[ezup]

До появления разумных альтернатив создатели первых экспериментальных летательных аппаратов нередко пытались использовать паровые двигатели. Однако подобные устройства не отличались высокими характеристиками и потому не давали желаемого результата. Позже были внедрены двигатели внутреннего сгорания, позволившие отказаться от пара и получить приемлемые характеристики. Тем не менее, идея использования тепла и воды не была окончательно забыта. Так, в середине семидесятых годов прошлого века был предложен оригинальный проект летательного аппарата с паровой силовой установкой.

В начале сентября 1974 года очередную заявку на получение американского патента подал конструктор Александер Кривка. Узкому кругу любителей авиации этот человек известен как руководитель и главный конструктор компании Verticraft Corporation. В начале шестидесятых годов его организация пыталась присоединиться к программе создания летательных аппаратов вертикального взлета. Она предложила оригинальный вариант решения поставленных задач, но не добилась заметных успехов. Впоследствии А. Кривка продолжил работу в авиационной отрасли и предложил ряд новых идей. Кроме того, он смог получить несколько патентов на новые агрегаты и даже на полноценные образцы авиационной техники.

Общая схема летательного аппарата

Тема патента за номером US3930625, выданного в самом начале 1976 года, выглядела просто, но интригующе: Steam-powered aircraft – «Паровой летательный аппарат». Для того времени применение пара было явным анахронизмом и уж тем более странным для сферы вертолетов. Тем не менее, американский инженер смог разработать и предложить весьма интересную схему летательного аппарата, позволяющую получить максимальную выгоду от не самого совершенного двигателя. Впрочем, даже эти идеи не позволили оригинальному проекту выйти из категории технических курьезов.

Строить оригинальный летательный аппарат, способный решать различные задачи, предлагалось по схеме реактивного вертолета с отдельным воздушным винтом для горизонтальных полетов. Для получения желаемых результатов А. Кривка предложил приводить винты во вращение при помощи сопел-форсунок на концах лопастей. По его расчетам, это позволяло получить требуемую скорость вращения с созданием нужной тяги. Одновременно с этим запатентованный проект предлагал использование некоторых других агрегатов того или иного назначения.

На чертежах, прилагавшихся к патенту US3930625, изображался летательный аппарат специфической компоновки. Все основные агрегаты такого вертолета должны были располагаться в фюзеляже необычной конструкции, либо на некоторых дополнительных устройствах. Предлагалось использование фюзеляжа характерной формы, имеющего крупную переднюю кабину, а также центральную и хвостовую секцию сокращенных размеров. Изобретатель предлагал использовать кабины разных размеров, соответствующие требованиям к конкретному образцу. Таким образом, вертолет оригинальной схемы мог брать на борт только пилота или летчика и нескольких пассажиров.

Фактически к конструкции передней кабины предъявлялись только два требования. Она должна была иметь не слишком большую ширину, а заднюю ее часть следовало выполнять сужающейся. Все это было необходимо для сокращения аэродинамического затенения одного из воздушных винтов. Все прочие особенности кабины могли определяться разработчиками проекта в соответствии с имеющимися требованиями.

Центральный и хвостовой отсеки фюзеляжа должны были иметь небольшую высоту при достаточной ширине. Определенные особенности конструкции позволяют называть эти элементы фюзеляжа хвостовой балкой. При этом внутри небольших объемов должны были размещаться некоторые агрегаты паровой силовой установки. В частности, именно в хвосте планировалось поместить средства сжигания топлива и котел, а также резервуар для транспортировки воды. Также фюзеляж должен был вмещать часть трубопроводов для подачи пара к воздушным винтам.

Несущий и тянущий винты реактивного типа

Непосредственно позади кабины на фюзеляже должен был устанавливаться кожух «маршевых» воздушных винтов, имеющий крупный кольцевой канал. Его предлагалось выполнять в виде крупного кольца с двойными стенками, имевшими внутреннюю полость. Внутренняя поверхность канала должна была иметь сплошные прорези, необходимые для взаимодействия с некоторыми деталями винтов. Вертикально в канале помещалась стойка с креплениями для втулок всех винтов и необходимыми трубопроводами.

По задумке А. Кривки, перспективный вертолет мог бы оснащаться котлом любой архитектуры, имеющим достаточную производительность. При этом следовало обеспечить возможность производства необходимого количества пара в течение длительного времени с повышением производительности в нужные моменты. Котел, топка и топливные емкости должны были помещаться в свободных объемах балки фюзеляжа. На имеющихся чертежах, среди прочего, предлагалось выведение выхлопной трубы через отверстие в хвостовом обтекателе. Для нагрева воды следовало использовать жидкое топливо. За счет изменения давления в топливной и паровой магистралях можно было изменять общие параметры силовой установки.

Наибольший интерес в проекте парового вертолета представляет винтовая группа, располагаемая позади кабины. Внутри кольцевого канала следовало помещать сравнительно сложные устройства, обеспечивающие решение ряда задач при помощи поступающего под давлением пара. Изобретатель рассматривал возможность применения нескольких вариантов привода, имеющих определенные сходства.

Кольцевой кожух с каналом вертикально расположенных винтов следовало выполнять в виде крупного металлического агрегата со стенками каплеобразного сечения. На вертикальной оси предусматривалось несколько отверстий для монтажа разных устройств. На внутренней кольцевой поверхности предусматривались параллельные сплошные прорези, необходимые для обеспечения работоспособности винтов. Сверху на стенке кольцевого канала следовало помещать втулку несущего винта. Внутренняя стойка агрегата предназначалась для установки ряда трубопроводов, механических приводов и т.д. – в зависимости от выбранной архитектуры.

Вертолет А. Кривки мог использовать несущий винт реактивного типа, построенный по т.н. компрессорной схеме. Через герметизированные соединения на втулке винта пар должен был поступать во внутренние трубы лопастей, на конце которых имелись сопла-форсунки. Выходя из сопел, пар должен был раскручивать винт до требуемой скорости. Такая конструкция втулки не исключала возможность использования автомата перекоса стандартного вида. С его помощью пилот мог контролировать тягу винта.

Комбинация реактивных "маршевых" винтов с механическим приводом несущего

Также в патенте рассматривалась возможность использования двух соосных несущих винтов. Такой вариант несущей системы отличался большей сложностью, но не имел никаких принципиальных отличий. Для раскрутки винтов так же должен был использоваться пар, истекающий из сопел.

Для создания достаточной горизонтальной тяги, необходимой для поступательного полета, изобретатель предложил использовать один или два воздушных винта с двумя или четырьмя лопастями, размещенные внутри кольцевого канала. При этом А. Кривка рассмотрел возможность применения двух вариантов их привода, основанных на разных вариантах подачи пара под давлением. В первом случае предусматривалось использование подвижных форсунок, в последнем – стационарное их размещение.

Первый вариант «маршевых» винтов должен был получать паровую магистраль, проходящую через центральную стойку кожуха. В центральной части этой стойки предусматривались средства для монтажа двух втулок винтов, спереди и сзади. При помощи герметизированных подвижных соединений, аналогичных использованным в конструкции несущего винта, пар должен был поступать в трубки лопастей. При этом изогнутое сопло находилось за пределами лопасти. Для сокращения потерь пара и воды А. Кривка предложил пропустить трубки лопастей через прорези внутренней стенки кольцевого канала.

Таким образом, выходящий из сопел пар должен был оставаться внутри полых стенок кольцевого канала и конденсироваться, передавая часть тепловой энергии атмосферному воздуху, обдувающему этот агрегат. Остывшая и осевшая вода должна была под собственным весом стекать вниз и поступать в соответствующий резервуар. Вероятно, могли иметь место некоторые утечки пара через прорезь, однако значительная его часть должна была оставаться в пределах агрегата-конденсатора.

Вторая версия «маршевых» винтов предусматривала использование иного привода. В таком случае втулки винтов могли отличаться упрощенной конструкцией и не должны были оснащаться средствами подачи пара. Четырехлопастный воздушный винт предлагалось комплектовать внешним кольцом, соединяющим законцовки лопастей. На внешней поверхности такого кольца следовало устанавливать большое число мелких лопаток. Фактически это кольцо представляло собой т.н. рабочее колесо турбины.

Кольцо с лопатками должно было входить в прорезь внутренней стенки кожуха винтов. Пар предлагалось подавать по жестко закрепленной трубе и выводить через неподвижную форсунку. Истекающий поток должен был взаимодействовать с лопатками рабочего колеса и раскручивать его вместе с винтом. Для повышения эффективности такого привода рядом с форсункой мог располагаться дополнительный лоток, позволявший увеличить время взаимодействия пара с лопаткой.

Турбинная версия винта

За счет плотной подгонки кольца и кожуха весь пар должен был оставаться внутри последнего. Далее пар контактировал с обдуваемыми стенками кольцевого канала, охлаждался и конденсировался. Осевшие капли воды должны были стекать в нижнюю часть кожуха и оттуда поступать в основной резервуар для последующей подачи в котел.

Некоторые схемы из опубликованного патента показывают возможность дополнительного сокращения потерь пара за счет отсутствия реактивного привода несущего винта. В таком случае он мог иметь механическую связь с «маршевым» винтом и раскручиваться за счет его форсунок. Втулка малого винта должна была соединяться с осью несущего при помощи конической зубчатой передачи. Паровой вертолет с соосными несущими винтами, соответственно, должен был иметь две механические передачи для связи двух пар винтов.

Оригинальный паровой вертолет должен был получить как стандартные, так и необычные органы управления. Так, у традиционных летательных аппаратов могли заимствоваться ручки общего и циклического шага. С их помощью можно было изменять тягу несущего винта (винтов) и управлять перемещениями машины по вертикали. Для выполнения маневров летчику предлагалось использовать автомат перекоса, позволяющий изменять угол атаки лопастей и другие параметры винта. Связь ручек с исполнительными механизмами могла осуществляться при помощи тросов или жестких тяг.

Нововведением проекта А. Кривки было использование отдельной системы управления воздушными винтами. Контролировать их работу предлагалось при помощи клапанов, изменяющих параметры подачи пара к винтам. Увеличение давления позволяло повысить скорость вращения винта и его тягу, тогда как дросселирование должно было приводить к противоположному результату. Схожие средства могли использоваться в системе привода несущего винта, оснащенного реактивными соплами.

Оригинальная схема летательного аппарата с возможностью вертикального или укороченного взлета, оснащенного паровой силовой установкой, была предложена в начале семидесятых годов. Позже изобретатель подал заявку и получил патент на свою разработку. На этом, однако, история оригинального предложения закончилась. По-видимому, никто не захотел развивать и испытывать новую архитектуру вертолета. В результате любопытное техническое предложение так и осталось на бумаге и не оказало никакого влияния на дальнейшее развитие авиационной техники.

Комбинация соосного несущего винта с механическим приводом от турбинных маршевых

Причины отсутствия интереса со стороны инженеров, ученых и эксплуатантов техники были весьма просты и понятны. Оригинальный вертолет должен был использовать паровую силовую установку, которая по определению не может показывать высокий коэффициент полезного действия. При существовании большого количества поршневых и газотурбинных двигателей, отличающихся высокой эффективностью по топливу и большим весовым совершенством, паровая машина, вне зависимости от ее конструкции и реальных характеристик, в современном проекте летательного аппарата выглядела не более чем техническим курьезом.

Тем не менее, Александер Кривка нашел любопытный способ получения максимальной отдачи от не самой совершенной силовой установки. Пар предлагалось использовать не в поршневой машине, но в составе системы, основанной на других принципах. Один вариант воздушных винтов, предлагавшихся для обеспечения поступательного движения, основывался на реактивном принципе, тогда как второй оснащался турбиной радиального типа. Несущий винт или винты предлагалось приводить в движение при помощи реактивной системы или за счет механического привода от других винтов, имеющих собственные средства раскрутки.

В то же время, оригинальная концепция имела самые серьезные недостатки технического характера. Для создания потребной тяги винтов вертолет нуждался в производительном котле, а также в эффективных реактивных форсунках-соплах или турбинах. Естественно, все подобные устройства должны были отличаться большими размерами и массой. Решение этой проблемы с получением приемлемых летно-технических характеристик было прямо связано с использованием более мощной силовой установки, что могло привести к новому утяжелению конструкции.

Проект А. Кривки предлагал некоторые интересные идеи в части использования паровых двигателей в авиации и, возможно, позволял получить некоторые результаты даже при применении не самой совершенной силовой установки. Тем не менее, оригинальная разработка не имела никаких реальных перспектив, что было связано с особенностями истории авиационной техники. В свое время новейшие двигатели внутреннего сгорания вытеснили паровые машины из ряда сфер, а для авиации даже стали стандартом. Паровые системы уже не могли потеснить бензиновых или керосиновых конкурентов, даже при использовании тех или иных оригинальных идей.

Любопытное с технической точки зрения, но бесполезное в практическом смысле изобретение ожидаемо не сошло с чертежей. Даже спустя несколько десятилетий после выдачи патента оно не сможет оказать никакого влияния на развитие авиации. Впрочем, и без практической реализации патент за номером US3930625 в очередной раз показывает, какие интересные и даже забавные идеи могут предлагаться авиаконструкторами, занимающимися поисками новых схем.


По материалам:
https://google.com/patents/US3930625
Автор: Рябов Кирилл