У знаменитого польского писателя-фантаста Станислава Лема был макет железной дороги, с которым он до глубокой старости самозабвенно играл в свободное время, в чем признавался без малейшего смущения. Многие великие полководцы в разные века столь же самозабвенно разыгрывали битвы с игрушечными армиями, почитая такие игры вполне достойным занятием в часы отдыха.
Период игр не заканчивается вместе с детством. Очень многим людям свойственно играть всю жизнь. Одни играют в робинзонов и пржевальских, отправляясь в туристические походы по горам и рекам, другие предпочитают игрушки натуральные, механические или электронные. Индустрия игрушек для взрослых в последние десятилетия развивается весьма стремительно. Отрасль оказалась прибыльной. Управляемые модели автомобилей, кораблей и летательных аппаратов бороздят просторы планеты, множатся клубы любителей взрослых игр. Техническими видами спорта и моделированием, согласно анкетным опросам, увлекаются около трети читателей журнала "Наука и жизнь". А зачем, собственно, они играют? Стоит ли искать точный ответ? Потому что - хочется. Потому что - интересно! И еще потому что - игрушки того стоят. Например, радиоуправляемые модели вертолетов. За рубежом сейчас их выпускается великое множество. В бывшем СССР модели вертолетов тоже делали, но в сегодняшней России производство моделей отсутствует. И спортсмены-авиамоделисты, специализирующиеся в управлении вертолетными моделями, строят их самостоятельно. В авиамодельном спорте вертолеты выделены в отдельный класс F3C. (Подробнее о делении авиамоделей на классы см. "Наука и жизнь" № 5, 2004 г.)
Модели вертолетов продаются в виде наборов деталей, из которых будущему пилоту предстоит самостоятельно собрать машину, руководствуясь подробной инструкцией, отладить, тщательно отрегулировать узлы и агрегаты. Теперь остается заправить топливный бак или зарядить аккумулятор, и можно приступать к полетам.
"Летать" на радиоуправляемой модели вертолета - занятие увлекательное, но отнюдь не простое. Аварии случаются часто, и не всякая ошибка пилота поправима. Разбить недешевую игрушку насовсем - дело нехитрое. Потому изготовители настоятельно предлагают начинать, так же как и на больших, настоящих вертолетах, с инструктором. Кстати, пока пилот не научится управлять моделью, на нее устанавливают дополнительное тренировочное шасси - широкие гибкие опоры, страхующие от необратимых повреждений.
Обучают пилотированию не за час и не за день. Вот, например, одна из рекомендаций: "Поднимаем и завешиваем модель в воздухе. Если вы сможете удержать модель в течение двух минут без посадок и резких перемещений, ваши навыки достаточны для продолжения. Иначе - потренируйтесь в висении еще пару недель…"
Это действительно непросто, особенно если тренировка происходит на открытом воздухе. Пилоту мешает не только отсутствие навыка, но и ветер. Далее пилот учится удерживать вертолет в положении боком к себе, разворачивать его на любой угол, тренируется в скольжении над самой землей. Потом наступает черед пилотажных фигур. Первая - "восьмерка".
Вертолет может летать в любом направлении - носом, боком и хвостом вперед, поэтому первая "восьмерка" начинающего пилота называется "ленивой" - машина медленно и аккуратно проходит всю траекторию, оставаясь повернутой хвостом к пилоту, и только после освоения этого упражнения пилот начинает ориентировать вертолет носом строго по курсу. После освоения этой фигуры наступает черед очередных - "круги", "квадраты" и далее вплоть до фигур высшего пилотажа. Понятно, что полный курс тренинга отнимет у пилота достаточно много времени. Сделаться асом, способным выполнять "мертвую петлю", удастся далеко не сразу.
А тем, кто начинает играть, не будет лишним вспомнить, что вообще позволяет вертолету держаться в воздухе и совершать сложные эволюции.
КАК ЛЕТАЕТ ВЕРТОЛЕТ
Вертолет - замечательное изобретение хотя бы тем, что, подробно изучая принципы его полета, придется познакомиться с теоретической механикой, аэродинамикой, теорией машин и механизмов и еще с десятком технических дисциплин. Так глубоко забираться мы не будем, но основ все же коснемся. Итак, подъемную силу вертолету сообщает большой винт - несущий ротор. Изменяя угол наклона лопасти к плоскости вращения ротора, мы увеличиваем или уменьшаем подъемную силу, заставляя вертолет подниматься или опускаться. Чтобы компенсировать реактивный момент несущего ротора, который заставляет корпус разворачиваться, вертолет снабжен хвостовым или же соосным винтом, вращающимся в противоположную сторону (в наших примерах мы будем рассматривать вертолет с хвостовым винтом). Изменяя угол атаки лопастей хвостового винта, пилот заставляет машину вращаться вокруг вертикальной оси в любую сторону.
Вертолет взлетел и завис. Сила тяги ротора равна весу машины. Чтобы вертолет начал двигаться горизонтально, он должен наклониться в нужном направлении. Тогда баланс действующих на вертолет сил нарушается: появляется горизонтальная составляющая. Но как же его заставить это сделать?
В 1911 году российский ученый, аэродинамик Б.Н. Юрьев изобрел автомат перекоса, который и по сей день остался неизменным узлом в конструкции практически любого вертолета. Кстати, он же, Юрьев, в 1912 году построил первую действующую модель геликоптера, которую продемонстрировал на 2-й Международной выставке по воздухоплаванию в Москве, удостоившись золотой медали. Автомат перекоса расположен на оси винта и состоит из двух колец, подвешенных на карданном шарнире к неподвижной опоре. Кольца соединены с тягами управления. Под действием тяг внутреннее кольцо автомата наклоняется, заставляя угол установки лопастей синусоидально изменяться при вращении.
Представим окружность, описываемую ротором, в виде сплошного диска и разделим общую подъемную силу надвое, приложив каждую к одной из половинок диска. При включенном автомате перекоса угол атаки лопастей в одной половине диска окажется больше, чем в другой, а следовательно, там возрастет подъемная сила. Она и накренит вертолет. Теперь у несущего ротора появится и горизонтальная составляющая, которая вызовет скольжение в нужном направлении.
В последнее время появляются машины, использующие иные способы управления полетом. Например, воздушные рули, изменяющие направление потока воздуха от несущего ротора (см. "Наука и жизнь" № 8, 2006 г.).
Накренить машину автомат перекоса позволяет в любом направлении - вот почему вертолет может двигаться и прямо, и назад, и вбок. Но тут присутствует один очень интересный момент, вызванный проявлением гироскопической прецессии. Что это такое?
Вращающийся ротор представляет собой, по сути, гироскоп. Чтобы изменить положение его оси вращения, требуется приложить дополнительную силу. Прецессия гироскопа - реакция на прилагаемое усилие. На практике она проявляется запаздыванием примерно на 90о поворота лопастей. А это означает, что для того чтобы заставить вертолет накрениться, к примеру, вперед, пилот с помощью автомата перекоса словно бы пытается наклонить его вправо: минимальный и максимальный углы атаки лопасти имеют, находясь перпендикулярно к продольной оси машины.
Когда вертолет начинает двигаться горизонтально, подъемная сила несущего ротора увеличивается за счет набегающего на лопасти потока воздуха. Поэтому, чем быстрее движется вертолет, тем лучше его летные качества, проще управление.
Еще одно полезное свойство вертолета - авторотация: если двигатель машины заглох в полете, ротор вращается за счет набегающего на лопасти потока воздуха. Это позволяет вертолету сохранять управляемость при снижении и существенно замедляет его вертикальную скорость, обеспечивая безопасность. Конечно же вертолеты тоже падают и разбиваются, но, используя авторотацию, пилот всегда имеет немалые шансы сохранить машину от разрушения, а свою жизнь и жизнь пассажиров - от гибели. Для этого в трансмиссии вертолета имеется специальная обгонная муфта, срабатывающая при аварийном отключении двигателя и позволяющая винту свободно вращаться.
МОДЕЛИ НА ЛЮБОЙ ВКУС
Модели бывают самые разные: с двигателями внутреннего сгорания, с электродвигателями на аккумуляторных батареях, вертолеты для полетов в закрытых помещениях и на открытом воздухе, совсем маленькие и побольше. Бензиновые модели в зависимости от объема двигателя разделяются на классы. Наиболее распространенными являются вертолеты 30, 40 и 60-го классов. На вертолеты 30-го класса устанавливают двигатели объемом 0,32 - 0,35 куб. дюйма; 40-го класса - 0,45 - 0,50 куб. дюйма; 60-го класса - около 1 куб. дюйма.
Каждый класс обладает своими достоинствами и недостатками: маленькие вертолеты дешевле, проще в эксплуатации и обслуживании, зато большие имеют бo, льшую стабильность в полете и соответственно меньшую восприимчивость к порывам ветра. Семейство моделей конечно же названными классами не ограничивается. Существуют, например, "комнатные" микровертолеты - как с электрическим, так и с бензиновым двигателем, весящие всего 280 - 300 г. Они боятся даже слабенького ветерка, но в закрытых помещениях или в полный штиль способны исполнять практически весь набор фигур высшего пилотажа, поэтому рекомендуются начинающим пилотам для тренировки в управлении.
