CAGI 1-EA a 3-EA

Typ:  experimentální vrtulník

Určení:  získání zkušeností se stavbou a provozem vrtulníku

Historie:  První doložený projekt ruského vrtulníku pochází z roku 1754. Dne 4. února toho roku slavný vědec M.V. Lomonosov Ruské akademii věd představil návrh malého vrtulníku pro meteorologické pozorování. Zmíněný stroj měl být opatřen dvojicí nosných rotorů, které měly být umístěny vedle sebe. Na jeho palubě se měl nacházet teploměr a další přístroje. Roztáčení nosných rotorů měla obstarávat pružina. Ruská akademie věd sice projekt zmíněného stroje schválila, nakonec byl ale postaven, v červenci toho samého roku, pouze v modelu. Důvodem zastavení projektu zmíněného vrtulníku byly problémy s pohonem. Poté zájem o vrtulníky v Rusku zcela ochladl, a to až do roku 1871. Počínaje tímto rokem se v Rusku s projekty vrtulníků doslova roztrhl pytel. Jenom do roku 1900 bylo VII. (vzduchoplaveckým) oddělením Ruské technické společnosti, které byla založeno v roce 1880, přijato přes 180 návrhů vrtulníků od různých konstruktérů. Žádný z nich se ale nedočkal realizace. První reálné prototypy vrtulníků byly v Rusku postaveny až v letech 1909 až 1912. Konkrétně se jednalo o vrtulníky z dílny K.A. Antonova, B.N. Jurjeva, I.I. Sikorského, N.I. Sorokina, V.V. Tatarinova. Žádný z nich ale nebyl schopen vzlétnout. Zmínění konstruktéři totiž neměli k dispozici dostatečně výkonné pohonné jednotky. Kromě toho byly jejich znalosti o aerodynamice vrtulníku tehdy ještě nedostatečné. V následujících letech další vývoj vrtulníků v Rusku přerušila první světová válka (1914 až 1918). Vývoj vrtulníků byl zde znovu obnoven až v roce 1925, tedy krátce po vzniku SSSR. Tehdy nevelká konstrukční skupina B.N. Jurjeva při institutu CAGI (Centrální institut aero- a hydrodynamiky) založila Experimentální aerodynamické oddělení (EAO) se zaměřením na vývoj vrtulníků. Později se ale vývojovou náplní EAO CAGI staly též vírníky, tj. vzdušné prostředky s nepoháněnou rotující nosnou plochou. Krátce nato se zde rozeběhly práce na projektech hned tří různě koncipovaných vrtulníků. První ze zmíněných strojů počítal se dvěma třílistými nosnými rotory s průměrem 7 m, které měly být umístěny vedle sebe, „letadlovým“ trupem a klasickými „letadlovými“ ocasními plochami. Pohon tohoto stroje měl obstarávat jeden 120 hp hvězdicový devítiválec typu M-2 (licenční kopie francouzského motoru typu Rhone 9Jb), který měl být vestavěn do přídě trupu. Na listech nosných rotorů zmíněného vrtulníku se měly nacházet stabilizační plošky. Ty měly sloužit k ovládání úhlu náběhu rotorových listů. Rychlost otáček nosného rotoru měla být zase regulována výkonem motoru. Zmíněný stroj měl mít hmotnost 700 kg (včetně pilota) a vznikl pouze ve zmenšeném modelu. Druhý ze zmíněných vrtulníků počítal s osmi tandemově uspořádanými nosnými rotory s průměrem 6 m. Každý z nich měl roztáčet jeden motor typu M-2. Zmíněný stroj měl být řízen změnami výkonu jednotlivých motorů a ovládacími plochami, které se měly nacházet na přídi a zádi trupu. Zmíněný vrtulník měl mít hmotnost 3 740 kg a jeho vývoj nepřekročil projektové stádium. Další z těchto strojů počítal s jedním nosným a čtyřmi dvoulistými vyrovnávacími rotory s průměrem 1,8 m. Ty měly být umístěny po dvou na konci přední a zadní části trupu. Protože měl mít zmíněný vrtulník dvoumístné uspořádání, počítal hned se dvěma motory typu M-2. Instalace zmíněných motorů se přitom měla nacházet ve střední části trupu. Řízení mělo být prováděno změnou úhlu náběhu listů nosného rotoru a změnou otáček nosného rotoru (za pomoci výkonu motorů). V případě selhání motorů měl být zmíněný stroj schopen přistát v režimu autorotace. Zmíněný vrtulník měl mít hmotnost 900 kg (i s oběma piloty) a byl postaven modelu pro zkoušky na pozemním stendu. Zkoušky zmíněného modelu na pozemním stendu byly realizovány v roce 1928 a jejich výsledky byly velmi povzbudivé. Na konci toho samého roku se proto konstrukční tým EAO CAGI pustil vývoje shodně koncipovaného jednomístného vrtulníku. Práce na zmíněném vrtulníku, který vešel ve známost pod označením 1-EA, probíhaly pod vedením B.N. Jurjeva. Na programu 1-EA se ale podílel též A.M. Čerjomuchin, A.M. Izakson a G.Ch. Sabinin. Zmíněný stroj obdržel nekapotovaný trup z trubkové příhradoviny, tříbodový podvozek ostruhového typu, čtyřlistý nosný rotor a dva páry dvoulistých vyrovnávacích vrtulí. Ty byly instalovány po stranách přídě a zádě trupu. Všechny rotory tohoto stroje roztáčely dva hvězdicové devítiválce typu M-2, které byly instalovány (vedle sebe) ve střední části trupu. Důvodem volby motorů tohoto typu se stala skutečnost, že je nebylo nutné opatřit systémem, který by zajišťoval jejich chlazení při visu. Pilotní sedadlo se nacházelo přímo před motory. Řízení vrtulníku typu 1-EA se podobalo řízení moderních vrtulníků. Pilot jej tedy ovládal za pomoci páky cyklického a kolektivního řízení a pedálů. První prototyp vrtulníku typu 1-EA byl postaven závodem experimentálních konstrukcí institutu CAGI. Montáž tohoto prvního vrtulníku sovětské konstrukce byla zahájena v roce 1929 a završena v létě roku 1930. Zkoušky prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA probíhaly na letišti Uchtomskaja, které se stalo testovací základnou EAO CAGI. Zmíněné letiště se původně jmenovalo Podosinki a předtím, v letech 1920 až 1930, bylo domovinou průzkumných letek VVS. Zkušební program prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA byl zahájen v srpnu roku 1930 pozemními zkouškami. V průběhu pozemních zkoušek tohoto stroje byly i několikrát uvedeny do chodu pohonné jednotky. Tomu následovaly zkoušky ve visu v malé výšce nad zemí. V průběhu zmíněných zkoušek byl ale první prototyp vrtulníku typu 1-EA zpočátku z bezpečnostních důvodů připoután zemi k lany. Jednalo se o vůbec o první „upoutané“ zkoušky vrtulníku ve visu na světě. Tomu následovaly zkoušky letové. Vrtulník typu 1-EA se stal nejen prvním vrtulníkem sovětské konstrukce, ale i prvním vrtulníkem postaveným v Rusku schopným letu. Letová a výkonnostní obálka zmíněného stroje byla v průběhu zkoušek rozšiřována krok po kroku. Postupně tak byla ověřena schopnost kolmého vzletu z místa, kolmého stoupání, visu na místě, kolmého klesání, kolmého přistání na předem zadaném místě, postupného přechodu z kolmého výstupu do dopředného letu a naopak a otáčení při visu nad předem zadaným místem. Letové zkoušky prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA se stejně jako zkoušky každé nové techniky neobešly bez problémů. Zatímco některé z nich se podařilo odstranit nebo částečně omezit v průběhu zkušebního programu, jiné byly neodstranitelné, neboť byly důsledkem toho, že byl tento stroj opatřen nosným rotorem s pevně uchycenými listy k rotorové hlavně. Za chodu zkušebního programu navíc první prototyp vrtulníku typu 1-EA obdržel nový trup s průřezem ve tvaru trojúhelníku bez vypínacích drátů na místo trupu s obdélníkovým průřezem. Původně byl nosný rotor prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA opatřen listy duralové konstrukce. Protože ale sovětský průmysl tehdy nedokázal vyrobit duralové listy pro nosný rotor vrtulníku bez nedostatků v geometrii jejich profilu, již na samém počátku zkušebního programu musely být zmíněné listy zaměněny listy s duralovým nosníkem, dřevěnými žebry a potahem z překližky a plátna. Změnami prošel též ostruhový podvozek. Původně měl ostruhový podvozek prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA podobu odpružené ostruhy. Protože ale panovaly obavy ze střetu záďových vyrovnávacích vrtulí se zemí, což by vedlo k jejich poškození, krátce po zahájení zkušebního programu byl tento stroj opatřen kolovým ostruhovým podvozkem. I přes problémy se stabilitou, některé další nedostatky a obtížnou pilotáž bylo první prototyp vrtulník typu 1-EA možné považovat za úspěšnou konstrukci. Obzvláště úspěšný pro celý program 1-EA byl srpen roku 1932. 1. dne tohoto měsíce se totiž s tímto strojem podařilo dosáhnout výšky 160 m. Krátce nato, dne 3. srpna, se jej podařilo dostat do výšky až 230 m. Dne 5. srpna s ním pilot dosáhl výšky 285 m. Nejvýše se podařilo s prvním prototypem vrtulníku typu 1-EA dostat dne 14. srpna 1932. Tehdy s ním pilot dosáhl výšky celých 605 m. Tímto zmíněný vrtulník zdaleka překonal výškový rekord vrtulníku typu D’AT3 italského konstruktéra D’Asciana z října roku 1930, který činil pouhých 18 m. Protože ale SSSR tehdy ještě nebyl členem Mezinárodní letecké organizace (FAI), zmíněný výškový rekord prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA nemohl být oficiálně uznán. Výškový rekord vrtulníku typu D’AT3 byl oficiálně překonán teprve až v září roku 1936, a to francouzským vrtulníkem Breguet-Dorand Gyroplane. Ani tento stroj ale nepřekonal neoficiální rekord prvního prototypu sovětského vrtulníku typu 1-EA, neboť tehdy vystoupal do výšky pouhých 158 m. Nejdelší let zase první prototyp vrtulníku typu 1-EA vykonal dne 15. června 1933. Zmíněný let přitom trval 14 minut. Teoreticky by sice první prototyp vrtulníku typu 1-EA dokázal setrvat ve vzduchu podstatně déle, jeho tvůrci se nicméně snažili délku zkušebních letů tohoto stroje omezovat, a to kuli šetření technické životnosti jeho pohonných jednotek. Primárním posláním zkušebního programu prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA bylo navíc ověření technických možností tohoto stroje, ovládnutí jeho pilotáže a doladění jeho palubních systémů, a nikoliv dobývání rychlostních, výškových a vytrvalostních rekordů. Součástí zkušebního programu prvního prototypu vrtulníku typu 1-EA se ale staly též testy, které měly napomoci při projektování vrtulníků s pokročilejší konstrukcí. Mimo jiné se jednalo o testy zaměřené na určení charakteristik nosného rotoru při chodu na místě, stanovení rozdělení výkonu pohonných jednotek mezi nosný rotor a vyrovnávací vrtule, stanovení ztráty výkonu pohonných jednotek na transmisním systému a stanovení vlivu blízkosti povrchu země na efektivitu nosného rotoru. První prototyp vrtulníku typu 1-EA létal až do počátku roku 1934. Ke konci své kariéry byl tento stroj používán zejména k výcviku pilotů a prověřování činnosti a dolaďování palubních systémů. Pro zmíněné lety ale platila přísná omezení letové výšky a obálky. To mělo zamezit případné nehodě v důsledku poklesu tahu nosného rotoru či ztráty efektivity řízení. Mezitím, na podzim roku 1930, byla zahájena montáž druhého prototypu vrtulníku typu 1-EA. Zmíněný stroj vešel ve známost jako 3-EA a dle původních plánů měl mít identickou konstrukci jako prototyp první. Za chodu montáže byly ale do konstrukce tohoto stroje vneseny změny, které vycházely z výsledků zkoušek prototypu prvního. Změny se konkrétně dotkly systému řízení a podvozku. Prototyp 3-EA byl vyprojektován a postaven pod vedením A.M. Izaksona, který od roku 1933 zastával post šéfkonstruktéra EAO CAGI. Na zkušební letiště Uchtomskaja byl prototyp 3-EA přepraven na počátku roku 1933. Protože z výsledků zkoušek prototypu 1-EA a teoretického výzkumu vyplynulo, že je tento stroj nezbytné opatřit nosným rotorem s odlišnou konstrukcí, nakonec prototyp 3-EA nevykonal jediný volný let. Zmíněný stroj prošel pouze pozemními zkouškami. Kromě toho byl krátkou dobu používán k výcviku pilotů v režimu visu. Přitom byl ale vždy upoután lany. Poté prošel konverzí na prototyp odvozeného vrtulníku typu 5-EA.

Popis (model 1-EA): Jednomístný dvoumotorový experimentální vrtulník typu 1-EA měl nekapotovaný trup příhradové konstrukce s hranatým profilem, který byl svařen z ocelových trubek. Původně měl trup tohoto stroje obdélníkový průřez a byl vyztužen dráty. Později ale vrtulník typu 1-EA obdržel trup s průřezem ve tvaru trojúhelníku bez vypínacích drátů. Ve střední části trupu vrtulníku typu 1-EA se nacházela instalace pohonných jednotek v podobě dvou vzduchem chlazených hvězdicových devítiválců typu M-2. Zmíněné motory byly umístěny vedle sebe kolmo k podélné ose trupu, hřídelemi směrem k sobě. Přímo mezi nimi se nacházel hlavní reduktor, který přenášel výkon pohonných jednotek na nosný rotor. Hlavní reduktor vrtulníku typu 1-EA snižoval otáčky přenášené motory na nosný rotor v poměru 7,84:1 a nosnému rotoru zajišťoval rychlost otáčení 1 200 ot/min. Nosný rotor tohoto stroje byl řešen jako čtyřlistý a měl průměr 11,0 m. Původně měl nosný rotor vrtulníku typu 1-EA duralové listy. Později však nosný rotor tohoto stroje obdržel listy s duralovým nosníkem, dřevěnými žebry a potahem z překližky a plátna. Reakční moment od nosného rotoru vyrovnávaly dva páry celokovových dvoulistých vyrovnávacích vrtulí. Zmíněné vrtule byly instalovány po stranách přední a zadní části trupu, měly průměr 1,8 m a jejich listy se sestávaly z ocelového podélníku a duralového potahu. Točivý moment od motorů byl na vyrovnávací vrtule přenášen prostřednictvím dvou malých reduktorů, které se nacházely v přední a zadní části trupu. Zmíněné reduktory zvyšovaly otáčky v poměru 1:1,227 a s hlavním reduktorem byly propojeny dlouhými hřídelemi, které procházely nekapotovaným trupem. Rychlost otáčení vyrovnávacích vrtulí činila 1 470 ot/min. Pilot vrtulníku typu 1-EA seděl přímo před motory a měl k dispozici páku cyklického a kolektivního řízení a pedály k ovládání vyrovnávacích vrtulí. Vzletové a přistávací zařízení tohoto stroje tvořil tříbodový podvozek ostruhového typu. Zpočátku byly koly osazeny pouze hlavní podvozky. Později byl však kolem opatřen i podvozek ostruhový.

Verze:

1-EA – první výše popsaný prototyp vrtulníku typu 1-EA. Zmíněný stroj byl dokončen v roce 1930.

3-EA – druhý prototyp vrtulníku typu 1-EA s mírně modifikovaným systémem řízení a podvozkem. Tento stroj byl dokončen v roce 1933 a před zahájením letových zkoušek prošel konverzí na prototyp vrtulníku typu 5-EA.

5-EA – pokročilá modifikace vrtulníku typu 1-EA s šestilistým nosným rotorem (na místo rotoru čtyřlistého) a novým systémem řízení. Jediný prototyp tohoto modelu vznikl konverzí druhého prototypu vrtulníku typu 1-EA (3-EA) a ke zkouškám byl předán v roce 1933. viz. samostatný text

Vyrobeno:  jeden prototyp

Uživatelé:  žádní

1-EA

Posádka:    jeden pilot

Pohon:       dva pístové motory typu M-2 (licenční kopie francouzského motoru typu Rhone Jb) s max. výkonem 120 hp     

Výzbroj:     žádná