкцию тогда договорились называть «Gyroptere» (гироптер). А самому аппарату разработчики дали имя «Куколка» (Chrysalide). Вот его фотография во время испытаний: 

«Куколку» сфоткали на озере только в 1915 году. Раньше не получалось никак. То технические проблемы, то война началась. Испытания закончились оглушительным провалом. Мало того, что лопасть не удалось раскрутить до расчётных величин, а ещё и кабину с испытателем начало нещадно трясти. Ему всё же удалось как-то выпрыгнуть из машины. Сама «Куколка» перевернулась и затонула. Представители военных были разочарованы. Папен и Руилли достали аппарат, переделали проект, но денег им больше не дали – в мире уже было достаточное количество более надёжных и менее экзотических машин. 

Идею подхватили на совершенно другом уровне люди, которые вряд ли были знакомы с работой французов. В Сэшэании, где-то в 30-х годах инженер Уолтер Э. Эверетс (Walter E. Everets) запатентовал вот такой однолопастной винт, который сейчас известен под названием «EVEREL Propeller»: 

Вот справка из частного музея, где хранится один из таких винтов: «В ходе испытаний и экспериментов Эверетс обнаружил, что однолопастной пропеллер создаёт на 25% большую тягу, чем обычный двухлопастной пропеллер. Было изготовлено и протестировано около шестидесяти экспериментальных полноразмерных лопастей и более десятка ступиц и механизмов, прежде чем 40-сильная модель однолопастного пропеллера была представлена для получения сертификата типа, который был получен для Taylor A [на самом деле «Taylorcraft» Model A] и J-2 Cub.» Похоже на то, что вот это и есть те самые легкомоторные самолёты с теми самыми винтами: 

Возможно, что необычный вид винта отпугнул потенциальных покупателей, и спрос оказался слишком маленьким для того, чтобы развернуть производство и фирма больше занималась производством более традиционных винтов. Не помог даже рекламный полёт в 1937 году на самолёте с таким винтом. Само название необычного винта сложилось из двух фамилий. Это фамилия самого инженера и его фамилия его напарника-предпринимателя. Вместе они и создали компанию по выпуску винтов для самолётов под названием «Everel Propeller Corporation». 

Следующий заметный «взлёт» однолопастного винта случился в 1958 году в Сэшэании. Там инженер Глухарёв предложил потенциальным потребителям однолопастной ранец-вертолёт MEG-1X. Штуковина была необычной просто совсем. Мало того, что ранец, мало, что с единственной лопастью, но и двигатель там стоял реактивный. Не удивительно, что такой необузданный полёт конструкторской мысли не оценили ни «состоятельные», ни «ответственные». Устройство для полётов осталось в единственном опытном экземпляре. Приличных фоток я не нашёл, а плохие показывать не хочу. 

Примерно там же, примерно тогда же похожая идея зацепила другого инженера и в 1961 году в Западной Германии свет увидел первый опытный вертолёт с одной стеклопластиковой лопастью Bolkow Bo-103. Вот этот сверхлёгкий вертолёт готовится к взлёту: 

А вот на этой фотографии он уже вполне успешно совершает полёт: 

Хотя кое-где можно встретить утверждения, что он был создан исключительно для испытания стеклопластиковых лопастей, но я думаю, что лопасть вполне можно было испытать и на более традиционной машине. А вот на этой фотографии показан ещё один вариант этой машины, уже снабжённой какой-никакой кабиной для пилота: 

Если бы его сделали для испытания лопастей, то никто не стал бы так заморачиваться. Нет, гер. Булков явно хотел пробиться со своей конструкцией на рынок, однако тоже не случилось – немцы его полёт фантазии не оценили. 

Наверное, это был последний случай, когда инженеры пытались использовать однолопастной винт на летательных аппаратах достаточно большого размера. Дальше конструкторская мысль отправилась в другую сторону. Сейчас ведь в моде беспилотники. Так почему бы не попробовать ещё раз, но теперь уже в этом углу? 

И понятно, что здесь никак не могло что-то произойти без сэшэашного Агентства DARPA. Они ведь на каждую сомнительную, но «передовую» технологию кидаются, как мухи на… ну, ладно. Короче говоря, в 2006 году они запустили программу «Nano Air Vehicle» (NAV) по техзаданию которой нужно было сделать малюсенького беспилотного разведчика. Ну, раз «nano», значит «nano», сказали в компании «Lockheed Martin», пересчитывая солидную пачку зелени. 

Сначала хотели поставить на прототип микро реактивный двигатель, но потом решили всё же обойтись более привычным электрическим. В 2011 году монокоптер (так их сейчас называют) «Samarai» от «Lockheed Martin» взлетел управляемый с планшета инжерами Дэйвом Шарпом (Dave Sharp) и Крейгом Стоункингом (Craig Stoneking). В полёте он выглядел, как размытый круг за счёт большой скорости вращения (13 тыс. оборотов в минуту), поэтому вот его фотка в статическом состоянии: 

Однако на сегодня выяснилось, что «Лаборатория интеллектуальной робототехники» компании «Lockheed Martin» результат пяти лет своего упорного труда может с чистой совестью выбросить в мусорный ящик, потому что они проиграли соревнование компании «AeroVironment», которая создала беспилотник с другим экзотическим движителем – с махолётом. Хреновину размером с хорошего воробья обозвали «Nano Hummingbird». Вдохновителем выступили птички из отряда «колибри». Вот эта штука: 

Честно сказать, она мне очень понравилась. Дело в том, что у меня в опусе «Путник. Вселенная» (написано в 90-х) в самом начале упоминаются летающие роботы-разведчики под названием «голуби». И я представлял их себе именно такими, но в менее петушиной раскраске. 

Однако нужно заметить, что компания «Lockheed Martin» так просто сдаваться не собирается. Они продолжают работать над своим «nano». Уже сменили ему название раза четыре примерно. Вот один из вариантов их устройства, простой, как каменный топор… но, если по стоимости, то сделанный из золота с бриллиантами: 

Так что ещё ничего не решено и денег будет ещё много потрачено, прежде чем выяснится, что потратили их зря. 

Если вам вдруг показалось, что однолопастная идея не даёт покоя только сэшэашников, то это значит, что мне нужно помянуть добрым словом кого-то ещё. Например, «Сингапурский университет технологий и дизайна» (SUTD). В этом славном заведении есть доцент Фунг Шаохуэй. И задумал в 2015 году этот Фунг со товарищи сделать дрон, который бы летал вдвое дольше, чем те, которые летали в тот момент, то есть ему нужно было для успеха где-то 50 минут. 

Долго ли, коротко, но Фунг поставил задачу так: «Чем меньше размер, тем менее эффективен полёт. У маленьких дронов часто низкая выносливость, потому что их маленькие пропеллеры создают ограниченную тягу, но при этом потребляют много энергии. Наша цель состояла в том, чтобы преодолеть это ограничение». И он снова вернулся, как и его предшественники к семечкам клёна: «Каждая часть кленового семени способствует подъёму. Мы вдохновились этим принципом и создали планер, в котором ничего не тратится впустую». Первый удачный вариант схематично выглядел вот так: 

В нём явно читается конструкция «Samarai» от компании «Lockheed Martin», но уже сделанная со всем тщанием и на основе новейших технологических изысков. Понятно, что его ещё доводили до совершенства и в конце аппарат слегка изменил свой внешний вид: 

И понятно же, что его делали не просто чтобы сделать, а заранее продумывали подходящее ему назначение. В результате продумали два варианта. Это лёгкий радиозонд многоразового использования и летающий прибор для наблюдения за погодой. В результате 2024 году ребята заработали премию имени кого-то там в разряде «экологичность». Какой-никакой, но успех. 

Воодушевившись, ребята сейчас трудятся над увеличением грузоподъёмности и продолжительностью полёта. Хотя уже сейчас она составляет 60 минут. К числу своих достижений они могут также отнести и ещё один, очень необычный вариант монокоптера, который зовут просто F-SAM. Дело в том, что его гибкую лопасть, сделанную из бальсы и пластика можно свернуть. Вот картинка, на которой показано, как это работает: 

В целом можно сказать, что сама идея скорее жива, чем мертва. Наверное, на этой основе кто-нибудь, где-нибудь ещё что-то сделает. И это может быть очень интересный источник, ведь малые формы и недорогие исходные материалы позволяют участвовать в этой гонке не только могучим исследовательским центрам, но и «одиночкам из гаража». Посмотрим, что будет дальше…