Autožīrs

Autožīrs (no grieķu αὐτός un γύρος, "self-pagrieziens"), arī žiroplāns vai žirokopters ir skrūvspārņa^[1] (krievu: винтокрыл, angļu: rotorcraft) tips, kas cēlējspēka nodrošināšanai izmanto bezpiedziņas rotoru autorotācijas režīmā. Vilkme horizontālā virzienā (uz priekšu) tiek nodrošināta ar gaitas dzinēju, kas darbina propelleru. Kaut arī autožīra rotors vizuāli izskatās līdzīgs helikoptera rotoram, tā rotācija notiek, pateicoties pretim plūstošajam gaisam, kas caur to virzās augšup, nevis lejup, kā helikopteram.

Autožīru izgudrojis spāņu inženieris Huans de la Sjerva, pirmo lidojumu veicot 1923. gada 9. janvārī Cuatro Ventos lidlaukā Madridē.

Darbības princips

Līdzīgi kā helikopteram, autožīram ir rotors, kas rada cēlējspēku, taču aerodinamisko spēku ietekmē tas brīvi rotē autorotācijas režīmā. Autožīra rotors var būt vienkāršāks, dažkārt arī bez mehānisma propellera lāpstiņu soļa izmaiņai. Tas rada cēlējspēku, lidojuma laikā tas ir noliekts pozitīvā leņķī pret pretimnākošo gaisa plūsmu, līdzīgi kā lidmašīnas spārns. Helikopteram, gluži pretēji, nesošais propellers kopā ar helikoptera korpusu sasvērts lidojuma virzienā,^[2] vienlaicīgi radot gan cēlējspēku, gan vilkmes spēku. Bez rotora autožīram ir arī velkošs vai stumjošs (atkarībā no novietojuma) propellers, kuru darbina gaitas dzinējs. Tas nodrošina autožīra kustību horizontālā virzienā. Mūsdienu autožīros propellers parasti ir novietots aiz pilota sēdvietas un rotora masta. Mazāk izplatīta šodien ir konfigurācija, kur dzinējs un propellers atrodas autožīra priekšpusē.

Pirmie autožīri ar rotoru bez propellera lāpstiņu soļa regulēšanas iekārtas tika vadīti ar aerodinamisko stūru palīdzību, tādēļ vertikālu nolaišanos nevarēja kontrolēt, un tā parasti tika uzskatīta par ārkārtēju režīmu. Mūsdienu sistēmas ļauj nosēsties arī vertikāli, jo nesošā propellera vadība nav atkarīga no lidaparāta ātruma. Autožīram ir trīs galvenās vadības ierīces: vadības svira, stūres pedāļi un drosele. Vadības svira nodrošina augstuma maiņu (tangāžu), sasverot rotoru uz priekšu vai atpakaļ, kā arī sānsveri, stūres pedāļi — pagriezienu (yaw), bet drosele regulē dzinēja jaudu.

Lai realizētu vertikālu startu, ir iespējama iepriekšēja nesošā propellera iegriešana ar dzinēja palīdzību (tādā gadījumā, autožīram atrodoties uz zemes, nesošā propellera solis ir nulle), pēc tam propellers tiek sasvērts uz priekšu un iestatīts vajadzīgais solis.

Vēsture

Autožīra izgudrotājs ir spāņu inženieris Huans de la Sjerva (Juan de la Cierva). Viņš vēlējās izveidot lidaparātu, kas varētu lidot ar nelielu ātrumu un droši nosēsties, dzinēja apstāšanās gadījumā nenokļūstot grīstē. Pirmo lidojumu viņš veica 1923. gada 9. janvārī Cuatro Ventos lidlaukā Madridē. Sjervas radītais gaisa kuģis atgādināja lidmašīnu ar dzinēju un propelleru priekšpusē.

Īpašības

Krievijā ražots autožīrs Gyros-2 Smartflier

Lielākā daļa autožīru nevar pacelties vertikāli, taču tiem nepieciešams daudz īsāks ieskrējiens (10 - 15 m ar iepriekšēju nesošā propellera iegriešanu) nekā lidmašīnām. Gandrīz visi autožīri ir spējīgi nolaisties bez ieskrējiena vai arī tas ir tikai dažus metrus garš, pie tam stipra pretvēja gadījumā tie spēj gaisā atrasties nekustīgi. Manevrēšanas iespēju ziņā tie atrodas starp lidmašīnām un helikopteriem, nedaudz no helikopteriem atpaliekot, taču pilnīgi pārspējot lidmašīnas.^[3]

Autožīri dažos aspektos ir pārāki par lidmašīnām un helikopteriem lidojumu drošības ziņā. Lidmašīnai ir bīstami zaudēt ātrumu, jo tā var nokļūt grīstē. Autožīrs, zaudējot ātrumu, sāk nolaisties. Ja izslēdzas dzinējs, autožīrs nekrīt, bet, pateicoties nesošā propellera autorotācijai, zaudē augstumu planējot (arī helikoptera nesošais propellers dzinēja atteices gadījumā pāriet autorotācijas režīmā, taču tā tiek zaudētas vairākas sekundes un krītas rotora apgriezieni, kas ir būtiski piespiedu nosēšanās gadījumā. Autožīra pilots var pilnā mērā vadīt nosēšanās virzienu, izmantojot visas autožīra vadības ierīces. Lai autožīrs nosēstos, nav vajadzīgs skrejceļš, kas arī ir ļoti svarīgi lidojumu drošības ziņā, īpaši, veicot piespiedu nosēšanos nepazīstamā vietā.

Autožīra ātrums ir līdzīgs vieglā helikoptera ātrumam un nedaudz mazāks kā vieglajiem lidaparātiem. Degvielas patēriņš tiem ir mazāks nekā lidmašīnām, lidojuma stundas tehniskās izmaksas autožīriem ir vairākas reizes mazākas nekā helikopteriem, pateicoties tam, ka tiem nav sarežģītas transmisijas; teorētiski autožīri ir ekonomiski izdevīgāki nekā helikopteri.^[4] Tipisks autožīrs lido ar ātrumu līdz 180 km / h (rekords 207,7 km / h), un tā degvielas patēriņš ir 15 litri uz 100 kilometriem pie ātruma 120 km / h. Tādējādi, ātruma un ekonomiskuma ziņā autožīru var salīdzināt ar autobusu vai kravas automašīnu.

Vēl viena priekšrocība ir plašais skats un daudz mazāk vibrācijas nekā helikopteros, tādēļ tie ir ļoti ērti aerofotografēšanai, videofilmēšanai un novērošanai.

Autožīram ir arī ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem vieglo lidaparātu veidiem: tas var lidot pat pie spēcīga (līdz 20 m / s) vēja.

Runājot par tā trūkumiem (salīdzinājumā ar vieglajiem lidaparātiem ar vienādu motora jaudu), jāmin lielāks degvielas patēriņš, kā arī daži šim lidaparātam raksturīgi trūkumi: iespējami vadības traucējumi (kūleņošana) tangāžas laikā un sinusoidālas svārstības, ar tiem saistītas vairākas autožīru katastrofas 1970—2000 gados.

Lielākā daļa autožīru ir vienvietīgi vai divvietīgi, ir arī trīsvietīgi modeļi.^[5]

Pēdējos gados visvairāk izplatīti vācu kompānijas AutoGyro ražotie autožīri. Kopš 2003. gada šo lidaparātu ražošana ir strauji pieaugusi un šobrīd ir vairāk nekā 300 lidaparātu gadā.

Klasifikācija

Pēc gaitas propellera novietojuma autožīrus var iedalīt 2 veidos: ar priekšējo (velkošo) propelleru (tādi bija pirmie autožīri) un ar aizmugurējo (stumjošo) propelleru. Patlaban izplatītākie ir otrā veida autožīri. Priekšējā propellera varianta priekšrocības: labāka dzesēšana (dzinējs atrodas aiz propellera) un nedaudz lielāka drošība avārijas gadījumā, ja autožīrs avarējot saņem triecienu no priekšas (variantā ar aizmugurējo propelleru dzinējs var virzīties uz priekšu un ievainot pilotu). Taču autožīriem ar aizmugurējo propelleru ir labāka pārredzamība no pilota kabīnes. Abiem variantiem ir vēl citas būtiskas priekšrocības un trūkumi.

Speciālās īpašības

Daži autožīri ir spējīgi pacelties vertikāli ar palēcienu. Šai gadījumā nesošā propellera lāpstiņas tiek iestatītas horizontāli (ar nulles soli), rotors tiek iegriezts līdz ātrumam, kas pārsniedz tā autorotācijas ātrumu lidojuma laikā, pēc tam propellera lāpstiņas tiek pagrieztas (izmainīts solis). Pacelšanās vertikāli notiek strauji, izmantojot uzkrāto enerģiju. Taču šādā gadījumā nepieciešama ievērojama rotora rumbas konstrukcijas sarežģītība, tādēļ šādi autožīri nav plaši izplatīti.

Daudzi autožīri ir aprīkoti ar iepriekšēju nesošā propellera iegriešanu. Tādā gadījumā rotoru iegriež pirms autožīra ieskriešanās (ar pievadu no gaitas dzinēja vai atsevišķu dzinēju). Iepriekšējā iegriešana ievērojami samazina autožīra ieskrējiena ceļa garumu, bet pie pretvēja pacelšanās notiek gandrīz "no vietas".

Priekšrocības

Autožīrs vidēji ir daudz lētāks par helikopteru vai citu vieglo lidaparātu;
Autožīru ir vieglāk vadīt kā helikopteru vai lidmašīnu;
Autožīrs ir viens no drošākajiem lidaparātiem, pateicoties tam, ka nevar nokļūt grīstē,
var mīksti nosēsties ar nestrādājošu dzinēju,
tam nav vajadzīgs liels nosēšanās vai pacelšanās laukums (skrejceļš),
to mazāk nekā deltaplānu vai paraplānu ietekmē termālās gaisa strāvas,
salīdzinot ar lidmašīnām, tas ir mazāk jutīgs pret turbulenci.

Trūkumi

Galvenais autožīra trūkums ir zemāka energoapgādes spēka izmantošanas efektivitāte, kas nozīmē, ka ar vienādu lidojuma svaru un ātrumu autožīram ir nepieciešams jaudīgāks dzinējs nekā lidmašīnai vai deltaplānam. Bīstami ir izmantot autožīru, ja iespējama nesošā propellera apledošana, jo tādā gadījumā tas var iziet no autorotācijas režīma, kas noved pie krišanas.

Atsauces

↑ «Jaundarinājumu un jaunvārdu vārdnīca». - Latviešu valodas attīstības kopa - (RLB LVAK) (en-US). 2013-09-23. Skatīts: 2018-07-03.
↑ Вертолёт. // Советская военная энциклопедия, 1976. Т. 2., с. 108.
↑ Автожиры (съемки Нарофоминского ТВ), 2010-09-01 YouTube
↑ Ray Prouty. Helicopter Aerodynamics Volume I. Eagle Eye Solutions, 2009. С. 495. (angliski)
↑ ИАПО Иркут А-002

Ārējās saites

Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Autožīrs.

Krievijas Lielās enciklopēdijas raksts (krieviski)
Англоязычный форум по автожирам — теоретическая и практическая информация (angliski)
А. Щербаков, «Танцуем Твист?» — статья про достоинства и недостатки автожиров.
"Development of the Autogiro : A Technical Perspective" : J. Gordon Leishman: Hofstra University, New York, 2003.
Jeff Lewis' in-depth history of the Autogyro
Popular Rotorcraft Association Arhivēts 2011. gada 7. februārī, Wayback Machine vietnē. (United States)
"Will Autogiro Banish Present Plane?". Popular Science: 28. March 1931.
"Feathering of Blades Increase Gyro's Speed". Popular Mechanics: 538. April 1932.

[1] «Jaundarinājumu un jaunvārdu vārdnīca». - Latviešu valodas attīstības kopa - (RLB LVAK) (en-US). 2013-09-23. Skatīts: 2018-07-03.

[2] Вертолёт. // Советская военная энциклопедия, 1976. Т. 2., с. 108.

[vintolet-3] Автожиры (съемки Нарофоминского ТВ), 2010-09-01 YouTube

[4] Ray Prouty. Helicopter Aerodynamics Volume I. Eagle Eye Solutions, 2009. С. 495. (angliski)

[5] ИАПО Иркут А-002

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]