Под СЛА подразумевается летательный аппарат, который позволил бы человечеству "подняться в воздух", т.е. освоить воздушное пространство и использовать его с такой же лёгкостью, с какой мы можем ходить по земле. Отсюда вытекают основные требования в CЛА: компактность (не только малый вес, чтобы была возможность всегда иметь аппарат при себе, желательно в носимом варианте, но и малый объем), экономичность (чтобы потреблял мало топлива, а ещё лучше была возможность хотя бы недолго лететь за счёт мускульной силы), дешевизна (и желательно возможность сделать CЛА из подручных материалов) и, наконец, безопасность (если человек без сознания, аппарат должен мягко спустить его на землю аналогично парашюту, сюда же входит требование срабатывания на малой высоте не более 2-3 метров).

 

 

Давайте сначала немного пофантазируем, а уж потом рассмотрим реально существующие кандидаты на звание CЛА. На мой взгляд, единственно возможный аппарат, удовлетворяющий одновременно всем требованиям — это ранцевый вертолёт с гибкими лопастями и специализированным двигателем. В таком случае практически вся конструкция будет состоять из тканевых ремней (брезент или иной материал) и нескольких стальных (а возможно и пластиковых) карабинов. Человек одевает подвесную систему, аналогичную парашютной (по одному карабину на каждой ноге и один на грудной перемычке), такое крепление позволяет довольно комфортно чувствовать себя в полёте несколько часов и является самым простым из всех возможных сидений. Кроме того, одевается за считанные секунды (всего 3 карабина) поверх любой одежды, и совершенно не мешает любым телодвижениям в полёте. А дальше самое главное — гибкий винт диаметром 4.6 метров. Почему-то нигде в литературе нет не то-что сведений/расчётов подобного винта, но даже упоминания о хотя бы теоретической возможности создать вертолётный винт из полосы ремня. Понятно, что при вращении на лопасть действуют огромные центробежные силы, но:

• во-первых, для одноместного вертолёта частота вращения не такая уж большая и может быть доведена до 1-2 об/сек.

• во-вторых, существуют различные способы плетения волокон в ткани (простейший вариант — косичка), позволяющие значительно повысить прочность ткани на разрыв по определённой оси: современные стропы парапланов диаметром 1.5 мм выдерживают нагрузку 120-150 кг.

• в-третьих, те же центробежные силы гибкую ткань сделают достаточно "жёсткой", чтобы сохранять угол атаки (или использовать управление по циклическому шагу лопастей, т.н. "автомат перекоса").

• в-четвертых, центробежные силы можно уменьшить разными способами: использование многолопастных винтов, увеличение диаметра (и, следовательно, уменьшение необходимой скорости вращения), использование широких лопастей и т.д.Наверно каждый в детстве пробовал раскрутить кожаный ремень, держа его в одной руке и крутясь самому на месте, и замечал, что при равномерном вращении тот стабильно сохраняет свою форму. Впрочем, может быть создать вертолётный винт на основе гибкой полоски специальной ткани на данном этапе развития технологии невозможно, тогда придётся использовать лёгкие лопасти из углепластика. Система управления таким ранцевым микровертолётом балансирная, т.е. шаг винта устанавливается автоматически за счёт инерционных сил (втулка Болдырева), а подвесная система с пилотом "подвешена" снизу с небольшой степенью свободы, т.е. может немного раскачиваться. Пилот за счёт усилий рук подтягивается или отталкивает от себя плоскость винта и тем самым изменяет угол её наклона. Такое управление используется в сверхлёгких автожирах и на некоторых микровертолётах и называется "управление с верхней ручкой". Управление по курсу (по ходу движения) при соосной схеме осуществляется торможением верхнего или нижнего винта.

 

В идеале желательна возможность летать за счёт мускульной силы, но совершенно непонятно как сделать такой привод, хотя видимо надо использовать принцип резонанса, когда рывки ногами и руками (через стропу или ремень) в нужный момент "подталкивают" основную ось вращения. Например, через муфту свободного хода (примерно, как в велосипеде — крутите педали, за счёт центробежной силы из ямок выскакивают шарики и обеспечивают контакт, перестали крутить — шарики уходят в выемки и ось колеса крутится дальше сама, не тормозясь остановленными педалями). Причём желательно, чтобы привод был наиболее близок к естественным движениям человека, т.е. со стороны это выглядело как обычный бег по земле, переходящий в полёт. Классические двигатели внутреннего сгорания (ДВС) не очень подходят. Во-первых, из-за большой массы (примерно 1 кг двигателя за каждую лошадиную силу, так двигатель с 20 л.с. весит не менее 20 кг), во-вторых, из-за большой частоты оборотов и, следовательно, появления редуктора. Впрочем, при малых необходимых мощностях (3-15 л.с.) можно использовать ременной редуктор, как это делается на современных парамоторах, вместо цепного или шестерёнчатого. Так что нужен специализированный двигатель, конструкция которого предусматривает возможность вращения двух винтов в разные стороны. Это уменьшило бы массу двигателя и упростило конструкцию. Насколько я знаю, пока не существует роторно-поршневого двигателя (т.е. который использует силу давления расширяющегося газа, а не реактивную струю) с простым круговым движением. У двигателя Вранкеля много своих недостатков типа планетарного движения и, в частности, повышенный расход топлива. Видимо, если бы удалось решить проблему экономичности, то реактивный (или, как вариант, пневматический) привод на основе двух прямоточно воздушных реактивных двигателей (ПВРД) на концах лопастей был бы наиболее оптимальным. Это позволяет использовать всего один двухлопастный винт (уменьшение массы и увеличение безопасности, т.к. исключается схлестывание лопастей верхнего и нижнего винта в соосной схеме), но зато возникают проблемы с путевой управляемостью.

Итак, идеальный СЛА — набор тканевых ремней (подвеска и лопасти) с углепластиковыми карабинами и мускульным приводом, который складывается в объём не более объёма стандартного запасного парашюта (цилиндр диаметром 15 см и длиной 20-25 см) и весит не более 1-2 кг. В случае использования мотора, в комплект входят 2 сверхлёгких ПВРД на концах лопастей, управляемых по радио. Или 2 пороховых заряда, заменяющие эти двигатели, которые работают пока не кончится порох. После израсходования топлива, посадка на авторотации. Не слабый вариант, чтобы к нему стремиться, верно?

Проблемы:

• гибкие лопасти;

• привод.

 

 

Парамотор в сложенном виде занимает 2 громоздких рюкзака. Из существующих летательных аппаратов ближе всего к идеальному СЛА лишь 2 варианта: парамотор и ранцевый вертолёт с реактивным приводом. Оба варианта весят примерно по 30 кг. Для парамотора это двигатель 15-20 кг, сам параплан 8 кг и подвесная система с запасным парашютом 3-5 кг. Для вертолёта большие лопасти + 2 ПВРД. Кроме того, необходим запас топлива — ещё плюс 3-5 кг. Парамотор в сложенной виде занимает 2 довольно объёмных рюкзака (из-за титанового ограждения винта и самого винта диаметром не менее 80 см), а вертолёт — тубус длиной метра 1.5 (при условии, что лопасти разборные, иначе длина 2,5-3 м). Достоинства парамотора: освоенная технология (двигатель можно использовать от мотоцикла, а винты самостоятельно вырезать из дерева), малый расход топлива (современные парамоторы держатся в воздухе 2-3 часа), безопасный спуск при выключенном двигателе, возможность летать вдвоём при небольшом увеличении мощности двигателя и площади параплана. Недостатки: нужна безветренная погода (из-за большой площади параплана), малая скорость (не более 50 км/час), вероятность сложения параплана на малой высоте (падение с высоты 30 метров обычно смертельно, а запасной парашют на такой высоте не откроется, да и не успеешь бросить запаску), опасная посадка с включённым двигателем. Если бы не слишком большой расход топлива (пропан), то ранцевый вертолёт был бы почти идеальным СЛА...

 

 

Достоинства вертолёта:

• не боится ветра и турбулентности у земли (благодаря свойствам винта и малой площади);

• может взлетать с места и висеть неподвижно, приземляется в одну точку;

• более простая управляемость;

• большая скорость (150-200 км/час);

• возможность аварийной посадки на авторотации (хотя и похуже, чем у параплана).

Недостатки:

• большой расход топлива из-за реактивных двигателей (существовавшие образцы летали не более 15-20 минут);

• опасность поломки лопастей в полёте;

• опасность приземления в случае касания винтом земли;

• для тандема требуется значительное увеличение мощности двигателей и изменение диаметра винтов. Соосная схема слишком сложна для массового дешёвого ЛА. Соосная схема ранцевого вертолёта не годится из-за большой массы, связанной с двойным кол-вом винтов, а также тяжёлым ДВС и редуктором. Реактивный ранец с его 30 секундным полётом тоже пока не имеет никаких шансов, тем более что аварийную посадку он может совершить только на запасном парашюте.

 

 

Есть ещё один вариант, о котором почему-то нет нигде информации. И даже о попытках создания такого аппарата, хотя он вполне реален и думаю жизнеспособен. Речь идёт о ранцевом автожире. За спиной двигатель внутреннего сгорания мощностью 20-25 л.с. (такие уже используются на парамоторах-тандемах), оснащённый толкающим винтом диаметром 80-120 см. А над головой облегчённый автожирный винт диаметром 4-5 м на свободно вращающейся втулке. Управление винтом с помощью "верхней ручки", а повороты вправо-влево за счёт небольшого поворота силовой установки за спиной (и, следовательно, потоком от толкающего винта). Стартовать такой переносной автожир мог бы с небольшого разбега, а приземляться, как и все автожиры в одну точку. Благодаря отсутствию тележки и сиденья, мощность двигателя нужна небольшая. А силовую установку (двигатель + толкающий пропеллер за спиной) можно взять непосредственно у существующих моделей парамоторов. Достоинства очевидны: отработанная технология (двигатели для парамоторов продаётся везде), безопасный полет и спуск на авторотации, автожир не боится сваливания и турбулентности, на порядок лучше параплана переносит болтанку и ветер у земли и т.д. При этом небольшое увеличение аэродинамического сопротивления винта по сравнению с парамотором компенсируется намного большими скоростями полёта (предположительно 100-150 км/час против 50 км/час у парамотора). Есть подозрение, что ранцевый автожир сможет стать действительно универсальным народным летательным аппаратом. Потому что парамотор пока хоть и является самым дешёвым и простым вариантом, но из-за малой скорости и требований безветрия до сих пор остаётся игрушкой на выходной день.